压力变送器测量固液比原理及应用

摘要:固液比的测量在制盐工业中是一项很重要的工作。目前大多数厂家都采用人工目测的方法，工人操作强度大，主观性强，不能做到连续监测，因此对固液比的自动连续监测成为一项十分迫切的工作任务。本文通过实验和理论分析两种方法阐述了一种用压力变送器测量固液比的原理及方法。
       固液比的测量在制盐工业中是一项很重要的工作，制盐蒸发、洗盐等工序对固液比这--项指标有着较严格的规定，一旦固液比超出规定范围，就极有可能对生产造成不利影响。目前，固液比大都是人工测量，具有随意性大、主观性强及不连续的弊端，因而正确率得不到保证，也不便于通过观察固液比的变化趋势来及时对排盐和洗盐工艺进行调整，不利于生产的稳定运行。另外，作为一-项重要的考核指标，计量的正确率又关系到对工人工作考核的公正性，因对固液比测量结果意见不一而产生争议的事情时有发生。由此可见，对固液比连续自动测量装置的应用是十分必要和具有重要意义的。下面对用压力变送器自动测量固液比的原理和方法进行--些分析，以供同行参考。
       所谓固液比，就是溶液中的固体占溶液的比例(一般指体积比)。固液比的自动测量若直接采用体积相比的原理来计算，是难以实现的，只能采用间接的方法。我们知道如下公式
P=ρgh(式一)
P:压力Nm²(Pa);
ρ:密度kg/m³
g:常数9.8Nkg;
h:高度m。
       当溶液的组成发生变化时，其密度必然会发生变化。由式一可知，密度的变化又会引起压力的变化，这就给我们测量固液比提供了一个可以应用的理论基础，即我们可以将固液比的变化通过测量其压力的变化反映出来。但是从式-我们可以看出，压力要受到两个因素影响，一个是密度，另一个是高度，怎样消除高度的变化对测量的影响成了一个关键性的问题。不过这个问题很好解决，将测量压力转变成测量压力差就行了。
这样一来，式一变为下式.
△P=ρg△h(式二)
       这时高度变成高度差，这个高度差我们可以任意设定，-经设定，它就成了一个常数，便不再对我们的测量产成影响。式中g也是一个常数，那么现在△P的值仅受ρ的影响了，接下来的工作就是确定固液比与△P的对应关系。
       获得固液比与△P的对应关系有两种方法，种是实验的方法，另一种是理论分析的方法。我们有必要对两种方法都进行分析，这样可以相互比较，互相印证。我们先看第一-种方法，即实验的方法。通常我们取△h的值为1m,那么式二可以简化为下式:
△P=ρg(式三}
       首先我们要知道固液比与溶液密度的对应关系。我曾经从制盐设备中取出一些过饱和溶液，配制出相同体积不同固液比的溶液，然后称取它们的重量，再计算出它们的密度。通过实验，我得到一组数据，即不同固液比时过饱和盐溶液的密度值，如表--所示。

       通过关系图我们可以看出，过饱和盐溶液的固液比与△P成线性关系。
我们再看第二种方法，理论分析的方法。我们知道，物体的密度是指单位体积的物体的质量，即
ρ=m/v(式四)
将式四代入式二中，得到下式
△P=mg△h/v(式五)
如果我们将式五用工艺中的量来表示，则变换为
△P=(m1+m2)g△h/v0(式六)
ml:固体的质量9;
m2:液体的质量g;
v0:溶液的体积L。.
将式四变形为m=ρV,代入式六中，得到下式
△P=(ρ1v1+ρ2v2)gAh/v0(式七)
ρ1:固体的密度g/L;
v1:固体的体积L;
ρ2:液体的密度g/L;
v2:液体的体积L。.
       实际上，我们人工测量固液比时所看到的固体应是固体与渗透其间的液体的混合物，为了使计算结果符合习惯，ρ1的值应该取两者混合物的密度。相应的v1也是混合物的体积，v2则等于v0-v1，那么式七可以变为;
△P-[p1v1+ρ2(v0-v1)]g△h/V0=ρ1vlg△h/v0+ρ2g△h-ρ2v1g△h/v0
我们设v1/0=A，A即为固液比，那么
△P=ρlg△hA+ρ2g△h-ρ2g△hA所以
△P-(ρ1-ρ2)g△hA+ρ2g△h(式八)
       式八中ρ1、ρ2、g、△h均可视为常数,由此我们可以看出，固液比与差压是成线性关系的，这和上述实验的结果是相符的。我们取△h为1m,那么式八可以简化为
 △P=(ρ1-ρ2)gA+ρ2g(式九)
在实验过程中，我测得ρ1、ρ2的值如下
ρ1-1773g/L;
ρ2-1210g/L。,
将ρ1、ρ2的值代入式八中，得到下式
△P=5517A+11858(式十)
       将固液比分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的值代入式十中，得到的数据间见表三。

       将表三与表二对比一下，我们不难看出，两组数据是相当接近的，这进-步证明理论分析的结果与实测的结果是完全一致的。这就说明，用压力变送器便可以实现对固液比的自动测量。
测量原理知道后，现在我们来看看实际应用的问题。
       整套装置中关键的设备应该是差压压力变送器，我们来看一下该如何选用差压压力变送器。
        首先，要确定差压压力变送器的大测量范围和量程范围。通过对工艺状况进行分析，我们不难发现，差压力变送器的大测量范围应大于固液比为100%时的△P值及罐内大压力等，其量程下限应该是固液比为0%时的△P值(记为△P0)，而量程上限应该是当固液比为100%时的△P值(记为△P100)，在心底含罐内压力。
       其次，差压压力变送器要具有迁移功能，其迁移量当为△P0的值。
       再次，为了提高仪表的灵敏性及精度，要对差压压力变送器进行正确校验及调整(智能型变送器可以解决此问题)。先按量程范围[0~(△P100-△P0)]把变送器调整好，然后对仪表进行迁移调整，方法是在正压室加上△PO的值，调仪表迁移螺钉(或手持编程器调整)，使输出为4mA，再按△PO~△P100检查仪表的精度。(仪表迁移特性见图二)

       第四，根据被测介质特点对变送器进行恰当选型及选材。由于盐溶液具有易结晶及腐蚀性强的特点，宜选用带远传装置插入法兰式差压力变送器，直接与盐液接触的部分(如膜片)应选用能耐盐腐蚀的材料，如耐蚀合金、哈氏合金、316L、钛材等。只有选型及选材得当，才能使仪表可靠工作运行，减少仪表系统误差对测量结果的影响，应当合理安装冲洗环装置。
       变送器的安装也是要特别注意的一-个方面。仪表应尽量安装在状态稳定，无紊流，无阻碍的地方。测量蒸发罐内盐液的固液比时，可以选择安装在循环管道上，但应保持与循环泵出口和加料阀出口均有适当距离，以减小由于紊流给测量带来的误差，中盐枣阳公司卤水主含硫酸钠为全国之首(Na2S04浓度为50g/L)，在测量固液比的同时也测量了罐内液位，使罐内液位实现自动调节，所以在应用中安装距离等参数有所调整、根据设备位置情况合理选择方便维护，通过运行调试同人工测量比较，完全满足排盐参考的需要，从而控制排盐流量的大小实现自动排盐、洗盐，实现了罐内液位、排盐、排盐全自动。