電磁流量計在煤化工應(yīng)用中存在的問題
電磁流量計在煤化工應(yīng)用中存在的問題
[摘要]電磁流量計是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，已在化工中得到廣泛應(yīng)用，在運(yùn)行中的故障判別方法受到了國內(nèi)外使用者的關(guān)注，特別是對電磁流量計的安裝，直接決定著電磁流量計的能否正常運(yùn)行和大大減少日后的維護(hù)。
[關(guān)鍵詞]法拉第電磁感應(yīng)；勵磁方式；電磁流量計的安裝；直管段
1 測量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電勢 e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度 L及導(dǎo)體的運(yùn)動速度 u成正比，如果 B，L，u三者互相垂直，則：
e＝Blu (1)
與此相仿，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為 D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速 u流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線。
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2 N S測量儀表1-磁極；2-電極；3-管道
圖1 電磁流量計原理
Fig.1 Electromagnetic flowmeter
如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極 (圖1)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動勢：
e＝BDū (2)
式中， ū為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量為：
πD2 πDe
(3)Q =u =
44 B 由上式可見，體積流量 Q與感應(yīng)電動勢 e和測量管內(nèi)徑 D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。
2 電磁流量計的安裝
智能電磁流量計的正確安裝對電磁流量計的正常運(yùn)行極為重要，也大大減少日后的維護(hù)工作量；電磁流量計的安裝要注意以下幾個問題：
(1)安裝場所。測量混合相流體時，應(yīng)選擇不會引起相分離的場所；避免安裝在電動機(jī)、變壓器等強(qiáng)電設(shè)備附近，以免引起電磁場干擾；選擇測量管內(nèi)不會出現(xiàn)負(fù)壓的場所；避免安裝在周圍有強(qiáng)腐蝕性氣體的場所；環(huán)境溫度一般應(yīng)在 -25~60 ℃范圍內(nèi)，盡可能避免陽光直射；安裝在無振動或振動小的場所。如果振動過大，則應(yīng)在傳感器前后的管道加固定支撐；避免安裝在能被雨水直淋或被水浸沒的場所。
(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(jìn)口端面 )應(yīng)有 3~5 D的直管段長度；對于不同開度的閥門，則要求有 10 D的直管段長度；傳感器后一般應(yīng)有 2 D的直管段長度。當(dāng)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。電磁流量計可以水平、垂直或傾斜安裝。水平安裝時，電磁流量計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(chǎn)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(yīng)將電磁流量計安裝在點(diǎn)，以免有氣體積聚，安裝在管系處，為不良的安裝位置，應(yīng)予以避免。垂直安裝時，應(yīng)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(zhì)上升離開傳感器電極區(qū)。測量泥漿、礦漿等液固二相流時，垂直安裝可以避免固相覺沉淀和電磁流量計襯里不均勻磨損。傳感器安裝處應(yīng)具有一定背壓，電磁流量計出口直接排空易造成測量管內(nèi)液體非滿管，為不良的安裝位置，應(yīng)予以避免。為了防止傳感器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，電磁流量計應(yīng)安裝在泵的后面，而不應(yīng)安裝在泵的前面。
(4)安裝旁路管。為了便于液流靜止時檢查和調(diào)整零點(diǎn)，中小管徑應(yīng)盡可能安裝旁路管。在測量含有沉淀物流體時，應(yīng)考慮便于清洗電磁流量計的安裝方式。如圖 2。清渣口圖
2 電磁流量計旁路安裝
Fig.2 Electromagnetic flowmeter bypass installation
采用圖 2安裝，即便是在生產(chǎn)中也可以切出來，進(jìn)行維護(hù)和處理。
(5)接地。
由于智能電磁流量計的工作原理和特性，接地屏蔽外界電磁干擾特別重要；同時為了使測量準(zhǔn)確和電極不會發(fā)生電流腐蝕，電磁流量計必須單獨(dú)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(yīng)在流量計側(cè)，轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)，在大多數(shù)情況下，流量計的內(nèi)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(nèi)裝的參比電極和金屬管將管中流體接地，將流量計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(hù)管道上，除了流量計和接地環(huán)一起接地外，還要用粗銅線繞過流量計跨接在管道的兩法蘭上，使陰極保護(hù)電流與流量計之間隔離。對于金屬非接地管道，應(yīng)用粗銅線連接，保證法蘭至法蘭和法蘭到流量計是連通的。對于非導(dǎo)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(huán)接地。
3 電磁流量計在煤化工生產(chǎn)中的常見問題
電磁流量計作為當(dāng)前流程工業(yè)廣泛使用的流量計，在應(yīng)用過程中依據(jù)其故障與成因分為五類，下面就電磁流量計的這些常見故障的成因、檢測判別方法以及對故障的處理方式簡要闡述。
3.1 液體中含有氣泡和非滿管的現(xiàn)象液體中含有氣泡的現(xiàn)場導(dǎo)致測量不準(zhǔn)或測量值波動(輸出波動)，液體中泡狀氣體的形成有從外界吸入和液體中溶解氣體 (空氣)轉(zhuǎn)變成游離狀氣泡兩種途徑。若液體中含有較大氣泡，則因擦過電極時能遮蓋整個電極，使流量信號輸入回路瞬時開路，導(dǎo)致輸出信號出現(xiàn)波動。非滿管現(xiàn)象可以看作液體中含有氣泡的一種情況。液體未充滿管道可分為液面高度高于測量電極水平面或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時，若管系的前后直管段比較理想時，電磁流量計的測量大多能夠穩(wěn)定，但流量計所計量的液體體積包含了管內(nèi)的氣體體積，故這種測量存在著很大的測量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時，此時電極裸露在空氣中，測量回路實(shí)際處于開路狀態(tài)。電磁流量計的測量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動或是滿度。這也是在非工作狀態(tài)即管道無液體介質(zhì)時，電磁流量計指示隨機(jī)值，工藝人員有時會認(rèn)為流量計出故障。
的判別方法是當(dāng)遇到波動時，切斷磁場的勵磁回路電流，如果此時儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時，說明大多是由于氣泡或非充滿管的影響造成。如果此時以萬用表測量電極電阻，可測量到電極的回路電阻要比正常時高；引起這方面的現(xiàn)象的多數(shù)還是在安裝方面的原因，電磁流量計的安裝合適與否直接影響到測量效果，同時對于被測介質(zhì)中含有空氣的情況，如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計裝在管道的高點(diǎn)而滯留氣體或外界吸入空氣造成流量計波動的話，更換安裝位置是最*的解決方法，在管線點(diǎn)或采用 U型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換，建議在流量計上游安裝集氣包和排氣閥，在安裝了排氣裝置后，測量即恢復(fù)正常。在流量計安裝時盡量避免出現(xiàn)非滿管的情況，如前面提及的在管線端安裝或有意將流量計安裝在 U型管道和垂直管道上。典型故障：煤氣化33單元 P-3301AB出口流量，由于安裝在泵的出口高處水平管道上，造成工藝水沒充滿電磁流量計，造成指示波動大，即測量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動或是滿量程；工藝無法參考，把電磁流量計改裝到垂直管道或合適的水平管線上，才能*解決問題；存在同樣問題的還有 33FT-0002、36FT-0001、 36FT-0002，都是由于安裝位置不合適造成指示波動大。
3.2 電極腐蝕在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測量值晃動的情況，且都以傳感器失效而告終。由于電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計輸出波動。電極一旦被腐蝕后，所造成的結(jié)果對此的解決方法，只有更換新的電極。
3.3 電極結(jié)垢及電極短路電極短路的判別比較簡單，若被測介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時，電極短路較易診斷，此時測量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見。因電磁流量計經(jīng)常應(yīng)用于原水和污水等計量環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時，表現(xiàn)為信號逐漸減小，直至絕緣而使得信號回路開路，此時流量信號被隔絕。
當(dāng)被測介質(zhì)的粘度較高時，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號電勢被分流而不能工作，即電極短路，若是非導(dǎo)電層，就是我們?nèi)粘Ｋf的電極結(jié)垢，則使電極開路而不能工作。結(jié)合工藝工況拆下清洗電磁流量計是一個比較*的方法。
典型案例：煤氣化 14單元，渣池循環(huán)水泵 P-1402AB出口去 V-1402的渣池水的電磁流量計 14FT-0003，由于渣池水含細(xì)渣和污垢，加上是水平安裝，更容易造成襯里和電極結(jié)垢，從而造成流量計的指示逐漸減小。解決方案，是管路進(jìn)行改造，增加旁路，便于生產(chǎn)期間可以交出，清洗電磁流量計。
3.4 襯里變形
測量不準(zhǔn)確或智能電磁流量計損壞。襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里，氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯 (PTFE)襯里本身的工藝結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫鬯姆蚁┡c管壁間僅靠壓貼，無粘結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。聚四氟乙烯 (PTFE)實(shí)用溫度不能大于 150°，因此，聚四氟乙烯 (PTFE)襯里的電磁流量計不能應(yīng)用于高溫場合管道，若在高溫下瞬時形成負(fù)壓后則會引起襯里變形。
圖 3 襯里變形后的電磁流量計
Fig.3 After deformation of the electromagnetic flowmeter liner
典型案例：殼牌煤化工裝置中，泵 P-1601打到 J-1602的電磁流量計16FT-0012，在生產(chǎn)工作過程中，指示逐漸變小，停車拆開檢查，檢查發(fā)現(xiàn)四氟襯里變形，向內(nèi)鼓泡，如圖 3：后分析原因發(fā)現(xiàn)管道介質(zhì)溫度工況在 150°以上，因電磁流量計是四氟襯里，使用溫度不應(yīng)超過 150°，另外工藝停泵 P-1601，沒有打開排放，電磁流量計安裝位置又高，溫度冷卻冷凝后形成負(fù)壓，造成襯里變形。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：
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