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电磁流量计

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电磁流量计在丙烯酸装置中的应用和故障分析

来源:作者:发表时间:2017-06-28 10:34:07

 引言: 为获得正常测量精确度,电磁流量传感器上游要有一定长度直管段,但其长度与大部分其他流量仪表相比要求较低。90°弯头、T 形管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线( 不是传感器进口端连接面) 5 倍直径( 5D) 长度的直管段,不同开度的阀则需10D; 下游直管段为2 ~ 3D 或无要求; 但要防止蝶阀阀片伸入到传感器测量管内。

 
摘要:本文主要讲述了电磁流量计故障类型,以及在丙烯酸装置中因为安装问题和现场情况导致的电磁流量计故障的分析,从而帮助用户对电磁流量计安装的有关问题能有更加深刻的认识。
 
1 电磁流量计原理与结构
1. 1 概述
电磁流量计( 以下简称EMF) 是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。50 年代初EMF 实现了工业化应用,近年来世界范围EMF 产量约占工业流量仪表台数的5% ~6.5%。70 年代以来出现键控低频矩形波激磁方式,逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式,仪表性能有了很大提高,得到更为广泛的应用。
 
1. 2 原理与机构
        EMF 的基本原理是法拉第电磁感应定律,即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势,电动势的方向按“弗来明右手规则”,其值如下式:E = kBDV
式中: E———感应电动势,即流量信号,V;
k———系数;
B———磁感应强度,T;
D———测量管内径,m;
V———平均流速,m/s。
        设液体的体积流量为,则式中: k———仪表常数,k = 4KB /πD 。EMF 由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构,测量管上下装有激磁线圈,通激磁电流后产生磁场穿过测量管,一对电极装在测量管内壁与液体相接触,引出感应电势,送到转换器。激磁电流则由转换器提供。
2、电磁流量计故障类型
        电磁流量汁运行中产生故障的第一类为仪表本身故障,即仪表结构件或元器件损坏引起的故障; 第二类为外界原因引起的故障,如安装不妥流动畸变,沉积和结垢等。本文重点讨论的是应用方面和上述第二类外界原因的故障。按照故障发生时期分类,可分为: ①调试期故障; ②运行期故障。调试期故障出现在新装用后调试初期,主要原因是仪表选用或设定不当,安装不妥等。运行期故障足在运行一段时期后出现,主要原因有流体中杂质附着电极衬里,环境条件变化出现新干扰源等。按故障外界源头分析来自3 个方面: ①管道系统和安装等方面引起的;②环境方面引起的; ③流体方面引起的。来源①主要在调试期表现出来; 来源②和③则在调试期和运行期均会出现。
2. 1 调试期故障
        本类故障在电磁流量计初始装用调试时就出现,但一经改进排除故障,以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响3 方面原因。
2. 1. 1 管道系统和安装等方面
        通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点; 流量传感器后无背压,液体迳直排人大气,形成其测量管内非满管; 装在自上向下流的垂直管道上,可能出现排空等。
2. 1. 2 环境方面
        主要是管道杂散电流干扰,空间电磁波干扰,大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量,但如遇管道有强杂散电流亦不一定能克服,须采取流量传感器与管道缘绝的措施。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,但也曾遇到屏蔽保护还不能克服。
2. 1. 3 流体方面
        液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,唯所测得体积流量是液体和气体两者之和; 气泡增大会使输出信号波动,若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面,使电极信号回路瞬时断开,输出信号将产生更大波动。低频( 50 /16Hz ~ 50 /6Hz) 矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声,输出信号亦会有一定程度波动。两种或两种以上液体作管道混合工艺时,若两种液体电导率( 或各自与电极间电位) 有差异,在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量,输出信号亦会产生波动。电极材质与被测介质选配不善,产生钝化或氧化等化学作用,电极表面形成绝缘膜,以及电化学和极化现象等,均会妨碍正常测量。
2. 2 运行期故障
        经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障,常见故障原因有: 流量传感器内壁附着层,雷电击,环境条件变化。
2. 2. 1 内壁附着层
        由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多,出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号,只是改变流通面积,形成测量误差的隐性故障; 若是高电导率附着层,电极间电动势将被短路; 若是绝缘性附着层,电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。
2. 2. 2 雷电击
        雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流,进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3 条引入途径: 电源线,传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析,引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的,其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到,不仅电磁流量计出现故障,控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。
2. 2. 3 环境条件变化
        主要原因同上节调试期故障环境方面,只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计,调试期因无厂扰源,仪表运行正常,然而在运行期出现新干扰源( 例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊) 干扰仪表正常运行,出现输出信号大幅度波动。
3 丙烯酸装置中电磁流量计简介及故障分析
3. 1 电磁流量计简介
        丙烯酸装置中采用的一种电磁流量计,其为www.88125a.com公司的电磁流量计SCLDE系列流量计是基于数十年现场经验实践研发的产品,不仅耐用,而且易于操作。可更换电极和电极粘污度诊断功能的结合大大提高了系统可维护性。SCLDE采用能消除流体噪音的“双频励磁法”和为恶劣环境下使用新增的可选“增强型双频励磁法”,确保系统稳定性和快速响应。
3. 2 电磁流量计的安装问题
3. 2. 1 直管段长度问题
        为获得正常测量精确度,电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段,但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90°弯头、T 形管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线( 不是传感器进口端连接面) 5 倍直径( 5D) 长度的直管段,不同开度的阀则需10D; 下游直管段为( 2 ~ 3) D 或无要求; 但要防止蝶阀阀片伸入到传感器测量管内。各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致,这是由于为保证达到当前0. 5 级精度仪表的要求。
3. 2. 2 安装位置和流动方向问题
        传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可,不受限制。但测量固液两相流体最好垂直安装,自下而上流动。这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重,低流速时固相沉淀等缺点。水平安装时要使电极轴线平行于地平线,不要处于垂直于地平线,因为处于地步的电极易被沉积物覆盖,顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面,使输出信号波动。
3. 3 强流束的干扰
        丙烯酸装置中,有一台比较重要的电磁流量计,其安装位置如图1 所示。www.88125a.com电磁流量计SC-1230安装在弯曲管道的底部位置,前后直管段长度均符合要求。但装置投运后,很长时间工作不正常。从DCS 趋势图上看出流量波动很大,趋势图杂乱,而经反复检查,仪表安装,电极及接地均无问题。后又检查工艺上游工业管道安装的情况,主管道的流束由三股流束F1,F2,F3 组成,其中F3 来自一个高位槽,和电磁流量计安装位置标高差了约20m。而D段管道长约1m,H 段管道长约1. 5m。F3 流束从高位槽下来后,由于其巨大的位能转还成动能,使得F3 未能和F1,F2 混合好而直接穿过电磁流量计,也即有2 种不同流束的流体穿过电磁流量计。这股流束形成了对主流体的干扰,使电磁流量计指示紊乱波动。找到原因后,将电磁流量计SC-1230从A位置移到B 位置,B 位置距原管道弯曲部分约2m。改进安装位置后,这一难题终于得到解决。
 
3. 4 容器内部局部阻力变化对流量的干扰
        丙烯酸装置内有一台www.88125a.com电磁流量计,其原安装位置如图2 所示。www.88125a.com电磁流量计其前后直管段长度及接地均符合要求,但是开车后流量示值一直跳动,且查不出来原因。一个偶然的机会,母液罐的搅拌器停止运行后却发现电磁流量计示值稳定了。经检查发现,此搅拌器示侧壁安装,且位置距电磁流量计管线出口翻起的波浪改变了管道出口的阻力。电磁流量计出口到容器壁的距离D1 约1. 5m,由于距离太短,搅拌波浪使管道出口的压力波动,从而使电磁流量计出口流速不稳,使电磁流量计示值产生跳动。后将电磁流量计从A 位置移到B 位置,距原安装约10m,电磁流量计才得以正常运行。
 
4 总结
        丙烯酸装置中,在电磁流量计现实安装中遇到了很多问题,经过笔者不断地学习和对有经验师傅的请教,从而对电磁流量计安装的有关问题有了较为深刻认识。