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电磁流量计

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电磁流量计在工程设计中的应用

来源:编辑:发表时间:2017-07-06 11:03:15

         摘要:先容了电磁流量计主要的优点和不足; 工程设计中需要考虑的主要因素,主要是从被测介质的电导率,被测介质的温度,当被测液体为酸、碱、盐等高腐蚀性介质时的情况,当被测液体为脏污流 (两相,浆液等) 介质时的情况,工艺介质的流速,大口径时电磁流量计的选择,工艺管道材质,安装仪表的工艺管道段的敷设位置等方面进行考虑; 并先容了现场应该如何接地; 最后列举了二个选型应用实例。

 
         电磁流量计的工作原理是根据法拉第的电磁感应定律,它由流量传感器和转换器两部分组成。广泛应用于测量能导电液体或液固两相介质的体积流量,也大量用于各种酸、碱、盐等高腐蚀性、易结晶的溶液的流量,当然也可用于纯水、污水等相对简单的导电介质的流量,是一种应用非常广泛的流量测量仪表。
 
1、电磁流量计的优点
( 1) 传感器没有阻碍流体流动的节流件,不会堵塞,非常适合用在含有固体颗粒、结晶物、泥浆或污水等的测量。
( 2) 没有附加压力损失,对于管道压力不高或不允许降低管道压力降的情况非常适用,在大口径测量中节约泵的能耗更加明显。
( 3) 仅测量管衬里和电极与被测介质接触,易选用相应材料测量腐蚀性及磨蚀性介质。用于各种酸、碱、盐等高腐蚀性、易结晶的溶液的流量测量有很大的优势。
( 4) 是一种真实的体积流量测量仪表,仪表系数不受流体组分及物性参数( 密度、粘度) 、工作状态( 压力、温度) 及电导率变化( 只要在阈值以上) 等的影响,它可在一种典型介质( 一般为水) 下校准,而用于其他介质( 液体) 时无需附加修正。
( 5) 测量范围大,量程比一般大于10∶1,最高可达100∶1。流速范围一般为1 ~ 6 m/s,也可扩展到0. 5 ~ 10 m/s。
( 6) 仪表口径系列齐全,可从几毫米到几米( 目前已有3m产品) 。对于大口径还可采用探头型( 或叫插入式) 。
( 7) 安装方便,可水平、垂直或倾斜任意角度安装,对上游侧直管段长度要求较低( 一般从电极中心至上游侧阻流件距离只要5 倍管径) ,下游侧只要3 倍管径。
 
2、电磁流量计的不足
( 1) 不能用于低导电率液体,如石油制品、有机溶剂等,亦不能测量气体、蒸汽以及含有较多铁磁性介质或大量气泡的液体。
( 2) 由于内衬材料和电绝缘材料的温度限制,不能用于较高温度工况; 如未采取特殊处理,因测量管外结霜,也不能用于低温介质测量。
 
3 工程设计中需要考虑的主要因素
3. 1 被测介质电导率
        电磁流量计测量的流体必须是导电的,一般只要电导率超过阈值,即使变化也不影响测量值,但低于阈值将会增大测量误差; 通常要求液体电导率不小于5 μS /cm,去离子水电导率不小于20 μS /cm。
3. 2 被测介质温度
         电磁流量计一般只能用于工艺介质温度不高于180 ℃的场合。选型时,要根据被测工艺介质的温度范围,选择测量管内衬材料及传感器线圈的漆包线的耐温等级。常用测量管衬里材料有聚四氟乙烯( PTFE) ,适用温度范围- 40 ~ + 180 ℃; 氯丁橡胶( Neoprene) ,适用温度< 65 ℃; 聚氨酯橡胶( Polyurethane) ,适用温度< 65 ℃;
 
3. 3 当被测液体为酸、碱、盐等高腐蚀性介质时因为电磁流量计仅测量管衬里和电极与被测介质接触,所以只要选好这两者的材质即可。耐酸、碱等强腐蚀性介质的衬里常选用聚四氟乙烯( PTFE) ,耐磨损类如矿浆、结晶类介质的衬里可选用聚氨酯橡胶( Polyurethane) 。对于电极材质的选择,一般可查有关防腐蚀手册[2],对于混酸等成份复杂的介质,应做挂片试验。
 
3. 4 当被测液体为脏污流( 两相,浆液等) 介质时
( 1) 当介质含有固体颗粒时,水平安装易使下半部内衬及电极磨损严重,这时选用垂直安装较好; 衬里要选用高耐磨性材料,如陶瓷或聚氨酯橡胶; 电极则采取一些结构措施以防磨损漏液。
( 2) 测量会在管壁附着和沉淀的物质的流体时,应注意电极的污染。可选用刮刀式、可更换式。管壁的附着则可用提高流速以起到自清洗作用,或采取比较方便易清洗管道的连接方法。
( 3) 含有非磁性颗粒或纤维的固液两相流时,如浆液擦过电极表面会产生尖峰噪声,使信号不稳,可选用市电交流激磁或双频激磁仪表。
 
3. 5 工艺介质的流速
         仪表口径是根据管道内平均流速而定的,通常选用与管道相同的口径或略小些。一般工业输水管道经济流速为1. 5 ~3 m/s,易粘附沉积结垢物质则提高到3 ~ 4 m/s 或更高,矿浆等磨蚀性强的为2 ~ 3 m/s。电磁流量计的液体流速范围可在1 ~ 10 m/s 之间选用。原理上,上限流速并没有限制,满度流量的流速下限一般为1 m/s,有些产品为0. 5 m/s,低于此流速,从测量准确度出发应改用小管径,以异径管连接到管道。但加装异径管要注意压力损失的问题。图1 为流量计口径、流速与流量关系的曲线图,计算仪表口径时可参照。
电磁流量计口径、流速与流量关系的曲线图
3. 6 大口径时电磁流量计的选择
        电磁流量计按安装形式可分为管道式和探头式。一般优先选用管道式电磁流量计; 当工艺管径较大且考虑设备费用时,或安装时不允许管道停流的情况下,可选用探头式电磁流量计( 精度可达0. 5 级) 。
         ( 1) 探头式可装配球阀,可在管道不停流情况下拆、装,利于仪表的在线安装和维护。
         ( 2) 探头插入深度只需很短,对管道阻力小。一般在直管段足够长时,采用平均流速点测量法,这种方法的测量精度基本不受雷诺系数变化的影响,探头的插入深度仅为R =0. 121D; 当直管段较短时,一般采用中心流速点测量法,插入深度R = 0. 5D( 其中D 为管道直径) 。
 
3. 7 工艺管道材质
        若连接仪表的管道是( 相对于被测介质) 金属导电性的,不需要接电环,若是绝缘性的,则要用接地环,可用普通型,它的材质应与被测介质的腐蚀性相适应。若被测介质是磨损性的,则宜选用带颈接地环,以保护进、出口端的衬里,延长使用寿命。
3. 8 安装仪表的工艺管道段的敷设位置
        电磁流量计的安装形式可分为三种: 一体型、分离型和潜水分离型( IP68) 。一般情况选用一体型,它将流量计的传感部分和转换部分( 表头) 装于一体,便于安装使用; 当管道敷设的位置较高不便观察或安装在环境差的场合,可采用分离型,分离长度一般不超过30 m; 当传感器需要安装在井下、水下的被测现场管道上时,需要选用潜水分离型。
 
4 接 地
        为了使电磁流量计不受外界寄生电势的干扰,传感器应有良好的单独接地线,接地电阻 <10 Ω 。接地方法要根据厂家的资料或技术人员引导认真实行,常规的接法是:
         (1) 当电磁流量计安装在已接地的金属管道上,通过电磁流量计变送器上的接地端子实现系统电势平衡,即通过截面积不小于 6 mm 2 的铜芯电线连接至接地端子上。
         (2) 当电磁流量计安装在未接地的金属管道上,2 个法兰均通过截面积不小于 6 mm 2 的铜芯电线与管道法兰相连接,并接地; 将变送器或传感器接线盒连接至接地端子上,实现系统电势平衡。
         (3) 当电磁流量计安装在塑料管道或带绝缘内衬的管道上,通过附加接地环实现系统电势平衡,接地环通过截面积不小于 6 mm 2 的铜芯电线连接至接地端子上。
 
5 应用实例
5. 1 管道式电磁流量计在 93%浓硫酸中的应用
         工况条件如表 1 所示。
93%浓硫酸介质的工况条件
         选型情况: 首先,根据管线尺寸、操作流量和操作密度值,可算出操作情况下的流速为: 0. 53 m/s。这个值比较小,至少要缩径至流速值为 1m/s 以上,试选用DN65 的流量计,可算出流速为: 1. 26 m/s,这个值合适,故通径缩二档选用 DN65档。由于管径不大,管道敷设位置也不特殊,故选用一体型管道式电磁流量计。根据介质的腐蚀性和操作温度,可选择电极材质为哈氏合金 B,衬里材质为 PTFE。
 
5. 2 探头式电磁流量计在高含盐废水中的应用
         工况条件如表 2 所示
高含盐废水的工况条件
         选型情况: 根据管线尺寸、操作流量和操作密度值,可算出操作情况下的最小流速为: 0.56 m/s,最大流速为: 1.32 m/s。由于最小流速运行的情况很少,这个流速范围基本能满足电磁流量计的测量范围要求。由于管径较大,考虑到费用问题,选用探头式电磁流量计。由于流量计要安装在室外仪表井内管道上,故选用潜水分离型(IP68)电磁流量计,专用连接电缆 10 m,变送器安装在地面 1. 4 m 高的 2”管上。根据介质的腐蚀性和操作温度,可选择仪表本体材质为 304SS,电极材质为 316LSS,衬里材质为 PTFE。
 
6 结 论
         电磁流量计因其独特的优点,在石化行业得到了广泛的应用。设计选型时需要考虑的因素,除了上面先容的主要因素,还有仪表的防爆等级、防护等级,工艺连接法兰标准、压力等级、供电电压、仪表精度等。另外,做好现场安装和现场接地也是提高电磁流量计准确性和稳定性的重要因素。
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