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电磁流量计知识讲座——电磁流量计的选用、安装、运行和维护

5.1 电磁流量计的选用

1.结构与精度等级

电磁流量计的结构和精度等级应根据实际需要选用。

一般的化工、冶金、轻纺、给水和污水处理等工业,多选用通用型电磁流量计;用于有爆炸性气氛的场所,应选用防爆型电磁流量计;用于食品、医药和生化等工业,应选用卫生型电磁流量计;用于明渠流量测量或非满管暗渠流量测量时,应选用潜水型电磁流量计;如果用于非满管封闭管道的流量测量,还可选用非满管电磁流量计。

精度等级应根据需要合理选用。一些高精度电磁流量计,其基本误差为±0.5%-±1%R,可用于昂贵介质的计量核算;精度较低的电磁流量计,其基本误差为±1.5%-±2.5% FS,可用于对测量精确度要求不很高的场所(如不需计量核算,仅以控制为目的,只要求高可靠性和优良的重复性的场所)。过分地追求高精确度,会造成不必要的浪费。

2.流速、流量与口径

电磁流量传感器的口径应根据流速、流量来合理选择,并非一定要与工艺管道同口径。一般工业管道如果输送水等粘度不高的流体,流速一般设计在经济流速1.5-3m/s之间。电磁流量计用在这样的管道上,可选传感器口径与管径相同。

电磁流量计满度流量时的液体流速可在1-10m/s范围内选用,上限流速对电磁流量计在原理并无限制,但实际使用中,液体流速通常很少超过7m/s,超过10m/s的更为罕见。满度流量的流速下限一般为1m/s,如果某些工程运行初期流速偏低,从测量精确度出发,仪表口径应改用小管径,用异径管连接到管道上。流速、流量和口径之间的关系如图7-22所示,选用时可参考。

用于有易粘附、沉积、结垢等流体的流量测量,应选流速不低于2m/s,最好提高到3-4m/s以上,以在一定程度上起到自清扫管道,防止粘附沉积的作用。用于磨蚀性大的流体时(如矿浆、陶土、石灰乳等),常用流速应低于2m/s,以降低对衬里和电极的磨损。

3.衬里和电极材料

电磁流量计的衬里和电极是直接与被测介质接触的,应根据被测介质的腐蚀性和磨蚀性以及介质使用温度来选择衬里和电极的材料。表7-1所示为常用的衬里材料及性能。

氯丁橡胶的特点是耐弱腐蚀性,价格低廉;

F-4衬里的特点是耐腐蚀性能很好,但耐磨性能欠佳,粘接性能差,不能用于负压;

F-40和F-46氟塑料的特点是耐腐蚀性能较好,粘接性能较好,能用于负压;

聚氨酯橡胶的特点是有极好的耐磨性能,但耐腐蚀性能较差;

陶瓷材料的特点是耐磨和耐腐蚀性能都很好,但陶瓷性脆,易碎,使用时应特别注意,还要防止介质温度剧变。

选择衬里时还应注意某些特殊介质的腐蚀性,必要时可查腐蚀性子册。例如:F-4的耐腐蚀性能很好,但它不能用于三氟化氯、高温下的三氟化氧、高流速下的液氟、液氧、臭氧等;F-40和F-46除不能用于上述介质外,还不能用于发烟硝酸、丁基锂等介质。

电极的耐腐蚀性要求很高,通常是不允许腐蚀或只允许有很低的腐蚀速率。否则破坏电极与衬里间密封垫圈的密封性,使介质泄漏破坏电极与测量管之间的绝缘而使仪表无法正常工作。常用电极材料和性能如表7-2所示,可根据实际情况合理选用。

耐酸钢和含钼耐酸钢的特点是耐弱腐蚀性,价格低廉;

哈氏合金B的特点是用于非氧化性酸和盐液的测量;

哈氏合金C的特点是用于氧化性酸和盐液的测量;

铂铱合金和钽的特点是有很好的耐腐蚀性能,但价格昂贵。也有一些不耐腐蚀的化学介质[6],使用时应注意。

 

5.2 电磁流量计的安装

 

电磁流量计的正确安装对电磁流量计的正常运行极为重要,这里主要介绍电磁流量传感器和转换器的安装。

1.电磁流量传感器安装

电磁流量传感器安装要注意以下几个问题:

(1)安装场所

普通电磁流量传感器的外壳防护等级为IP65(GB4208规定的防尘防溅水级),对安装场所的要求是:

1)测量混合相流体时,应选择不会引起相分离的场所;

2)选择测量管内不会出现负压的场所;

3)避免安装在电动机、变压器等强电设备附近,以免引起电磁场干扰;

4)避免安装在周围有强腐蚀性气体的场所;

5)环境温度一般应在-25-60°C范围内,尽可能避免阳光直射;

6)安装在无振动或振动小的场所。如果振动过大,则应在传感器前后的管道加固定支撑,如图7-23所示。

7)环境相对湿度一般应在10%-90%的范围内;

8)避免安装在能被雨水直淋或被水浸没的场所。

如果传感器的外壳防护等级为IP67(防尘防浸水级)或IP68(防尘防潜水级),则最后两项可以不作要求。

(2)直管段长度

电磁流量计对表前直管段长度的要求比较低。一般,对于90°弯头、T形三通、异径管、全开阀门等流动阻力件,离传感器电极轴中心线(不是传感器进口端面)应有3-5D的直管段长度;对于不同开度的阀门,则要求有1OD的直管段长度;传感器后一般应有2D的直管段长度,如图7-24所示。当阀门不能全开时,如果使阀门截流方向与传感器电极轴成45°安装,可大大减小附加误差。

(3)安装位置和流动方向

电磁流量传感器可以水平、垂直或倾斜安装,如图7-25所示,图中a和b处为良好的安装位置。

水平安装时,传感器电极轴必须水平放置。这样可以防止由于流体所夹带的气泡而产生的电极短时间绝缘;也可防止电极被流体中沉积物覆盖。不应将传感器安装在最高点,以免有气体积聚,图中C安装在管系最高处,为不良的安装位置,应予以避免。

垂直安装时,应使流动方向向上,这样可使无流量或流量很小时,流体中所夹带的较重的固体颗粒下沉,而较轻的脂肪类物质上升离开传感器电极区。测量泥浆、矿浆等液固二相流时,垂直安装可以避免固相沉淀和传感器衬里不均匀磨损。图中d安装在一向下管道出口处,为不良的安装位置,应予以避免。

传感器安装处应具有一定背压,图中e位置传感器出口直接排空易造成测量管内液体非满管,为不良的安装位置,应予以避免。

为了防止传感器内产生负压,传感器应安装在泵的后面,而不应安装在泵的前面。如图中f为不良安装位置。

(4)安装旁路管

为了便于液流静止时检查和调整零点,中小管径应尽可能安装旁路管,如图7-26a所示。在测量含有沉淀物流体时,应考虑便于清洗传感器的安装方式,如图7-26b所示。

(5)接地

为了使测量准确和电极不会发生电流腐蚀,电磁流量传感器必须单独接地,并使传感器和流体大约处于相同电位。分离型电磁流量计,原则上接地应在传感器侧,转换器接地应在同一接地点。在大多数情况下,传感器的内装参比电极或金属管能确保所许的电位平衡。因此,可以通过内装的参比电极和金属管将管中流体接地,将传感器的接地片与接地线相连。

如果传感器安装于带阴极腐蚀保护管道上,除了传感器和接地环一起接地外,还要用粗铜线绕过传感器跨接在管道的两法兰上,使阴极保护电流与传感器之间隔离,如图7-27a所示。

对于金属非接地管道,应用粗铜线如图7-27b所示连接,保证法兰至法兰和法兰至传感器是连通的。

对于非导电的塑料管或衬里管,如果没有参比电极或由于电位平衡电流的存在,需将流体通过接地环接地,如图7-27c所示。

2.电磁流量转换器安装

一体型电磁流量计无需单独安装转换器。分离型电聪流量计的转换器安装在传感器附近或仪表室。其外壳防护等级是IP65或IP64(防尘防溅水级)。

转换器与传感器之间的距离是有限制的,它与被测介质电导率和信号电缆的型号(即电缆的屏蔽层数、分布电容和导线截面积等)有关。所以,一般应该用制造厂随仪表所附(或规定型号)的信号电缆。大多数仪表“使用说明书”对不同的介质电导率都会给出传输距离的范围,如图7-28所示就是某电磁流量计的传输距离范围。一般,单层屏蔽电缆用于工业用水和一般酸碱液体的测量,通常可传输距离100m,对于电导率较低的液体或传输距离较长时,可用多层屏蔽电缆。

为了避免干扰信号,信号电缆必须单独穿在接地钢管内,不能把信号电缆和电源电缆安放在同一钢管内。

 

5.3 电磁流量计的运行和维护

 

1.传感器零点检查和调整

电磁流量计投入运行前,传感器必须充满实际测量流体,通电后在流体静止状态下作零点调整。投入运行后也要根据被测流体及使用条件定期停流检查零点,尤其对易沉淀、易污染电极、含有固体的非清洁流体等,在运行初期应多检查,以获得正常检查周期。交流励磁方式的仪表与矩形波励磁相比,更容易产生零点漂移,更要注意检查和调整。

2.清除测量管内壁的结垢层

由于电磁流量计经常用来测量非清洁流体,测量管内壁常会附着沉积物或结垢层。如果附着物的电导率σw和被测流体的电导率σf相等,即σw=σf,尚不会产生原理性误差(零点仍有可能漂移)。

若σw<σf,则增加了传感器电极间的电阻。若该电阻仍远小于转换器的输入阻抗,不影响传感器和转换器之间的传输精度的话,仪表尚能正常工作。若附着物为绝缘层,即σw<<σf,则电极回路将出现断路,仪表不能正常工作;若附着物电导率显著高于流体电导率,即σw>>σf,则电极回路将出现短路,仪表也不能正常工作。

3.定期检查传感器电性能

电磁流量传感器的电性能主要包括电极间电阻、电极绝缘电阻及励磁线圈绝缘电阻。

(1)测量电极间电阻

卸下传感器与转换器之间的信号连接线,使传感器内充满被测介质,用万用表测量各电极与接地端之间的电阻值,其值应该在制造厂规定的范围内,且所测两电极的值应大体上相等。如果不是,应检查原因。

(2)检查电极绝缘电阻

放空传感器内被测介质,擦净测量管内壁,待内壁完全干燥后,用兆欧表测量各电极与接地端之间的绝缘电阻。如果绝缘电阻下降,应检查原因。

(3)检查励磁线圈绝缘电阻

卸下传感器励磁线圈接线端与转换器之间的连接线,用兆欧表测量励磁线圈与接地端之间的绝缘电阻。如果绝缘电阻下降,应检查原因。

4.电磁流量计使用中的常见故障

电磁流量计的常见故障,有的是由于仪表本身元器件损坏引起的故障,有的是由于选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等因素造成的故障,如显示波动、精度下降甚至仪表损坏等。尤其是后一种在使用中所遇到的故障,是更普遍更常见的故障。它一般可以分为两种类型:安装调试时出现的故障(调试期故障)和正常运行时出现的故障(运行期故障)。

(1)调试期故障

调试期故障一般出现在仪表安装调试阶段,一经排除,在以后相同条件下一般不会再出现。常见的调试期故障一般由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。

1)安装方面

通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的如将传感器安装在易积聚气体的管系最高点(如图7-25位置c);或安装在自上而下的垂直管上,可能出现排空(如图7-25位置d);或传感器后无背压,流体直接排入大气而形成测量管内非满管(如图7-25位置e)。

2)环境方面

通常主要是管道杂散电流干扰,空间强电磁波干扰,大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好的单独接地保护就可获得满意结果,但如遇到强大的杂散电流(如电解车间管道,有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V),尚需采取另外措施如流量传感器与管道绝缘等(如图7-27中a)所示)。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

被测液体中含有均匀分布的微小气泡通常不影响电磁流量计的正常工作,但随着气泡的增大,仪表输出信号会出现波动,若气泡大到足以遮盖整个电极表面时,随着气泡流过电极会使电极信号回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。

低频方波励磁的电磁流量计测量固体含量过多的浆液时,也将产生浆液噪声,使输出信号产生波动。

测量混合介质时,如果在混合未均匀前就进入流量传感器进行测量,也将使输出信号产生波动。

电极材料与被测介质选配不当,也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。应根据仪表选用或有关手册正确选配电极材料。

(2)运行期故障

运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障,常见的运行期故障一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。

1)传感器内壁附着层

由于电磁流量计常用来测量脏污流体,运行一段时间后,常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。若附着物为绝缘层,则电极回路将出现断路,仪表不能正常工作;若附着层电导率显著高于流体电导率,则电极回路将出现短路,仪表也不能正常工作。所以,应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。

2)雷电打击

雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流,使仪表损坏。它主要通过电源线或励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入,尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。

3)环境条件变化

在调试期间由于环境条件尚好(例如没有干扰源),流量计工作正常,此时往往容易疏忽安装条件(例如接地并不怎么良好)。在这种情况下,一旦环境条件变化,运行期间出现新的干扰源(如在流量计附近管道上进行电焊,附近安装上大型变压器等),就会干扰仪表的正常工作,流量汁的输出信号就会出现波动。

本文来自:电磁流量计www.hocnyb.com