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湖南洪成儀表有限公司

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電磁流量計知識講座——電磁流量計的選用、安裝、運行和維護

5.1 電磁流量計的選用

1.結構與精度等級

電磁流量計的結構和精度等級應根據實際需要選用。

一般的化工、冶金、輕紡、給水和污水處理等工業,多選用通用型電磁流量計;用于有爆炸性氣氛的場所,應選用防爆型電磁流量計;用于食品、醫藥和生化等工業,應選用衛生型電磁流量計;用于明渠流量測量或非滿管暗渠流量測量時,應選用潛水型電磁流量計;如果用于非滿管封閉管道的流量測量,還可選用非滿管電磁流量計。

精度等級應根據需要合理選用。一些高精度電磁流量計,其基本誤差為±0.5%-±1%R,可用于昂貴介質的計量核算;精度較低的電磁流量計,其基本誤差為±1.5%-±2.5% FS,可用于對測量精確度要求不很高的場所(如不需計量核算,僅以控制為目的,只要求高可靠性和優良的重復性的場所)。過分地追求高精確度,會造成不必要的浪費。

2.流速、流量與口徑

電磁流量傳感器的口徑應根據流速、流量來合理選擇,并非一定要與工藝管道同口徑。一般工業管道如果輸送水等粘度不高的流體,流速一般設計在經濟流速1.5-3m/s之間。電磁流量計用在這樣的管道上,可選傳感器口徑與管徑相同。

電磁流量計滿度流量時的液體流速可在1-10m/s范圍內選用,上限流速對電磁流量計在原理并無限制,但實際使用中,液體流速通常很少超過7m/s,超過10m/s的更為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/s,如果某些工程運行初期流速偏低,從測量精確度出發,儀表口徑應改用小管徑,用異徑管連接到管道上。流速、流量和口徑之間的關系如圖7-22所示,選用時可參考。

用于有易粘附、沉積、結垢等流體的流量測量,應選流速不低于2m/s,最好提高到3-4m/s以上,以在一定程度上起到自清掃管道,防止粘附沉積的作用。用于磨蝕性大的流體時(如礦漿、陶土、石灰乳等),常用流速應低于2m/s,以降低對襯里和電極的磨損。

3.襯里和電極材料

電磁流量計的襯里和電極是直接與被測介質接觸的,應根據被測介質的腐蝕性和磨蝕性以及介質使用溫度來選擇襯里和電極的材料。表7-1所示為常用的襯里材料及性能。

氯丁橡膠的特點是耐弱腐蝕性,價格低廉;

F-4襯里的特點是耐腐蝕性能很好,但耐磨性能欠佳,粘接性能差,不能用于負壓;

F-40和F-46氟塑料的特點是耐腐蝕性能較好,粘接性能較好,能用于負壓;

聚氨酯橡膠的特點是有極好的耐磨性能,但耐腐蝕性能較差;

陶瓷材料的特點是耐磨和耐腐蝕性能都很好,但陶瓷性脆,易碎,使用時應特別注意,還要防止介質溫度劇變。

選擇襯里時還應注意某些特殊介質的腐蝕性,必要時可查腐蝕性子冊。例如:F-4的耐腐蝕性能很好,但它不能用于三氟化氯、高溫下的三氟化氧、高流速下的液氟、液氧、臭氧等;F-40和F-46除不能用于上述介質外,還不能用于發煙硝酸、丁基鋰等介質。

電極的耐腐蝕性要求很高,通常是不允許腐蝕或只允許有很低的腐蝕速率。否則破壞電極與襯里間密封墊圈的密封性,使介質泄漏破壞電極與測量管之間的絕緣而使儀表無法正常工作。常用電極材料和性能如表7-2所示,可根據實際情況合理選用。

耐酸鋼和含鉬耐酸鋼的特點是耐弱腐蝕性,價格低廉;

哈氏合金B的特點是用于非氧化性酸和鹽液的測量;

哈氏合金C的特點是用于氧化性酸和鹽液的測量;

鉑銥合金和鉭的特點是有很好的耐腐蝕性能,但價格昂貴。也有一些不耐腐蝕的化學介質[6],使用時應注意。

 

5.2 電磁流量計的安裝

 

電磁流量計的正確安裝對電磁流量計的正常運行極為重要,這里主要介紹電磁流量傳感器和轉換器的安裝。

1.電磁流量傳感器安裝

電磁流量傳感器安裝要注意以下幾個問題:

(1)安裝場所

普通電磁流量傳感器的外殼防護等級為IP65(GB4208規定的防塵防濺水級),對安裝場所的要求是:

1)測量混合相流體時,應選擇不會引起相分離的場所;

2)選擇測量管內不會出現負壓的場所;

3)避免安裝在電動機、變壓器等強電設備附近,以免引起電磁場干擾;

4)避免安裝在周圍有強腐蝕性氣體的場所;

5)環境溫度一般應在-25-60°C范圍內,盡可能避免陽光直射;

6)安裝在無振動或振動小的場所。如果振動過大,則應在傳感器前后的管道加固定支撐,如圖7-23所示。

7)環境相對濕度一般應在10%-90%的范圍內;

8)避免安裝在能被雨水直淋或被水浸沒的場所。

如果傳感器的外殼防護等級為IP67(防塵防浸水級)或IP68(防塵防潛水級),則最后兩項可以不作要求。

(2)直管段長度

電磁流量計對表前直管段長度的要求比較低。一般,對于90°彎頭、T形三通、異徑管、全開閥門等流動阻力件,離傳感器電極軸中心線(不是傳感器進口端面)應有3-5D的直管段長度;對于不同開度的閥門,則要求有1OD的直管段長度;傳感器后一般應有2D的直管段長度,如圖7-24所示。當閥門不能全開時,如果使閥門截流方向與傳感器電極軸成45°安裝,可大大減小附加誤差。

(3)安裝位置和流動方向

電磁流量傳感器可以水平、垂直或傾斜安裝,如圖7-25所示,圖中a和b處為良好的安裝位置。

水平安裝時,傳感器電極軸必須水平放置。這樣可以防止由于流體所夾帶的氣泡而產生的電極短時間絕緣;也可防止電極被流體中沉積物覆蓋。不應將傳感器安裝在最高點,以免有氣體積聚,圖中C安裝在管系最高處,為不良的安裝位置,應予以避免。

垂直安裝時,應使流動方向向上,這樣可使無流量或流量很小時,流體中所夾帶的較重的固體顆粒下沉,而較輕的脂肪類物質上升離開傳感器電極區。測量泥漿、礦漿等液固二相流時,垂直安裝可以避免固相沉淀和傳感器襯里不均勻磨損。圖中d安裝在一向下管道出口處,為不良的安裝位置,應予以避免。

傳感器安裝處應具有一定背壓,圖中e位置傳感器出口直接排空易造成測量管內液體非滿管,為不良的安裝位置,應予以避免。

為了防止傳感器內產生負壓,傳感器應安裝在泵的后面,而不應安裝在泵的前面。如圖中f為不良安裝位置。

(4)安裝旁路管

為了便于液流靜止時檢查和調整零點,中小管徑應盡可能安裝旁路管,如圖7-26a所示。在測量含有沉淀物流體時,應考慮便于清洗傳感器的安裝方式,如圖7-26b所示。

(5)接地

為了使測量準確和電極不會發生電流腐蝕,電磁流量傳感器必須單獨接地,并使傳感器和流體大約處于相同電位。分離型電磁流量計,原則上接地應在傳感器側,轉換器接地應在同一接地點。在大多數情況下,傳感器的內裝參比電極或金屬管能確保所許的電位平衡。因此,可以通過內裝的參比電極和金屬管將管中流體接地,將傳感器的接地片與接地線相連。

如果傳感器安裝于帶陰極腐蝕保護管道上,除了傳感器和接地環一起接地外,還要用粗銅線繞過傳感器跨接在管道的兩法蘭上,使陰極保護電流與傳感器之間隔離,如圖7-27a所示。

對于金屬非接地管道,應用粗銅線如圖7-27b所示連接,保證法蘭至法蘭和法蘭至傳感器是連通的。

對于非導電的塑料管或襯里管,如果沒有參比電極或由于電位平衡電流的存在,需將流體通過接地環接地,如圖7-27c所示。

2.電磁流量轉換器安裝

一體型電磁流量計無需單獨安裝轉換器。分離型電聰流量計的轉換器安裝在傳感器附近或儀表室。其外殼防護等級是IP65或IP64(防塵防濺水級)。

轉換器與傳感器之間的距離是有限制的,它與被測介質電導率和信號電纜的型號(即電纜的屏蔽層數、分布電容和導線截面積等)有關。所以,一般應該用制造廠隨儀表所附(或規定型號)的信號電纜。大多數儀表“使用說明書”對不同的介質電導率都會給出傳輸距離的范圍,如圖7-28所示就是某電磁流量計的傳輸距離范圍。一般,單層屏蔽電纜用于工業用水和一般酸堿液體的測量,通?蓚鬏斁嚯x100m,對于電導率較低的液體或傳輸距離較長時,可用多層屏蔽電纜。

為了避免干擾信號,信號電纜必須單獨穿在接地鋼管內,不能把信號電纜和電源電纜安放在同一鋼管內。

 

5.3 電磁流量計的運行和維護

 

1.傳感器零點檢查和調整

電磁流量計投入運行前,傳感器必須充滿實際測量流體,通電后在流體靜止狀態下作零點調整。投入運行后也要根據被測流體及使用條件定期停流檢查零點,尤其對易沉淀、易污染電極、含有固體的非清潔流體等,在運行初期應多檢查,以獲得正常檢查周期。交流勵磁方式的儀表與矩形波勵磁相比,更容易產生零點漂移,更要注意檢查和調整。

2.清除測量管內壁的結垢層

由于電磁流量計經常用來測量非清潔流體,測量管內壁常會附著沉積物或結垢層。如果附著物的電導率σw和被測流體的電導率σf相等,即σw=σf,尚不會產生原理性誤差(零點仍有可能漂移)。

若σw<σf,則增加了傳感器電極間的電阻。若該電阻仍遠小于轉換器的輸入阻抗,不影響傳感器和轉換器之間的傳輸精度的話,儀表尚能正常工作。若附著物為絕緣層,即σw<<σf,則電極回路將出現斷路,儀表不能正常工作;若附著物電導率顯著高于流體電導率,即σw>>σf,則電極回路將出現短路,儀表也不能正常工作。

3.定期檢查傳感器電性能

電磁流量傳感器的電性能主要包括電極間電阻、電極絕緣電阻及勵磁線圈絕緣電阻。

(1)測量電極間電阻

卸下傳感器與轉換器之間的信號連接線,使傳感器內充滿被測介質,用萬用表測量各電極與接地端之間的電阻值,其值應該在制造廠規定的范圍內,且所測兩電極的值應大體上相等。如果不是,應檢查原因。

(2)檢查電極絕緣電阻

放空傳感器內被測介質,擦凈測量管內壁,待內壁完全干燥后,用兆歐表測量各電極與接地端之間的絕緣電阻。如果絕緣電阻下降,應檢查原因。

(3)檢查勵磁線圈絕緣電阻

卸下傳感器勵磁線圈接線端與轉換器之間的連接線,用兆歐表測量勵磁線圈與接地端之間的絕緣電阻。如果絕緣電阻下降,應檢查原因。

4.電磁流量計使用中的常見故障

電磁流量計的常見故障,有的是由于儀表本身元器件損壞引起的故障,有的是由于選用不當、安裝不妥、環境條件、流體特性等因素造成的故障,如顯示波動、精度下降甚至儀表損壞等。尤其是后一種在使用中所遇到的故障,是更普遍更常見的故障。它一般可以分為兩種類型:安裝調試時出現的故障(調試期故障)和正常運行時出現的故障(運行期故障)。

(1)調試期故障

調試期故障一般出現在儀表安裝調試階段,一經排除,在以后相同條件下一般不會再出現。常見的調試期故障一般由安裝不妥、環境干擾以及流體特性影響等原因引起。

1)安裝方面

通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障,常見的如將傳感器安裝在易積聚氣體的管系最高點(如圖7-25位置c);或安裝在自上而下的垂直管上,可能出現排空(如圖7-25位置d);或傳感器后無背壓,流體直接排入大氣而形成測量管內非滿管(如圖7-25位置e)。

2)環境方面

通常主要是管道雜散電流干擾,空間強電磁波干擾,大型電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好的單獨接地保護就可獲得滿意結果,但如遇到強大的雜散電流(如電解車間管道,有時在兩電極上感應的交流電勢峰值Vpp可高達1V),尚需采取另外措施如流量傳感器與管道絕緣等(如圖7-27中a)所示)?臻g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

被測液體中含有均勻分布的微小氣泡通常不影響電磁流量計的正常工作,但隨著氣泡的增大,儀表輸出信號會出現波動,若氣泡大到足以遮蓋整個電極表面時,隨著氣泡流過電極會使電極信號回路瞬間斷路而使輸出信號出現更大的波動。

低頻方波勵磁的電磁流量計測量固體含量過多的漿液時,也將產生漿液噪聲,使輸出信號產生波動。

測量混合介質時,如果在混合未均勻前就進入流量傳感器進行測量,也將使輸出信號產生波動。

電極材料與被測介質選配不當,也將由于化學作用或極化現象而影響正常測量。應根據儀表選用或有關手冊正確選配電極材料。

(2)運行期故障

運行期故障是電磁流量計經調試并正常運行一段時期后出現的故障,常見的運行期故障一般由流量傳感器內壁附著層、雷電打擊以及環境條件變化等因素引起。

1)傳感器內壁附著層

由于電磁流量計常用來測量臟污流體,運行一段時間后,常會在傳感器內壁積聚附著層而產生故障。這些故障往往是由于附著層的電導率太大或太小造成的。若附著物為絕緣層,則電極回路將出現斷路,儀表不能正常工作;若附著層電導率顯著高于流體電導率,則電極回路將出現短路,儀表也不能正常工作。所以,應及時清除電磁流量計測量管內的附著結垢層。

2)雷電打擊

雷擊容易在儀表線路中感應出高電壓和浪涌電流,使儀表損壞。它主要通過電源線或勵磁線圈或傳感器與轉換器之間的流量信號線等途徑引入,尤其是從控制室電源線引入占絕大部分。

3)環境條件變化

在調試期間由于環境條件尚好(例如沒有干擾源),流量計工作正常,此時往往容易疏忽安裝條件(例如接地并不怎么良好)。在這種情況下,一旦環境條件變化,運行期間出現新的干擾源(如在流量計附近管道上進行電焊,附近安裝上大型變壓器等),就會干擾儀表的正常工作,流量汁的輸出信號就會出現波動。

本文來自:電磁流量計www.cinefreq.com

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