电磁流量计与流体接触的传感器零部件有衬里(或绝缘材料制成的测量管)、电极、接地环和密封垫片,其材料的耐腐浊型、耐磨耗性和使用温度上限等影响仪表对流体的适应性。由于零部件少,形状简单,材料选择灵活,电磁流量传感器对流体的适应性强。
(1) 衬里材料(或直接与介质接触的测量管)
常用衬里材料有氟塑料、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶和陶瓷等。氟塑料包括聚四氟乙烯(F-4)、全氟乙丙烯(四氟乙烯和六氟丙烯共聚物,F-46;国外商品名Teflon FEP,习称FEP)、四氟乙烯和乙烯共聚物(F-40)和全氟烷基乙烯基醚共聚物(改性聚四氟乙烯,国外商品名Teflon FEP)玻璃钢有用作衬里的,也有单独制成测量管的。今年有采用高纯氧化铝(99.7%A12O3)陶瓷制成陈立的,但只限中小口径传感器。
氯丁橡胶和玻璃钢用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体,如工业用水、废污水及若酸碱,价格zui为低廉。氟塑料具有优良的耐化学腐浊性液体,但耐磨性差,不能用于测量矿浆液。氟塑料中zui早引用的是聚四氟乙烯,因与测量管间仅靠压贴,无粘结力,不能用于负压管道,后开发各种改性品种,实现注塑成型,与测量管有较强结合力,可用于负压,其品种为:
材料名称(括号内为略称或习称)
性能特点
适用流体例
注意事项
氟塑料
整体
·内表面光滑,不易附着沉淀物
·耐酸性能优越
·流体使用温度范围宽
·氢氟酸、盐酸、醋酸等高渗透性液体
·硫酸、烧碱、电解质等强附着性液体
·容易产生结垢、沉积、附着、固化的液体
·有卫生要求的液体
·耐磨耗性差
·不耐一些氧化物和少数种液体腐蚀或侵浊
聚四氟乙烯(F-4)
Polytecrafluoroethylene(PTFE)
商业名:Teflon(Dupount公司)
·氟塑料中有zui优的耐化学腐蚀,除注意事项所列不耐腐外,几乎抗所有化学介质
·与测量管间不能粘结,不能注塑,只能紧贴套配,不能用于负压
·三氟化氯,高温下三氯化氧、液氧、臭氧等不耐腐蚀
四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物 tetrafluoroethylene-perfuorinatedalkalivinvlether copolymer
改性聚四氟乙烯,又名聚全氟化烷氧基 Perfluoralkoxy(PFA)
商业名:Teflon PFA(Dupount公司)
·耐化学腐蚀性略逊于PTFE
·可采用注塑成型,与测量管间有较强粘结力
·能用于较高的负压
·有替代PTFE的趋势
·同PTFE不耐的介质
全氟乙丙烯(F-46)
Perfluorinated ethylene-propylene copolymer(FEP)
·耐化学腐蚀型略逊于PTFE
·可采用注塑成型,与测量管间有较强粘结力
·能用于较高的负压
·同PTFE不耐的介质
·不耐发烟硝酸、丁基锂
乙烯-四氟乙烯共聚物(F-40)
ethylene tetrafluoro ethylenecopolymer(E-TFE);商业名;Tefzel(Dupount公司)
·耐化学腐蚀性和加工工艺和FEP相近
·耐核辐射辐照性能优于其他氟塑料
·美国食品和要管理局(FDA)认可食品安全
·同FEP不耐的介质
聚氨酯橡胶
Polyurethane
·耐磨耗性优越,为天然橡胶的10倍,适用于含有泥沙、石砾等固体颗粒的浆液
·耐腐蚀性差,只能用于弱酸弱碱等液体
·海水、泥浆、污泥水、矿浆、煤浆
·不能用于酸、碱液和有机溶剂混合液
·适用较低温度
氯丁橡胶
Neoprene chloroprene gum
·耐磨性中等
·与其它橡胶比,耐油性和耐化学液性好
·上水、下水、海水、工业用水、泥水
·对有机溶剂和部分酸、碱液耐腐性弱
氧化铝陶瓷
ceramic
·耐磨性约为聚氨酯橡胶的10倍
·高温高压下不变性
·性脆,不耐液体温度巨变
·内表面光滑,不易附着结垢
·硬质浆液
·腐蚀性液
·易附着结垢液
·耐热冲击性(即温度急剧变化)差
·耐机械冲击性差,性脆易碎,防止夹装受力不匀
·应用于氟酸、磷酸、强碱液,应充分注意
聚氨酯橡胶有好的耐磨耗性,但耐酸碱的腐蚀性较差。它的耐磨性相当于天然橡胶的10倍,适用于煤浆、矿浆等;介质温度要低于40~60/70℃。氧化铝陶瓷有好的耐磨耗性和对强酸碱的耐腐蚀性,耐磨性约为聚氨酯橡胶的10倍,适用于具有腐蚀性的矿浆;但性脆,安装夹紧时疏忽易碎,可用于较高温度(120~140/180℃),但要防止温度剧变,如通蒸汽灭菌,一般温度突变不能大于100℃,升温150 ℃要有10min时间。
衬里材料的选择及其特点和不适用流体请参阅上图,s.2,通用型电磁流量计几种材料的压力温度大体适用范围可看右图。
(2)电极和接地环材料
电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素,其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成的噪声。
1) 选择耐腐蚀材料电磁流量计
电极的耐腐蚀性要求很高,不允许腐蚀或者严格地说只允许低的腐蚀速率,否则会破坏电极与衬里间密封性。介质泄漏,轻则破坏绝缘而仪表无法工作,直至毁坏整台电磁流量传感器。常用金属材料有含耐酸钢1Cr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蚀镍基合金)B、C,钛、钽、铂铱合金,几乎可覆盖全部化学液。此外还有适用于浆液等的低噪声电极,它们是导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极,或包覆这些材料的金属电极。下表格所展示的是这些材料的大体使用范围。
电极材料
特点及适用范围
耐酸钢ICrl8Ni9Ti
含钼耐酸钢
OCrl8Ni12MoTi(相当于316L)
主要用于生活工业用水、原水、下水、废物水及稀酸、稀碱等弱腐蚀性酸、碱、盐液,价格zui低
哈氏合金B
低浓度盐酸等非氧化性酸和非氧化性盐液适用,硝酸等氧化性酸不适用
哈氏合金C
对常温硝酸、其他氧化性酸、氧化性盐液有耐腐蚀性,盐酸等还原性酸和氯化物不适用
钛
耐腐蚀性略优于耐酸钢,对氯化物、次氯酸盐、海水有优良的耐腐蚀性,对常温硝酸等氧化性酸有耐腐蚀性,盐酸、硫酸等还原性酸不适用
钽
具有和玻璃相似的优越耐腐蚀性,除氢氟酸、发烟硫酸等少数酸(参见下表)外,大部分酸液适用,氢氧化钠等碱液不适用
铂、铂铱合金
对几乎所有酸碱液耐腐蚀,王水、铵盐以及少数介质(参见下表)不适用,价格昂贵
碳化钨硬质合金
浆液专用电极材料,可降低浆液噪声,耐腐蚀性较差,腐蚀性液体不适用
导电橡胶、导电氟塑料多孔性陶瓷
低噪声电极材料,抗浆液噪声和流动噪声;导电氟塑料耐化学品性能好
上述表中所展示的耐腐蚀性适用范围只是个概貌。各种介质对不同材料的腐蚀性可查阅有关的“腐蚀手册”.,例如《腐蚀数据和选材手册》集中了大量数据,可作选用电极材料时参考,以确定初步方案。但这只能是初步方案,是否适应现场使用条件,还需进一步调查。因为从手册查阅的数据大部分是在实验室比较“纯”的条件下取得的,而实际使用的流体,往往含有微量杂质,也常是几种介质的混合液,它们的腐蚀性与纯粹或单一介质的腐蚀性有显著差别;液体是否含有溶解气体以及流动速度也相当程度上影响着腐蚀速度。例如哈氏合金B对80% 10%浓度,不充气盐酸耐腐蚀,而对充气的盐酸却不耐腐。所以在原则上电极材料的选择应从使用者借鉴该介质在其他设备的应用实际和以往的经验来确定。有时候要作必要的实验,如现场取液体样品在实验室做待用材料的腐蚀性试验。zui好的实验是现场挂片,这是zui接近实际应用条件的腐蚀性试验,可以得出比较可靠能否适用的结论。
钽耐化学介质腐蚀的面很广,铂铱合金对各类酸碱盐液也有很好的耐腐蚀性,但它们也有一些不耐腐蚀的化学介质,下表中列出若干不耐腐蚀的介质,两者之间有互补性。
2)避免电极表面效应
电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素,但有时候电极材料对被测介质有很好的耐腐蚀性,却不一定就是适用的材料,还要避免产生电极表面效应。
电极表面效应分为表面化学反应、电化学和极化现象以及电极的触媒作用三个方面。
化学反应效应如电极表面与被测介质接触后,形成钝化膜或氧化层。它们对耐磨腐蚀性能可能起到积极保护作用,但也有可能增加表面接触电阻。例如钽与水接触就会被氧化,生成绝缘层。