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  • 如何让电磁流量计计量的更加精准,要注意这些
  • 2019-06-14
  • 电磁流量计 的特点
    (1)流量计测量管是一段无阻流检测件的光滑直管,无活动及阻流部件,不易阻塞,无压力损失。对于大口径管道来说节能效果显著,可测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体。
    (2)输出与流量呈线性关系,测量范围宽,测量管径为(2.5-3000)mm。
    (3)安装要求低,上游直管段长度为10D,下游直管段长度为5D(D为流量计两板的间距)。
    (4)测量准确度可高达±0.5%。  
    2. 电磁流量计的应用条件
    (1)被测介质温度一般不超过120℃,压力不超过1.6MPa,流速不得低于0.3m/s。
    (2)被测介质必须是导电性的液体,*低电导率>5μs/cm,被测介质中不能含有较多铁磁性物质及气泡,不能用于气体、蒸汽、石油制品等非导电性液体测量。
     二、安装与调试的常见问题
    1. *好垂直安装,使介质自下而上流经仪表。如不能垂直安装,水平安装也可,但要保证两电极在同一水平面上。当被测介质中固体颗粒多时,应垂直安装使衬里不受磨损(水平安装会造成局部磨损)。
    2. 流量计安装位置应避免强烈震动,应避免强干扰源,要远离一切磁源(如大功率电机、变压器等)。
    3.  流量计安装时接地非常重要。因仪表信号较弱,外界略有干扰就会影响测量准确度。因此,变送器外壳、屏蔽线、测量管及变送器两端管道都要接地,并设置单独接地点。
     4.  流量计水平安装时,上游侧应有大于5D的直管段,当有阀门、扩大管时应加长到10D,上游的截止阀应全部打开。下游直管段应有大于3D的直管段,调节应安装在流量计的下游侧。为防止流体扰动,扩大管的圆锥角应小于15°。
     5. 流量计安装时,前后直管段如有缩管将影响仪表的测量准确度。
    6. 流量计安装使用时,不能在负压的情况下使用。因为变送器的衬里容易剥落,所以流量计只能在正压的工艺管线上安装使用。
    7. 流量计安装完毕初次使用时,设置管径非常重要,一定要将管内径设置准确。
      三、典型故障诊断及处理
     1. 无流量输出。检查电源部分是否存在故障,测试电源电压是否正常;测试保险丝通断;检查传感器箭头是否与流体流向一致,如不一致调换传感器安装方向;检查传感器是否充满流体,如没有充满流体,更换管道或垂直安装
     2.  信号越来越小或突然下降。测试两电极间绝缘是否破坏或被短路,两电极间电阻值正常在(70~100)Ω之间;测量管内壁可能沉积污垢,应清洗和擦拭电极,切勿划伤内衬。  测量管衬里是否破坏,如破坏应予以更换。
     3.零点不稳定,检查介质是否充满测量管及介质中是否存在气泡,如有气泡可在上游加装消气器,如水平安装可改成垂直安装;检查仪表接地是否完好,如不好,应进行三级接地(接地电阻≤100Ω);检查介质电导率应不小于5μs/cm;检查介质是否淤积于测量管中,清除时注意不要将内衬划伤。
    4.  流量指示值与实际值不符。检查传感器中的流体是否充满管,有无气泡,如有气泡可在上游加装消气器;检查各接地情况是否良好;检查流量计上游是否有阀,如有,移至下游或使之全开;检查转换器量程设定是否正确,如不对,重新设定正确量程。
     5. 示值在某一区间波动。检查环境条件是否发生变化,如出现新干扰源及其他影响仪表正常工作的磁源或震动等,应及时清除干扰或将流量计移位;检查测试信号电缆,用绝缘胶带进行端部处理,使导线、内屏蔽层、外屏蔽层、壳体之间不相互接触。
    电磁流量计常见故障,有的是由于选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等因素造成的故障,有的是由于仪表本身元器件损坏引起的故障,如显示波动、精度下降甚至仪表损坏等。它一般可以分为两种类型:安装调试时出现的故障和正常运行时出现的故障。
        1、调试期故障
        调试期待故障一般出现在仪表安装调试阶段,一经排除,在以后相同条件下一般不会再出现。常见的调试期故障一般由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。
        1)流体方面 被测液体中含有均匀分布的微小气泡通常不影响电磁流量计的正常工作,但随着气泡的增大,仪表输出信号会出现波动,若气泡大到足以遮盖整个电极表面时,随涡街流量计着气泡流过电极会使电极回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。
        2)环境方面 通常主要是管道杂散电流干扰,空间强电磁波干扰,大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常取良好的单独接地保护就可获得满意结果,涡轮流量计但如遇到强大的杂散电流(如电解车间管道,有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V),尚需采取另外措施和流量传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入,通常采用单层或多层屏蔽予以保护。
    3)安装方面 通常是电磁流量计传感器安装位置不正确引起的故障,常见的如将传感器安装在易积聚气体的管系*高点;或安装在自上而下的垂直管上,可能出现排空;或传感器后无背压,流体直接排入大气而形成测量管内非满管。
        低频方波励磁的电磁流量计测量固体含量过多浆液时,也将产生浆液噪声,使输出信号产生波动。测量混合介质时,如果在混合未均匀前就进入流量传感进行测量,也将使输出信号产生波动。电极材料与被测介质选配不当,也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。应根据仪表选用或有关手册正确选配电极材料。
        2、运行期故障
        运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障,常见的运行期故障一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。
        1)环境条件变化 在调试期间由于环境条件尚好(例如没有干扰源),流量计工作正常,此时往往容易疏忽安装条件(例如接地并不怎么良好)。在这种情况下,一旦环境条件变化,运行期间出现新的干扰源(如在流量计附近管道上进行电焊,附近安装上大型变压器等),就会干扰仪表的正常工作,流量计的输出输出信号就会出现波动。
        2)雷电打击 雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流,使仪表损坏。它主要通过电源线或励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入,尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。
        3)传感器内壁附着层 由于电磁流量计常用来测量脏污流体,运行一段时间后,常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。蒸汽流量计若附着物为绝缘层,则电极回路将出现断路,仪表不能正常工作;若附着层电导率显著高于流体电导率,则电极回路将出现短路,仪表也不能正常工作。所以,应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。
     
     
     
    第四节 输出晃动检查和采取措施
    一、故障原因
      输出晃动大体上可归纳为5方面故障原因,它们是:
      (1)流动本身是波动或脉动的,实质上不是电磁流量计的故障,仅如实反映流动状况;
        (2)管道末充满液体或液体中含有气泡;
        (3)外界杂散电流等电、磁干扰;
        (4)液体物性方面(如液体电导率不均匀或含有较多变颗粒/纤维的浆液等)的原因;
        (5)电极材料与液体匹配不妥。
    二、检查程序
     图4所示是检查电磁流量计输出晃动的流程。先按流程图全面考急作初步调查和判断,然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则是:①可经观察或询问了解无须作较大操作的在前,即先易后难;②按过去现场检修经验,出现频度较高而今后可以出现概率较高者在前;③检查本身的先后要求。若经初步调查确认足后几项故障原因,亦可提前作细致检查。
    图4 电磁流量计输出晃动检查流程
    三、故障检查和采取措施
    本小节分别讨论上述5个方面故障原因的检查方法和采取措施。
    1、流动本身的波动(或脉动)
    检查流程图第1项。若流动本身波动,仪表输出晃动则是如实反映波动状况。检查方法可在使用现场向操作人员和流程工艺人员询问或巡视有否波动源。管系流动波动(或脉动)的原因通常有3个方面:(1)电磁流量计上游的流动动力源采用了往复泵或膜片泵(经常用于精细化工、食品、医药和给水净化等加注药液),这些泵的脉动频率通常在每分钟几次到百余次之间;(2)仪表下游的控制阀流动特性和尺寸选用不妥,从而产生猎振(hunting),这可观察控制阀阀杆是否有振荡性移动;(3)其他扰动源使流动波动,例如:电磁流量计上游管道中有否阻流件(如全开蝶阀)产生旋涡(如象涡街流量计旋涡发生体产生的涡列,传感器进口端垫圈伸人流通通道,垫圈条片状碎块悬在液流中摆动等等)。
    在有脉动流动源的管线上,要减缓其对流量仪表测量的影响,通常采取流量传感器远离脉动源,利用管流流阻衰减脉动;或在管线适当位置装上称作被动式滤波器的气室缓冲器,吸收脉动。
    2、管道未充满液体或液体中含有气泡
    检查流程图第2项,本类故障主要是管网工程设计不良使传感器的测量管未充满液体或传感器安装不妥所致。应采取措施避免安装如图3所示a,e位置和以虚线管排放时b位置,改装到c,d位置。
    传感器下游无背压或背压不足,如装在位置e,液流经下游很短一段管段即排人大气,若阀门2全开,传感器测量管内有可能未充满液体。有时候流程的流量较大能充满而仪表运行正常,流量减小就有可能液体不满而使仪表失常。
    液体中含有气体 液体中泡状气体形成有从外界吸入和液体中溶解气体(空气)转变成游离状气泡两种途径。液体中含有气泡数量不多且气泡球径远小于电极直径,虽然减少了部分液体体积,但不会使电磁流量汁输出晃动;较大气泡则因擦过电极能遮盖整个电极,使流量信号回路瞬间开路,则输出信号晃动更大。
    ●液流中微小气泡在流动过程中会逐渐在高点或死角积聚,若电磁流量计装在管系高点,潴留气体减少传感器内液体流通面积而影响测量准确度,潴留较多时还会产生干扰信号(参见案例3);若传感器装在高点卜游,高点积聚气体超过容纳量或因受压力波动,气体以泡状或片状随液体流动,遮盖电极而造成输出晃动。
    ●外界吸入空气常见途径在给水公用事业方面主要有江河原水含有气泡,或吸入口水位高度过低(通常要求有2-5倍以上吸入口直径的距离,视吸入流速而异)形成吸入旋涡卷进空气。在流程工业方面的配比混合容器搅拌时混入空气以及泵吸入端或管系其他局部产生密封不良的场所吸入空气等。这类故障在实践中也常会碰到。
    ●液体中溶解空气分离成游离气泡 管系压力降低原溶解的空气(或气体)会分离成游离气泡。例如充满液体管系二端阀门关闭,停止运行后逐渐冷却, 由于热膨胀系数不同,液体收缩比管系收缩大得多,管系中形成收缩空间,形成局部真空状态。液体中溶解空气便分离出来形成气泡,积聚于管系高点。重新启动,夹入气泡的液体流过电极表面就可能使电磁流量计输出晃动。这可能是管系启动运行初期电磁流量计输出晃动,然后趋于稳定的这一现象的原因之一。又如水在1个大气压0℃时*多可溶解约0.3%VN空气,若在流程中水温升高空气就会分离成游离气泡(到30℃时,*多只能溶解约0.15%)。积聚起来也有可能出现故障现象。
    3、外界电磁干扰
    检查流程图第3项。电磁流量计由于流量信号小易受外界干扰影响,干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场。
    ●管道杂散电流主要靠电磁流量计良好接地保护,通常接地电阻要小于100Q,不要和其他电机和电器共用接地。有时候环境条件较好,电磁流量计不接地也能正常工作,但是我们认为即使如此还是作好接地为妥。因为一旦良好环境条件不复存在,仪表出现故障,届时会影响使用,再作各种检查带来诸多麻烦。
    有时候电磁流量计虽然良好接地,由于管道杂散电流过于强大(如电解工艺流程管线和有阴极保护管网)影响电磁流量汁正常测量,此时却须将电磁流量传感器与所管道之间作电气绝缘隔离。具体实例及其检查和排除过程可参阅案例12。
    ●静电和电磁波干扰会通过电磁流量计传感器和转换器间的信号线引入,通常若良好屏蔽(如信号线用屏蔽电缆,电缆置于保护铁管内)是可以防治的。然而也曾遇到强电磁波防治无效的实例,此时将转换器移近到传感器附近,缩短连接的信号电缆,或改用无外接电缆的一体型仪表。实例的具体内容请参见案例10。
    ●磁场干扰通常只有采取电磁流量传感器远离强磁场源。电磁流量计抗磁场的能力视传感器的结构设计而异,如传感器激磁线圈保护外壳由非磁性材料(如铝,塑料)制成,抗磁场影响的能力较弱,钢铁制成则较强。
    4、论证核查液体物性
    液体物性中有3种因素会使输出晃动。它们是:(1)液体中含有固相颗粒或气泡,(2)双组分液体中二种液体电导率不同而末均匀混合,或管道化学反应尚未完全完成,(3)液体的电导率接近下限值。
    ●被测液体含有较多固体颗粒会像前文所述气泡一样,使流量信号出现尖峰脉冲状噪声等,造成输出晃动。固相若是粉状通常则不会形成输出晃动。
    ●在精细化工业、食品业、医药业和给水处理工程经常在主液内加药液,而药液通常是由往复泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入药液后的上液呈现有药液段和无药液段相间隔的段列,若两种电导率不问的液体没有混和均匀,其下游测量流量的电磁流量计输出就会呈现晃动。出现这种情况应将加液点移至下游,或将电磁流量计移全加液点上游;如果受现场条件限制或嫌改装工程量大,亦可在加液点下游装混合器补救之。但装静态混合器后液流将产小旋转流,有可能造成1%或以上的额外附加误差。然而与输出晃动无法测量相比,是权衡两弊取其轻的措施。
    若混合液在管道内化学反应未结束就进入电磁流量汁测量,也有可能出现输出晃动现象。这种情况下只能改变测量点位置,务使测量位置在混合点上游或远离混合段的下游。然而远离混合段的相隔距离需要很长,例如反应时间60s,液体流速3m/s,不考虑保险系数就要求相距180m。
    ●液体电导率若接近下限值也有可能出现晃动现象。因为制造厂仪表规范(specification)规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的*低值,而实际条件不可能都很理想。我们就多次遇到测量低度蒸溜水或去离子水,具电导率接近电磁流量计规范规定的下限值5×10-6S/cm,使用时却出现输出晃动。通常认为能稳定测量的电导率下限值要向1-2个数量级。
    液体电导率可查阅附录或有关手册,缺少现成数据则可取样用电导率仪测定。但有时候也有从管线上取样去实验室测定认为可用,而实际电磁流量计不能工作的情况。这是由于测电导率时的液体与管线内液体已有差别,譬如液体巳吸收了大气中C02或NOx,生成碳酸或硝酸,改变了电导率。
    对于含有颗粒或纤维液体产生的噪声浆液,采取提高激磁频率能有效地改善输出晃动。表7-1所示足频率可调IFM 3080F型DN 300电磁流量计,测量浓度3.5%瓦楞低板浆液,在现场以不同激磁频率测量所显示瞬时流量晃动量。当频率较低为50/32Hz,晃动高达10.7%;频率提高到50/2Hz时,晃动降低至1.9%,效果十分明显。
    表1 不同激磁频率下时瞬时流量晃动量
    激磁频率/Hz 显示流量(峰晃动范围)/m3 •h-1 与平均值的百分比
    50/32 180-223 10.7
    50/18 200-224 5.6
    50/6 190-220 7.3
    50/2 255-265 1.9
    5、调查液体与电极材料匹配
    检查流程图第5项。电极材料的选择首先考虑足对被测液体的耐腐蚀性,然而选配不妥产生电极表面效应会形成输出晃动等故障。电极表面效应包括电极表面生成钝化膜或氧化膜等绝缘层以及极化现象和电化学等。介质一心极材料匹配还没有像耐腐蚀性那样有充足的资料可查,只有一些有限经验,尚待在实践中积累。
    钽一水、碱等非酸液 钽电极测量水流量时会形成绝缘层,使仪表失灵或运行一短时期后出现很大噪声。在工艺流程中即使是极短时间钽电极与水或"非酸"液接触,如用清水冲洗管子,亦会影响仪表正常使用。氢氧化钠等碱液亦不能选钽电极。
    哈氏合金B一高浓度盐酸 哈氏合金B对温度浓度不高的盐酸已有若干应用良好的实例。然而浓度超过某值时会产生噪声,应改用钽电极、硝酸、硫酸等酸液也有相似效应的实践经验。
    铂一过氧化氢 铂电极用于测量低压过氧化氢(压力低于0.3MPa)时,由于触媒作用在电极表面产生气雾,阻断了电气通路而影响工作。
    钔一浓度大于10%的盐酸 铂电场对浓度大于10%的盐酸会产生噪声,当改用钽电极。
    哈氏合金B-硫酸铝溶液 水厂用硫酸铝与原水混合以凝聚悬浮体。我们曾遇到哈氏合金B电极测量15%硫酸铝溶液,出现输出晃动,后改用耐酸钢电极即获得满意的结果。 

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