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            電磁流量計在化工生產當中的應用及故障分析

            來源:作者:發表時間:2017-09-15 09:45:33

             摘 要:本文詳細介紹了電磁流量計的工作原理、特點以及應用的局限性,同時也介紹了電磁流量計在化工生產當中的應用以及經常遇到的故障和分析處理。

             
            1 引言
                    化工生產中流量的測量是一項重要的參數,因此只有流量測量靈敏可靠,才能保證生產的正常穩定運行。電磁流量計便是在化工生產中流量測量過程中經常使用的重要儀表,電磁流量計雖具有著結構簡單、量程范圍極寬、無機械慣性和反應靈敏等優良特性,但是目前它還有一些不足之處,以致在使用上受到一定限制。
             
            2 工作原理
                    電磁流量計測量原理是基于法拉第電磁感應定律。即當導電液體流過電磁流量計時,導體液體中會產生與平均流速V(體積流量)成正比的電壓,其感應電壓信號通過兩個與液體接觸的電極檢測,通過電纜傳至放大器,然后轉換成統一的輸出信號。基于電磁流量計的測量原理,要求流動的液體具有**低限度的電導率。
             
                    電磁流量計包括變送器和轉換器兩個部分,兩者之間使用連接線相互連接。變送器是基于電磁感應定律工作的,如圖1所示,被測介質垂直于磁感線方向流動,做切割磁感線運動從而產生感應電動勢E。
            電磁流量計結構原理.jpg
                   20170915094820.jpg
                    式中,B—電磁感應強度,T;
                    d—兩電極間距離,cm;
                    v—被測介質平均流速,m/s;
                    轉換器是一個高輸入阻抗,且能抑制各種干擾成分的交流毫伏轉換器。
             
            3 電磁流量計的主要特點以及使用的局限性
            3.1 主要特點
                    (1)電磁流量計的變送器結構簡單,沒有可動部件,也沒有任何阻礙流體流動的節流部件,所以當流體通過時不會引起任何附加的壓力損失,同時它不會引起諸如磨損,堵塞等問題,特別適用于測量帶有固體顆粒的礦漿,污水等液固兩相流體,以及各種粘性較大的漿液等。同樣,由于它結構上無運動部件,故可通過附上耐腐蝕絕緣襯里和選擇耐腐材料制成電極,起到很好的耐腐蝕性能,使之可用于各種腐蝕性介質的測量。
             
                    (2)電磁流量計是—種體積流量測量儀表,在測量過程中,它不受被測介質的溫度、粘度、密度以及電導率(在一定范圍內)的影響。因此,電磁流量計只需經水標定以后,就可以用來測量其它導電性液體的流量,而不需要附加其它修正。
                    (3)電磁流量計的量程范圍極寬,同一臺電磁流量計的量程比可達1:100。此外,電磁流量計只與被測介質的平均流速成正比,而與軸對稱分布下的流動狀態(層流或紊流)無關。
                    (4)電磁流量計無機械慣性,反應靈敏,可以測量瞬時脈動流量,而且線性好。因此,可將測置信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出,可就地指示,也可遠距離傳送。
             
            3.2 使用局限性
                    (1)電磁流量計不能用于測量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體。
                    (2)電磁流量計目前還不能用來測量電導率很低的液體介質,被測液體介質的電導率不能低于10-5(S/cm),相當于蒸餾水的電導率.對石油制品或者有機溶劑等還無能為力。
                    (3)由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制,目前工業電磁流量計還不能測量高溫高壓流體。
                    (4)電磁流量計受流速分布影響,在軸對稱分布的條件下,流量信號與平均流速成正比。所以,電磁流量計前后也必須有一定長度的前后直管段。
                    (5)電磁流量計易受外界電磁干擾的影響。
             
            4 電磁流量計運行管理
            4.1 安裝工程要點
                    電磁流量計在運行中產生的故障一般分兩類。一類為儀表本身故障,即儀表結構件或元器件損壞引得故障;另一類為外界原因引起的故障,如電磁流量計安裝不妥造成流動畸變,沉積和結垢或環境條件變化出現新干擾源等。下面就幾種常見故障進行分析。
                    (1)管道系統和安裝:通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障,常見的有傳感器前直管段不符合要求,當上游側泵或閥的工作狀態產生變化時,流體產生擾動,影響到傳感器的測量狀態;將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網高點;流量傳感器后無背壓,液體徑直排入大氣。形成其測量管內非滿管;裝在自上向下流的垂直管道上,可能出現排空等原因。
             
                    (2)周圍環境:主要是管道雜散電流干擾,空間電磁波干擾,大電機磁場干擾等。對管道雜散電流干擾通常采取良好的單獨接地保護。如管道有強雜散電流,須采取流量傳感器與管道絕緣的措施。空間電磁波干擾一般經信號電纜引入,通常采用單層或多層屏蔽予以保護。
                    (3)流體方面:如果流體內含有大量氣泡,會使信號輸出波動。若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面,使電極信號回路瞬時斷開,人輸出信號將產生更大的波動;如果兩種電導率不同的混合液體在未均勻混合前即進入流量傳感器進行流量測量,輸出信號亦會產生波動。
             
                    (4)管道內壁附著層:當電磁流量計測量含懸浮物較高或較臟的流體流量時,污物容易附著在管道內壁,使電極被覆蓋。若附著層電導率與液體電導率相近,儀表還能正常輸出信號,只是改變流通面積形成測量誤差;若是高電導率附著層,電極間電動勢將被短路;若是絕緣性附著層,電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現象均會使儀表無法工作。
             
                    (5)雷電擊:雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流。進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損壞儀表有三條引入途徑:電源線、傳感器與轉換器之間的流量信號線和勵磁線。不過引起故障的感應瞬時高電壓和浪涌電流大部分是從控制室電源線路引入的(控制室其他儀表也常常同時出現雷擊事故),因此,設置控制室儀表電源線防雷設施是非常重要的。
             
                    (6)儀表井進水:儀表井進水,使接線盒長期授水。造成輸入端子短路,使輸出為零。此時如能及時將水排掉,晾干接線端子。去掉銹跡,然后接好端子線。儀表還可恢復運行。如果經過嚴重的長期浸泡,傳感器的勵磁線圈將有可能被燒壞,儀表就不能修復。
             
                    (7)電氣接線:接線端子松動,電纜屏蔽不好,屏蔽線接地,造成儀表顯示不準。
             
            4.2 常見故障解析
                    電磁流量計常見故障現象有:無流量信號;輸出晃動;零點不穩;流量測量值與應用參比值不符;輸出信號超滿度值等。下面我們就這些常見的故障現象做出相應的處理方法和檢查流程,具體如下所示:
                    (1)無流量信號輸出:A.查電源及連接電纜系統完好性。檢查轉換器電源、勵磁電流熔絲,或置換整個電源線路板。查連接勵磁系統和信號系統的電纜是否完好,接點是否正確。B.查液體流動方向和管內流體充滿性。液體流動方向必須與傳感器殼體上箭頭方向一致,如果管道內流體不滿管,應在流量計下游側加裝U形彎。C.查傳感器完好性和測量管內壁狀況。先檢查各接線端子和勵磁線圈的完好性。用萬用表測線圈電阻及線圈對地電阻,查線圈是否斷開或匝聞短路,線圈及其端子絕緣是否下降。此類故障通常是由于儀表井進水,使電氣接線盒浸水造成的。再查測量電極接觸電阻,以判斷電極狀況。D.查轉換器故障。一般采用更換線路板來排除故障。
             
                    (2)輸出晃動:A.被測流體本身是波動或脈動的,非流量計自身的故障。是流量計上游動力源(如水泵)或下游閥門開度改變引起的波動。待工藝過程平穩后輸出會穩定下來。B.管道未充滿液體或液體中含有氣泡,原因是傳感器下游無背壓或背壓不足。也可能是上游水泵吸人空氣,可在流量計下游側加裝U形彎并裝排氣閥。C.外界電磁干擾,干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場。檢查傳感器是否良好的接地,通常接地電阻要小于l0Ω (或100Ω);將電磁流量傳感器與其管道之間作電氣絕緣隔離;檢查傳感器與轉換器之間的信號線是否良好屏蔽,電纜是否置于保護鋼管內,移近轉換器與傳感器之間的距離,縮短連接電纜長度;排除強干擾源。
             
                    (3)零點不穩定:A.管道未充滿液體或液體中含有氣泡。B.主觀上認為管系液體無流動而實際上存在微小流動;其實不是電磁流量計故障,而是如實反映流動狀況的誤解。C.受雜散電流等外界干擾傳感器接地不完善。D.液體電導率變化或不均勻,在靜止時會使零點變動。因此,流量計位置應遠離注入藥液點或管道化學反應段下游;若液體內雜質沉積測量管內壁,測量電極被覆蓋,也可能造成零點變動。E.檢查信號線絕緣情況。先檢查信號電纜,再檢查接線端子,然后再檢查電極的絕緣電阻。當管內充滿液體時,用萬用表分別測量每一電極與接地點之間的電阻。兩電極對地電阻之差應在10%~20%之間。放空測量管,電極與地同的阻值必須在100MΩ以上。
             
                    (4)流量測量值與應用參比值不符:A.轉換器設定值不正確。調出儀表菜單,檢查儀表常數、管道口徑和計量單位等設定值,調整轉換器零點和量程。B.查管道充液狀況和是否含有氣泡。C.未處理好信號電纜或使用過程中電纜絕緣下降。D.傳感器上游流動狀況不符合要求,直管段長度不夠。E.傳感器極問電阻變化或電極絕緣下降。F.所測量管系存在未納入考核的流入/流出值。
             
                    (5)輸出信號超滿刻度值:A.確認故障位置。將轉換器兩信號輸入端子和功能地端子短路。觀察轉換器輸出信號是否到零。若能到零,則故障不在轉換器;若不能到零,則轉換器錯誤。B.傳感器或連接電纜故障。電極間無液體連通,電纜斷開或接線錯誤都會造成信號回路斷開,使輸出超滿度。C.轉換器方面。檢查轉換器儀表常數和各參數是否符合,核對與傳感器是否配套,試換備用線路板檢查各單元線路故障。
             
            5 結束語
                    電磁流量計在化工生產使用的過程當中,會隨機出現各種故障現象,但只要我們了解該儀表的工作原理,并能夠深入學習和努力分析,就一定能夠很好地加以排除解決,保證儀表的指示準確而靈敏,從而為生產長周期打下基礎。
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