摘 要： 氟化氫具有極強的腐蝕性和氧化性，在工業(yè)生產(chǎn)中，其流量測量和控制一直是一個難題。論文通過多年的耐腐蝕性試驗，選用對氟化氫具有優(yōu)秀耐腐蝕能力和良好加工性能的蒙乃爾合金作為氟化氫流量計的材質(zhì)，對內(nèi)錐流量計進行了技術改進，成功地應用于氟化氫流量的實際生產(chǎn)測量中。這對提高和完善氟化氫流量計的制造技術意義重大。
關鍵字： 流量測量 內(nèi)錐流量計 蒙乃爾合金 氟化氫
在通常情況下，氟化氫是無色易流動的液體。其沸點為19.5℃，在常溫下易揮發(fā)，它的化學性質(zhì)很活潑，能與絕大多數(shù)金屬、堿、氧化物以及硅酸鹽反應，具有極強的腐蝕性。氟化氫廣泛用于核工業(yè)、石油化工等行業(yè)，是制取氟氣、無機氟化物、各種有機氟化物的主要原料。但在實際生產(chǎn)中，氟化氫的流量控制仍是一個難題，因為一般金屬難以耐其腐蝕。在國內(nèi)，氟化氫流量計的應用技術還不完善，測量精度低，壽命短。DYNZ系列內(nèi)錐流量計具有壓損小、精度高、重復性好等優(yōu)點，對內(nèi)錐流量計的進行技術改進，使其適合氟化氫的流量測量，對實際生產(chǎn)和完善氟化氫流量計制造技術意義重大。
1 錐流量計的原理及特點
內(nèi)錐流量計與傳統(tǒng)差壓流量計的工作原理完全相同，當流體流進流量計時，被測流體經(jīng)形錐體圓周表面逐漸平穩(wěn)地向管道內(nèi)壁均勻收縮，流通截面積逐漸變小，流速逐漸增大，壓力同時降低，在V形錐體前后產(chǎn)生差壓ΔP，如圖1所示。
圖1 內(nèi)錐流量計工作原理圖
在穩(wěn)定的工況條件下，管道中的流量與差壓的平方根成正比，用差壓變送器測量V形錐體前后的差壓并以模擬量輸入流量積算顯示儀，實現(xiàn)對流體流量的計量、調(diào)節(jié)和控制。其流量計算公式如下：
式中：
QV：流體工況體積流量（單位：m3/h）
Qm：二流體工況質(zhì)量流量（單位：kg/h）
K：流量系數(shù)（單位：無量綱）
ε：流體的壓縮系數(shù)（一般液體取1.0，氣體、蒸汽＜1）
ρ1：流體工況下的密度（單位：kg/m3）
C：流出系數(shù)（C———實際流量／理論流量，需在流量檢定裝置上標定得出。單位：無量綱）
β：等效直徑比。
（單位：無量綱）
d：錐體最大外徑（單位：m）
內(nèi)錐流量計以其獨特的V形錐體作為節(jié)流件，采用錐體圓周與管道內(nèi)壁形成的環(huán)形流通截面逐漸收縮的特殊環(huán)形節(jié)流方式，使內(nèi)錐流量計不需配制直管段，工作壓損僅是孔板流量計的三分之一，無磨損；測量精度可達±0.5％，且具有量程寬、重復性好、耐臟物等優(yōu)點。
2 內(nèi)錐流量計的改進
由于氟化氫具有極強的腐蝕性，絕大多數(shù)金屬都不耐其腐蝕，目前使用的各類流量計都不能適應其工況要求，內(nèi)錐流量計也不例外，即使選用強酸強堿防腐型。基于此，實際生產(chǎn)中一般采用控制壓力或溫度的間接方法來控制氟化氫的流量，但誤差較大。如果解決不了流量計的耐腐蝕問題，氟化氫流量測量就無法實現(xiàn)。
2.1 內(nèi)錐流量計材質(zhì)的改進
氟化氫雖然有極強的腐蝕性，但對干燥的氣態(tài)氟化氫鎳、蒙乃爾合金、因科鎳合金、金、鉑、銅等能耐其腐蝕，對潮濕的氟化氫這些金屬的耐腐蝕能力顯著降低。在這些金屬中，以蒙乃爾合金的耐腐蝕能力最好，鎳、因康合金和含鎳30％的銅鎳合金對氫氟酸（氟化氫溶水后的水溶液）的抗腐蝕性較蒙乃爾合金差。非金屬中聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等與氟化氫不反應。
蒙乃爾合金（Monel），是一種鎳銅合金，耐堿，耐非氧化性酸，特別適用于氫氟酸。經(jīng)過多年的反復試驗發(fā)現(xiàn)，在溫度不高時，蒙乃爾合金對濃度高于50％的氫氟酸有很好的耐腐蝕性，對無水氟化氫有優(yōu)異的耐腐蝕性能，在溫度達到80℃以上時都會出現(xiàn)一定程度的腐蝕。同時，蒙乃爾合金還具有良好的加工和焊接性能，一般不產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。因此，對內(nèi)錐流量計的關鍵部件測量管和Ｖ形錐體節(jié)流件的材質(zhì)改為蒙乃爾合金。
2.2 附屬裝置的改進
為了防止氟化氫的腐蝕，對附屬裝置也作相應的改進：差壓變送器選用膜片材質(zhì)為蒙乃爾合金的壓差變送器；有壓力補償時，選用膜片材質(zhì)為蒙乃爾合金的壓力變送器，有溫度補償時，溫度變送器測量端可加蒙乃爾合金套管保護；由于銅對于濃度高于60％～90％的氫氟酸（尤其是無水氟化氫）也有較好的耐腐蝕能力，引壓閥和引壓管可采用銅制閥門和銅管；法蘭密封件采用與氟化氫不發(fā)生反應的聚四氟乙烯密封墊。
3 氟化氫流量的測量
經(jīng)改進后的內(nèi)錐流量計主要適用于溫度低于80℃的無水氟化氫和高濃度氫氟酸的流量測量。
無水氟化氫溫度控制在40±5℃，被測流體為氣體狀態(tài)，具體測量系統(tǒng)配置如圖2所示，內(nèi)錐流量計產(chǎn)生的差壓信號，由差壓變送器檢測、變送后，與壓力變送器、溫度變送器輸出的補償信號一并輸入已預設設計工況條件、量程和氟化氫氣體特性等參數(shù)的DY2000補償式流量積算儀，經(jīng)積算儀計算后，顯示瞬時流量并進行累積計量，同時可將瞬時流量信號輸出，控制流量調(diào)節(jié)執(zhí)行元件，實現(xiàn)無水氟化氫瞬態(tài)流量的精確調(diào)節(jié)、控制。實際應用中，流量計宜垂直安裝，變送器安裝位置要高于取壓點，避免冷凝積液，引壓管不宜太長。
圖2 無水氟化氫流量測量系統(tǒng)配置和安裝示意圖
高濃度氫氟酸的流量測量裝置配置、安裝與上述情況大致相同，不同之處在于變送器安裝位置要低于取壓點，以確保測量精度，被測流體為常溫下高濃度氫氟酸液體，補償積算儀預設參數(shù)為相應濃度氫氟酸液體特性、對應工況等參數(shù)。
4 結束語
利用蒙乃爾合金具有的氟化氫耐腐蝕能力，對內(nèi)錐流量計改造后，可以實現(xiàn)無水氟化氫及高濃度氟氫酸的流量測量，具有壽命長、精度高、壓損小、無磨損、重復性好、量程寬等優(yōu)點，尤其因其具有優(yōu)秀的耐腐蝕性能，還可用于強堿、非氧化性酸等強腐蝕性介質(zhì)的流量測量。隨著新工藝、新材料的不斷研發(fā)和應用，會解決低濃度、較高溫度下氫氟酸的流量測量。
參考文獻
［1］丁旭東，賀勛．電解制氟工藝［Z］．蘭州：中國核工業(yè)五零四廠，2003．
［2］東輝智能儀器有限公司．DYNZ內(nèi)錐流量計（選型安裝指南）［Z］．香港：東輝智能儀器有限公司，2006：1-13．
［3］東輝智能儀器有限公司．補償式智能型流量積算儀表使用手冊［Z］．香港：東輝智能儀器有限公司，2006：4-12．
［4］張琳，樂精華．耐蝕閥門用蒙乃爾合金［J］．閥門，2006(6）：37-39．
