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插入式電磁流量計

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電磁流量計原理,選型,優缺點,分類,安裝,維護,故障等詳談

來源:作者:發表時間:2017-10-18 09:03:33

        電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。上世紀50年代電磁流量計實現了工業化應用,近年來世界范圍的產量約占工業流量儀表數量的50%。在巴彥淖爾紫金鋅業有限公司20萬t濕法鋅冶煉系統各工藝流量檢測儀表中,電磁流量計的使用量達到了95%。本文結合生產實際,介紹電磁流量計的選位、安裝、維護、故障處理,為合理選擇和應用電磁流量計提供借鑒。
 
1電磁流量計的工作原理、結構、分類
        及特點
1.1工作原理和結構
        電磁流量計的基本原理就是法拉第電磁感應定律,即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢。導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動,與流動方向垂直的方向上產生與流量成比例的感應電勢,電動勢的方向遵循“弗來明右手規則”,其計算式如下:
        E=kBDV(1)
式中:E為感應電動勢,即流量信號,V;k為系數;;B為磁感應強度,T;D為測量管內徑,mo
        電磁流量計由流量傳感器和變送器兩大部分組成。測量管上下裝有勵磁線圈,通勵磁電流后產生磁場穿過測量管,一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸,引出感應電勢送到轉換器。勵磁電流由變送器提供。
1.2種類
        電磁流量計按勵磁電流方式可劃分為:直流勵磁;交流(工頻或其他頻率)勵磁;低頻方波勵磁。
1.2.1直流勵磁
        直流勵磁方式用直流電產生磁場或采用永久磁鐵,它能產生一個恒定的均勻磁場。這種直流勵磁變送器最大的優點是受交流電磁場干擾影響很小,因而可以忽略液體中自感現象的影響。但是,使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化,即電解質在電場中被電解,產生正負離子。在電場力的作用下,負離子跑向正極,正離子跑向負極,導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍,嚴重影響儀表的正常工作。所以,直流勵磁一般只用于測量非電解質液體.
 
1.2.2交流勵磁
        目前工業上使用的電磁流量計,大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式,即它的磁場是由正弦交變電流產生的,所以產生的磁場也是一個交變磁場。交變磁場變送器的主要優點是消除了電極表面的極化干擾。另外,由于磁場是交變的,所以輸出信號也是交變信號,放大和轉換低電平的交流信號要比直流信號容易得多。
        值得注意的是,交流磁場會帶來一系列的電磁干擾問題,例如正交干擾、同相干擾等,這些干擾信號會與有用的流量信號混雜在一起。如何正確區分流量信號與干擾信號,并如何有效地抑制和排除各種干擾信號,是交流勵磁電磁流量計在實際使用中應注意的問題。
1.2.3低頻方波勵磁
        低頻方波勵磁能避免交流磁場的正交電磁干擾,消除由分布電容引起的工頻干擾,抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流,排除直流勵磁的極化現象。
 
1.3特點
        電磁流量計的優點是不易阻塞,適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體,如紙漿、水煤漿、礦漿、泥漿和污水等,還可用于測量強酸、強堿等強腐蝕液體。由于不產生因檢測流量所形成的壓力損失,對于要求低阻力損失的大口徑供水管道最為適合,其不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率(只要在某閡值以上)變化明顯的影響。與其他大部分流量儀表相比,前置直管段要求較低。
        電磁流量計測量范圍大,可選流量范圍寬,滿度值液體流速可在0.5-12m/s內選定。口徑范圍比其他品種流量儀表寬,從幾毫米到3米。可測正反雙向流量。
 
        電磁流量計的缺點是不能測量電導率很低的液體(電導率小于5林slom),如石油制品和有機溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
 
2電磁流量計的選型
2.1精度等級和功能
        電磁流量計的測量精度誤差為士0.5%的最大測
量值。巴彥淖爾紫金公司鋅冶煉系統使用的是西門子SITRANS.F M智能型多功能型電磁流量計,其具有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信,可以連接HART協議系統等功能
 
2.2流速、滿度流f、口徑
        電磁流量計滿量程流量時,液體流速可在1-12m/s范圍內選用,范圍比較寬。上限流速通常不超過5m/s,滿度流量的流速下限一般為I m/s,用于礦漿等磨耗性強的流體,常用流速應低于2-3m/s,以降低襯里和電極的磨損。
 
        電磁流量計可提供產品的口徑從10mm到3 000mm,實際應用以中小口徑居多。巴彥淖爾紫金公司使用的近百臺儀表中,50mm以下小口徑、65 -250mm中口徑、300-900mm大口徑所占比例分別為10%,87%,3%0
 
2.3對測最液體電導率的要求
        使用電磁流量計的前提是被測液體必須是導電的,通用的電磁流量計闌值在(5x 10')-1O's/cm之間,視型號而異。
 
2.4測It液體中含有的混入物
        鋅冶煉濕法系統中的漿液內有較大顆粒,其擦過電極表面,使流量信號不穩。以80 mm口徑電磁流量計作清水和漿液流量對比試驗,流量計示值變化7%-10%,裝有磁通檢測線圈的儀表示值誤差在正負2%FS以內。
 
2.5與流體接觸的零部件材料
        與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測量管)、電極、接地環和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等都不影響儀表對流體的適應性。由于零部件少,形狀簡單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對流體的適應性強。
 
        (1)襯里材料(或直接與介質接觸的測量管)。常用的有氟塑料、聚氨醋橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁(99.7%AI203)陶瓷制成襯里的,但只限中小口徑傳感器。
        (2)測量電極和接地環材料。電極對測量介質的耐腐蝕性是首先考慮的因素,其次考慮是否會產生鈍化等表面效應和所形成的噪聲。
        電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有哈氏合金(耐蝕鎳基合金)、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學液。此外還有適用于礦漿液等的低噪聲電極,有導電橡膠電極、導電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。
        接地環連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,其耐腐蝕性要求比電極低,需定期更換,通常選用不銹鋼材質,如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環。
 
2.6使用注意事項
        使用時傳感器測量管必須充滿液體。有混合時,其分布應大體均勻。液體應與地同電位,必須使用接地環接地。如工藝管道用塑料等絕緣材料時,輸送液體產生摩擦靜電等原因,造成液體與地間有電位差。
 
3流量傳感器的安裝
3.1安裝場所
        通常電磁流量傳感器外殼防護等極為IP65,其安裝有以下要求:
        (1)測量混合相流體時,選擇不會引起相分離的場所;測量化學反應管道時,要裝在反應充分完成段的下游;
        (2)盡可能避免測量管內變成負壓;
        (3)選擇震動小的場所,特別是一體化型電磁流量計;
        (4)避免附近有大電機、大變壓器等,以免引起電磁場干擾;
        (5)安裝在易于實現傳感器單獨接地的場所;
        (6)盡可能避開高濃度腐蝕性氣體;
        (7)環境溫度在一25/-10.50/600℃范圍內;
        (8)環境相對濕度在10%-90%范圍內;
        (9)盡可能避免陽光直照;
        (10)避免雨水浸淋,不被水浸沒。
 
3.2安裝注意事項
 
        (1)安裝方向:確保在電磁流量傳感器上游預留1OD,下游5D長度直管段。傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可,不受限制。但測量固液兩相流體最好垂直安裝,自下而上流動,這樣可避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重,低流速時固相沉淀等缺點。
        (2)旁路管:便于清洗傳感器內結晶。
        (3)負壓管的安裝:防止關閉傳感器上下游截止閥停止運行后,流體冷卻收縮形成負壓。
        (4)接地:傳感器必須單獨接地(接地電阻100歐姆以下),如電解槽沿電解液的泄漏電流影響正常測量,則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。
 
        (5)變送器安裝和連接電纜:一體化型電磁流量計無單獨安裝的變送器;分離型的變送器安裝在傳感器附近或儀表室,場所選擇余地較大,環境條件比傳感器好。其防護等級為IP65或IP64(防塵防濺級)。單層屏蔽電纜用于工業用水或酸堿液,通常可傳送距離100 m。為了避免測量信號干擾,信號電纜必須單獨穿在接地保護鋼管內,不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內。
 
4電磁流量計故障檢查和分析
4.1故障原因
        輸出信號超滿度值的故障主要出自以下原因:
        (1)傳感器一電極間無液體連通,從液體引人電干擾,結晶;
        (2)連接電纜一電纜斷開,接線錯誤;
        (3)變送器與傳感器配套錯誤,設定錯誤。
4.2故障檢查和解決措施
        (1)判別故障原因在傳感器之前還是在傳感器及其后之下位儀表。故障在轉換器之前,即在傳感器和傳感器/變送器之間的信號電纜(一體化型電磁流量計信號連接線,在儀表內部,一般極少出現故障);之后即在傳感器本身及DCS系統。
        (2)確認信號電纜完好性和兩電極與液體充分接觸。信號回路包括電纜及其連接端子,流量傳感器兩電極和電極間液體。除檢查電路通斷外,還應核實電纜型號,各接點的連接正確性,絕緣是否達到要求等。
        (3)復核轉換器設定值的正確性,核查零點和滿量程。一般轉換器和傳感器按合同規定口徑及流量及設定參數實流校準,傳感器和變送器必須一一對應。因此,先檢查配套是否正確,再檢查變送器儀表常數和各參數是否符合。一體化型儀表毋需檢查本項。
        (4)檢查下位儀表。電磁流量變送器輸出流量模擬信號傳送給DCS系統。若后者帶電連接(即有源負載),負載上電源會損壞轉換器輸出電路,出現輸出信號超滿度值現象,要采取電隔離措施。變送器輸出回路有允許接地和不允許接地兩種類型。若是允許接地者,輸出仍超過滿度值,變送器有故障;若是不允許接地者誤接地,只要去除接地就可運行正常。
        (5)檢查從液體引人電干擾。在無激磁電流情況下,用萬用電表或示波器在兩電極檢測干擾電勢。這一故障現象常出現于濕法煉鋅的電解工序上,可采取將電磁流量傳感器與管線絕緣的措施,使電極與液體處于同電位。
        (6)檢查變送器本身。變送器本身故障引起輸出信號超滿度值的原因較為復雜,它可由變送器內各單元線路中某一環節引起,用替代法檢查判別。
 
4.3案例
        案例1,氣候寒冷等原因等導致工藝管道結晶。公司一期濕法系統用5臺DN150西門子電磁流量計計量生產環節的新液流量,2006年7月安裝使用正常,2006年10月出現流量計量與實際流量偏差大(儀表顯示流量大),如果傳感器內結晶體使電極短路則隨著時間推移,流量顯示越來越小;結晶體不引起電極短路則流量顯示越來越大。經檢查流量傳感器兩電極對地電阻值不對稱,分析流量傳感器出現故障的可能性較大。2006年11月停產檢修,拆卸流量傳感器測量管,其內壁結晶最厚處超過30mm,電極表面亦被結晶體所覆蓋,清洗后,儀表運行即恢復正常。確認故障系工藝管道結晶所致。
 
        案例2,公司一期電解車間用4臺DN150哈氏合金電極的西門子電磁流量計(直流勵磁)測量硫酸和F離子濃度較高的電解液,其中兩臺出現輸出信號不穩現象。經檢查傳感器電極腐蝕,現場檢查確認信號不穩的兩臺儀表正常,同時排除了引發輸出晃動的其他干擾原因。從西門子公司改變硫酸濃度的試驗及公司對液體的成分化驗得知,硫酸濃度逐漸增加,低濃度時儀表輸出穩定,當濃度增加到15%-20%時,儀表測量值開始發生變化,濃度到25%時,測量值變化高達20%滿量程值。而且在電解車間使用直流勵磁的電磁流量計會受到電磁干擾(設計有誤),且不能使用哈氏合金電極的傳感器〔哈氏合金電極不耐氯離子腐蝕),改用鈕電極交流勵磁的電磁流量計后運行正常。
 
5結束語
        目前,電磁流量計的種類很多,應用也很廣泛,其在流量測量方面發揮著越來越重要的作用,而且技術更新很快,不斷有新型的電磁流量計推向市場。維護人員只有把握電磁流量計的發展方向,才能更好地了解使用,使其更好地服務于生產。