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电磁流量计

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电磁流量计在化工生产当中的应用及故障分析

来源:作者:发表时间:2017-09-15 09:45:33

 摘 要:本文详细介绍了电磁流量计的工作原理、特点以及应用的局限性,同时也介绍了电磁流量计在化工生产当中的应用以及经常遇到的故障和分析处理。

 
1 引言
        化工生产中流量的测量是一项重要的参数,因此只有流量测量灵敏可靠,才能保证生产的正常稳定运行。电磁流量计便是在化工生产中流量测量过程中经常使用的重要仪表,电磁流量计虽具有着结构简单、量程范围极宽、无机械惯性和反应灵敏等优良特性,但是目前它还有一些不足之处,以致在使用上受到一定限制。
 
2 工作原理
        电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。即当导电液体流过电磁流量计时,导体液体中会产生与平均流速V(体积流量)成正比的电压,其感应电压信号通过两个与液体接触的电极检测,通过电缆传至放大器,然后转换成统一的输出信号。基于电磁流量计的测量原理,要求流动的液体具有最低限度的电导率。
 
        电磁流量计包括变送器和转换器两个部分,两者之间使用连接线相互连接。变送器是基于电磁感应定律工作的,如图1所示,被测介质垂直于磁感线方向流动,做切割磁感线运动从而产生感应电动势E。
电磁流量计结构原理.jpg
       20170915094820.jpg
        式中,B—电磁感应强度,T;
        d—两电极间距离,cm;
        v—被测介质平均流速,m/s;
        转换器是一个高输入阻抗,且能抑制各种干扰成分的交流毫伏转换器。
 
3 电磁流量计的主要特点以及使用的局限性
3.1 主要特点
        (1)电磁流量计的变送器结构简单,没有可动部件,也没有任何阻碍流体流动的节流部件,所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失,同时它不会引起诸如磨损,堵塞等问题,特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆,污水等液固两相流体,以及各种粘性较大的浆液等。同样,由于它结构上无运动部件,故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极,起到很好的耐腐蚀性能,使之可用于各种腐蚀性介质的测量。
 
        (2)电磁流量计是—种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度、粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响。因此,电磁流量计只需经水标定以后,就可以用来测量其它导电性液体的流量,而不需要附加其它修正。
        (3)电磁流量计的量程范围极宽,同一台电磁流量计的量程比可达1:100。此外,电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关。
        (4)电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,而且线性好。因此,可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出,可就地指示,也可远距离传送。
 
3.2 使用局限性
        (1)电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体。
        (2)电磁流量计目前还不能用来测量电导率很低的液体介质,被测液体介质的电导率不能低于10-5(S/cm),相当于蒸馏水的电导率.对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。
        (3)由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制,目前工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。
        (4)电磁流量计受流速分布影响,在轴对称分布的条件下,流量信号与平均流速成正比。所以,电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段。
        (5)电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。
 
4 电磁流量计运行管理
4.1 安装工程要点
        电磁流量计在运行中产生的故障一般分两类。一类为仪表本身故障,即仪表结构件或元器件损坏引得故障;另一类为外界原因引起的故障,如电磁流量计安装不妥造成流动畸变,沉积和结垢或环境条件变化出现新干扰源等。下面就几种常见故障进行分析。
        (1)管道系统和安装:通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的有传感器前直管段不符合要求,当上游侧泵或阀的工作状态产生变化时,流体产生扰动,影响到传感器的测量状态;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,液体径直排入大气。形成其测量管内非满管;装在自上向下流的垂直管道上,可能出现排空等原因。
 
        (2)周围环境: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。对管道杂散电流干扰通常采取良好的单独接地保护。如管道有强杂散电流,须采取流量传感器与管道绝缘的措施。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。
        (3)流体方面:如果流体内含有大量气泡,会使信号输出波动。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,人输出信号将产生更大的波动;如果两种电导率不同的混合液体在未均匀混合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。
 
        (4)管道内壁附着层:当电磁流量计测量含悬浮物较高或较脏的流体流量时,污物容易附着在管道内壁,使电极被覆盖。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;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。
 
        (5)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。雷电击损坏仪表有三条引入途径:电源线、传感器与转换器之间的流量信号线和励磁线。不过引起故障的感应瞬时高电压和浪涌电流大部分是从控制室电源线路引入的(控制室其他仪表也常常同时出现雷击事故),因此,设置控制室仪表电源线防雷设施是非常重要的。
 
        (6)仪表井进水:仪表井进水,使接线盒长期授水。造成输入端子短路,使输出为零。此时如能及时将水排掉,晾干接线端子。去掉锈迹,然后接好端子线。仪表还可恢复运行。如果经过严重的长期浸泡,传感器的励磁线圈将有可能被烧坏,仪表就不能修复。
 
        (7)电气接线:接线端子松动,电缆屏蔽不好,屏蔽线接地,造成仪表显示不准。
 
4.2 常见故障解析
        电磁流量计常见故障现象有:无流量信号;输出晃动;零点不稳;流量测量值与应用参比值不符;输出信号超满度值等。下面我们就这些常见的故障现象做出相应的处理方法和检查流程,具体如下所示:
        (1)无流量信号输出:A.查电源及连接电缆系统完好性。检查转换器电源、励磁电流熔丝,或置换整个电源线路板。查连接励磁系统和信号系统的电缆是否完好,接点是否正确。B.查液体流动方向和管内流体充满性。液体流动方向必须与传感器壳体上箭头方向一致,如果管道内流体不满管,应在流量计下游侧加装U形弯。C.查传感器完好性和测量管内壁状况。先检查各接线端子和励磁线圈的完好性。用万用表测线圈电阻及线圈对地电阻,查线圈是否断开或匝闻短路,线圈及其端子绝缘是否下降。此类故障通常是由于仪表井进水,使电气接线盒浸水造成的。再查测量电极接触电阻,以判断电极状况。D.查转换器故障。一般采用更换线路板来排除故障。
 
        (2)输出晃动:A.被测流体本身是波动或脉动的,非流量计自身的故障。是流量计上游动力源(如水泵)或下游阀门开度改变引起的波动。待工艺过程平稳后输出会稳定下来。B.管道未充满液体或液体中含有气泡,原因是传感器下游无背压或背压不足。也可能是上游水泵吸人空气,可在流量计下游侧加装U形弯并装排气阀。C.外界电磁干扰,干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场。检查传感器是否良好的接地,通常接地电阻要小于l0Ω (或100Ω);将电磁流量传感器与其管道之间作电气绝缘隔离;检查传感器与转换器之间的信号线是否良好屏蔽,电缆是否置于保护钢管内,移近转换器与传感器之间的距离,缩短连接电缆长度;排除强干扰源。
 
        (3)零点不稳定:A.管道未充满液体或液体中含有气泡。B.主观上认为管系液体无流动而实际上存在微小流动;其实不是电磁流量计故障,而是如实反映流动状况的误解。C.受杂散电流等外界干扰传感器接地不完善。D.液体电导率变化或不均匀,在静止时会使零点变动。因此,流量计位置应远离注入药液点或管道化学反应段下游;若液体内杂质沉积测量管内壁,测量电极被覆盖,也可能造成零点变动。E.检查信号线绝缘情况。先检查信号电缆,再检查接线端子,然后再检查电极的绝缘电阻。当管内充满液体时,用万用表分别测量每一电极与接地点之间的电阻。两电极对地电阻之差应在10%~20%之间。放空测量管,电极与地同的阻值必须在100MΩ以上。
 
        (4)流量测量值与应用参比值不符:A.转换器设定值不正确。调出仪表菜单,检查仪表常数、管道口径和计量单位等设定值,调整转换器零点和量程。B.查管道充液状况和是否含有气泡。C.未处理好信号电缆或使用过程中电缆绝缘下降。D.传感器上游流动状况不符合要求,直管段长度不够。E.传感器极问电阻变化或电极绝缘下降。F.所测量管系存在未纳入考核的流入/流出值。
 
        (5)输出信号超满刻度值:A.确认故障位置。将转换器两信号输入端子和功能地端子短路。观察转换器输出信号是否到零。若能到零,则故障不在转换器;若不能到零,则转换器错误。B.传感器或连接电缆故障。电极间无液体连通,电缆断开或接线错误都会造成信号回路断开,使输出超满度。C.转换器方面。检查转换器仪表常数和各参数是否符合,核对与传感器是否配套,试换备用线路板检查各单元线路故障。
 
5 结束语
        电磁流量计在化工生产使用的过程当中,会随机出现各种故障现象,但只要我们了解该仪表的工作原理,并能够深入学习和努力分析,就一定能够很好地加以排除解决,保证仪表的指示准确而灵敏,从而为生产长周期打下基础。