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电磁流量计

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电磁流量计在真空制盐采输卤应用中的故障和测量不准的原因及校准分析

来源:江苏井神盐化股份有限公司,江苏省制盐工业研究所作者:李三凤 ,曹 军 发表时间:2017-09-13 10:44:21

 摘 要:电磁流量计早在上个世纪 50 年代已经实现了广泛的工业化应用。 本文主要针对电磁流量计在我公司真空制盐采输卤应用过程中,出现的一些故障、测量不准确等现象做简要分析,以及相关的解决办法与建议。 主要针对我公司卤水输送管道结垢导致的测量不准确的现状,分析其成因,提出解决思路与方法进行探讨。

 
1 前言
        电磁流量计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。 其测量原理是当导体在磁场中作切割磁力线运动时,在导体中会产生感应电势,感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。 如图 1 所示,导电流体在磁场中作垂直方向流动切割磁力线时,也会在管道两边的电极上产生感应电势。
其感应电势为 E=kBVD
其中:
        K —— — 仪表常数
        B —— — 磁感应强度
        V —— — 测量管道截面内的平均流速
        D —— — 测量管道截面的内径
        测量流量时,导电性的液体以速度 v 流过垂直于流动方向的磁场,导电性液体的流动感应出一个与平均流速成正比的电压,其感应电压信号通过两个或两个以上与液体直接接触的电极检出,并通过电缆送至转换器通过智能处理,转换成标准信号 4~20mA 或 0~1kHz 输出。
 电磁流量计原理图
2 故障现状介绍与原因分析
2.1 电磁流量计使用概况
 
        电磁流量计早在上个世纪 50 年代已经实现了广泛的工业化应用,也广泛应用于制盐化工等行业的计量,我公司真空制盐采输卤应用过程中,部分电磁流量计出现的一些故障、 测量不准确等现象。目前在我们公司电磁流量计主要对液体(盐卤,水)和渣浆流体进行流量检测,获得瞬时流量和累积流量。 三个矿区有约 100 台电磁流量计,使用时间长短不一,有的寿命在十年以上,但近几年由于井组增多,注入井组介质不断变化,卤水类型不断转换,以及管道切换频繁导致的测量不准确时有发生。
 
        前段时间我们使用电磁流量计,由于注水介质发生改变, 出现注水流量比平常显著降低 (由100m 3 /h 降低至 20~30m 3 /h ), 出卤量明显偏高的现象,针对这一现象曾做以下工作:
        测量数据发生显著变化的部分井组,在焊接管道时曾拆开流量计,流量计内部结垢情况如图 2 。
 电磁流量计内部结垢图
2.2 电磁流量计故障原因主要有两类
        第一类是外部原因引发的故障,例如安装不当导致流动畸变,传感器内壁沉积和结垢。 由于卤水和不同注水介质在管道流动的过程中, 由于温度、压力等的变化,介质发生了化学反应,易在管路和流量计内壁上结垢,受流量计流通截面积变化的影响,仪表的检测准确性也会发生变化。 另一方面,卤水电导率随浓度、成份等发生的变化。电导率 (EC) 表示溶液的导电能力, 不同浓度之间和不同 pH 值之间,卤水的电导率变化很明显。 通过现场仪表数据分析,数据变化范围较大。 管路和流量计内壁上结垢会明显影响流体的电导率,增大管路截面的电阻值,降低电信号输出,从而影响流量计的准确性。
 
        第二类是仪表自身故障,即仪表自身结构件或元器件损坏引发的故障。
 
3 卤水输送管道流量数据不准原因分析
        结合我公司电磁流量计在卤水输送管道现状,可以从设备自身维保、流通介质性质、使用环境等方面分析,流量计数据不准确,主要由以下几个方面原因:
 
3.1 内壁附着层
        由于电磁流量计测量的流体大多含有悬浮固相或者脏污体,电磁流量传感器内壁附着层出现的故障频率较高,如果附着层与液体二者的电导率接近,仪表仍然可以进行正常信号输出,只是改变了流体的流通面积, 将导致测量误差的隐形故障,如果附着层是高电导率,电磁流量传感器电极间的电势易短路,如果附着层是绝缘性,电磁流量传感器电极表面被绝缘将断开了测量回路。 后两种现象需要清洁附着层或更换传感器才能使仪表正常工作。(相关阅读:如何清洗电磁流量计
 
3.2 雷电击
        线路遇雷击时会瞬时产生很高电压和浪涌电流,仪表遭雷击后极易损坏。 雷电击主要通过三个途径进入仪表:仪表电源线,转换器和传感器间的激磁线与流量信号线。 从雷电故障中损坏的仪表零部件分析,雷电击大部分经电源线路进入仪表从而引发故障,而其他两种途径比较少。(相关阅读:电磁流量计如何防雷
 
3.3 环境条件变化
        环境条件变化所引起的故障主要是因为仪表在运行期间出现了新的干扰源。 例如一台接地保护并不良好的电磁流量计,调试期因无外界干扰源,仪表能够正常运行,然而在运行期出现新的干扰源后 ( 例如:管道旁新增高压电网、测量点附近管道或较远处实施管道电焊,车辆过往频繁振动加大等等 ) ,干扰了仪表正常运行,出现了电磁流量计信号输出较大振荡。
 
3.4 突发事件对表计影响
        传感器长时间浸泡水中,本厂区阀门井遇到暴雨外加断电的情况, 导致仪表全部浸泡在水中,长达 8 小时。 事后经过及时检查处理,大部分恢复,而密封不严实的仪表,内部励磁线圈、电路板等全部损坏,传感器无法工作,只能更换仪表。
 
4 解决方法与思路
        根据电磁流量计工作原理和工作环境要求,解决电磁流量计测量不准主要是从前期选型、保证工作环境、消除干扰因素、定期校准等几方面入手。
 
4.1 前期选型
        首先不同测量介质的类型选取合适的仪表,这里涉及的内容主要有管道口径大小、 压力等级、测量介质酸碱性、腐蚀性、噪音、电极特点、衬里材质、接地性能等; 尽量选用陶瓷衬里的电磁流量计,如果预算允许,就用电容式电磁流量计,因没有接液电极,同时又是陶瓷内衬里,这样效果会好一些;有条件情况下,要求供货商对陶瓷衬里进行镜面抛光处理,这样处理后,衬里不易结垢,即使有轻微结垢,也会在维护时容易处理掉。第二是根据现场工况选择分体式、 一体式,防护等级等。
 
4.2 安装地点、方式选择
        1 ) 流量计前后直管段长度直接影响测量准确度,很多仪表前期设计合符要求,但后期因为生产检修等各种原因, 需要增加各种阀门、 冲洗管道等管件,会导致直管段要求不够,直接导致测量不准确;因此,前期设计安装尽量放大表计前后直管段长度。
        2 )保证安装仪表的管道充满测量介质。 流量计测量段长度范围内不可以有气室、气袋等。
 
4.3 采取防垢措施及装置
        根据流量计自身性能特点及安装要求,结合在我公司使用现状以及故障原因分析,在电磁流量选型、使用等方面可采取以下措施:
        ( 1 )选择合适的安装位置。 当停流时,浆液中的沉渣不在流量计测量管的位置聚集,减少结垢的机率。 在易结垢的管路段上,加装除垢超声波流量计,可保证流量计段 30m 以内管路不结垢。
        ( 2 )加旁路冲洗装置。 在流量计不运行时或产生管道阻碍时,及时用清水对流量计进行冲洗处理。
        ( 3 )选择大口径。 在满足生产需求情况下,选择稍大口径的流量计, 虽然计量精度会略有下降,但维保量会减少许多。
        ( 4 )选择没有外部干扰的环境。 安装在没有震动的位置,流量计两边的管道要用支架支撑,减少工作时的管道震动,同时流量计检修时便于拆装;给流量计安装外防护罩,减少环境对表计的损害和影响。
        ( 5 )定期校准。 已安装的无法拆除的流量计,进行定期校准标定,该维护工作量较大。
 
5 各类校准方法及效果分析
        5.1 超声波法。 用超声波测量管道内流体流速,与现有流量计进行比较,进行参数调整。 富士超声波流量计与锐 - 环保提供的思科超声波, 对我公司注水总管流量可测量,比对数据一致;阀门井、粉砂注井、管汇房等处管道,无法获得测量信号,对流体的粘度系数、声速等各项参数无法获得,该方法可行性比较弱。
        5.2 容积法。 利用容积法校准装置,有罐子可精确测量出体积的设备进行连接测量,粉砂注井部分设备可实现。 管汇房与阀门井等设备不可行。 同时该方法涉及到很多阀门操作以及专用容器选择,需要现场配合工作到位方可实现。
        5.3 经验法。 利用矿区长期积累的运行经验,目测出卤的流量,结合采注比,调整流量计参数准确度比较低。
 
6 结束语
        本文主要是结合电磁流量计在我公司采输卤过程中出现的问题,进行分析,提出解决方法,从流量计的选型到安装、使用、校验,按照以上方法可取得相对较好的使用效果,延长设备使用周期,确保测量的准确度,减少检修的工作量与费用。 对于在电磁流量计维保工作中出现的新问题,在工作中继续加以关注解决。