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电磁流量计

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电磁流量计不管是监控还是计量表现非常突出

来源:编辑:发表时间:2018-10-16 10:37:07

       三畅仪表在这里和大家一起对电磁流量计在安装调试时应注意的问题进行探讨,并同时先容电磁流量计在化工实际应用中遇到的故障及处理方法。

  1.引言
  流量是化工生产中重要的测定参数之一,而电磁流量计在化工应用中约占工业流量仪表总数的5%-6.5%,特别是2001年以来,这个数值仍有上升趋势。在工业生产过程各种参数(如压力、温度、液位等)的测量中,以流量测量最为复杂,也是较难准确测量的参数。在数十种常用流量测量仪表中,电磁流量计因其本身的优势和特点而处于重要的使用位置。就测量导电液体流量而言,不管目的是监控还是计量,电磁流量计都能做到测量稳定、可靠、精度高、易维护。
  2.电磁流量计的工作原理和结构
  电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律,即导体在磁场中切割磁力运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示,在EMF测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时,则会产生感应电势,由管道内部的两个电极测量并引出感应电压。测量管道通过不导电的内衬(橡胶,特氟隆等)实现流体与测量电极的电磁隔离。假设电磁感应线圈产生磁场强度B(T)为恒定,产生的感应电压Ue(V)正比于流体平均速度(m/s),系数为k,测量管内径L(m)为已知,则体积流量Qv(m3/s)可通过如下公式计算:
  Uc=kBL (1.1)
  Qv=L2/4-(L/4B)Ue (1.2)
  EMF由流量传感器和变送器两大部分组成。传感器测量管上下装有励磁线圈,通励磁电流后产生磁场穿过测量管,一对电极装在测量管内壁与液体相接触,引出感应电势,送到变送器。励磁电流则由变送器提供。

电磁流量计不管是监控还是计量表现非常突出
 

  3.电磁流量计的性能
  适用于电导率大于5μS/m的导电液体,介质的最高压力为4Mpa,介质的温度范围为-60~180℃,具有测量精度高、量程比大(最大可达1000:1)、系统无压力损失、附加功能多等特点。前后直管段为5D和2D。电磁流量计的传感器最高防护等级可达IP68(潜水型),有普通型、隔爆型和本安型三类产品。电磁流量计可以在任意管道上安装,但是电磁流量计测量电极的轴线必须保持水平方向,且与管道中心线互相垂直。电磁流量计的传感器一定要安装在不产生气体的管道上,同时液体必须充满管道。用于易粘附、沉积、结垢等介质时,流速要求应不低于2m/s,最好提高到3-4m/s或以上,起到自清洗、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨蚀性强的流体,流速应低于2~3m/s,以降低衬里和电极的磨损。衬里、电极和接地环材料的选择也很关键,受衬里材料和电极绝缘材料的温度限制,不能测量较高温度的液体。
  4.电磁流量计的安装
  传感器可安装在任何位置,垂直水平也可倾斜,但安装应保证测量管内任何时候都能充满介质,不得有不满管现象或者有大量气泡能过传感器水平安装时电极中心轴线尽量水平。
  对于液固两相介质,最好是垂直安装。
  传感器应远离大功率变频器或强磁场源。外磁场强度<400mA。
  保证直管段长度。
  工艺管道密封橡胶垫接地法兰应同心,不得相互错位,避免产生漩涡流,影响流量信号。
  在传感器临近管道进行焊接或火焰切割时,要有隔离措施防止衬里受热。
  其他需要注意的安装事项:
  a.尽可能避免测量管内变成负压;
  b.选择震动小的场所,特别对一体型仪表;
  c.避免附近有大电机、大变压器等,以免引起电磁场干扰;
  d.易于实现传感器单独接地的场所;
  e.尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体;
  f.尽可能避免受阳光直照
  5.电磁流量计实际应用故障的分析
  5.1 故障现象
  在某次调度值班中,发现在合成车间一个重要装置内的一个电磁流量计的流量数值有时会出现大幅度跳动,特别是在开车的时候,从趋势图上看出流量波动很大,趋势图杂乱,已经无法正确辨读现场实际流量值。
  5.2 故障分析
  安排技术人员进行故障排查。首先排除调度集控室到现场流量计之间的网络波动及时钟不同步问题,又对现场仪表安装、电极、接地反复检查,均无问题,一直查不出原因。一个偶然的机会,在混合罐内的搅拌器停运后发现流量数值稳定了,继续检查发现,此搅拌器是侧壁安装,且其位置距流量计管线出口位置仅1m。很显然,是搅拌器桨叶所翻起的浪波改变了管道出口的阻力。流量计出口到容器壁的距离D1约1.5m,由于距离太短,搅拌浪波使管道出口压力波动,从而使流量计出口流速不稳,使流量值产生跳动。
  电磁流量计安装在位置A,其前后直管段长度及接地均符合要求,但因混合罐内的搅拌器是侧壁安装,所以实际搅拌器离电磁流量计距离较近,影响管道出口压力,从而使电磁流量计流速出现较大波动。
  5.3 更改方案
  经过技术人员分析得出故障原因后,还是从安装位置考虑,更换电磁流量计安装位置。经过设计,将流量计从位置A移动到位置B,既符合流量计安装要求,又避免了混合罐中搅拌器的影响,彻底解决了此次流量计流量值跳动故障。改动后安装位置原理参见图10。
  5.4 其他故障
  在实际应用中,还会遇到各种各样电磁流量计的故障现象,如:指示与实际流量结果不一致、零点不稳定、无指示、液晶数字显示连续降数等等现象。处理和预防方法除了保证电磁流量计的安装要符合要求,使用过程中要顾惜维护,遇到故障时首先分析影响及干扰因素。当遇到非安装因素造成的故障,可按一下基本步骤先排查:
  a.检查流量计管线阀门是否全部打开,管道是否充满液体,流量计是否在接近流量范围上限值流量下工作;
  b.检查仪表电源开关、保险丝等供电设施是否正常;检查故障点是在电缆中或是在接收仪表中;
  c.检查转换器的编号和仪表系数与传感器是否正确;
  d.检查量程设定是否正确;
  e.检查流量计输出连接是否正确及接地是否良好;
  f.按转换器部分规定内容检查。
 
    对外部环境的要求:
    a.流量计应避免安装在温度变化很大或受到设备高温辐射的场所,若必须安装时须有隔热、通风的措施。
    b.流量计最好安装在室内,若必须安装于室外,应避免雨水淋浇,积水受淹及太阳曝晒,须有防潮和防晒措施。
    c.流量计应避免安装在含有腐蚀性气体的环境中,必须安装时,须有通风措施。
    d.为了安装、维护、保养方便,在流量计周围需有充裕的安装空间。
    e.流量计安装场所应避免有强磁场及强振动源,如管道振动大,在流量计两 边应有固定管道的支座。

    工艺管要求:
    a、 上、下游工艺管的内径与流量计的内径应满足:0.98DN≤D≤1.05DN(DN:流量计内径;D:工艺管内径)
    b、工艺管与流量计需同心,同轴偏差不大于0.05DN

图3-2 泵后的安装   控制阀前的安装
 

图3-3 法兰连接偏差  弯曲管道上安装

 

图3-4  弯曲管道上安装  流量计敞口排放前安装

 

图3-5  排气  真空

图3-6  安装位置

 

★直管段
    使用直管段可防止介质因弯管、TT型三通、截止阀、变径管的影响而产生涡流或失真。

图3-7  水平直管   弯管

 

图3-8  缩径管    扩径管
图3-8  缩径管    扩径管

 图3-9  截止阀下游   泵下游

 

图3-10  T形三通、混合流
 


★接地
    流量计必须按规定接地,以保证流量计可靠的工作、防止操作人员收到电击

图 3-11  智能电磁流量计安装方式

图 3-11  智能电磁流量计安装方式

    a.无内壁涂层或衬里的金属管道,不使用接地环进行接地。
    b.带内壁涂层或衬里的金属管道和绝缘管道,使用接地环进行接地。
 
先容:
    测量原理是基于法拉第电磁感应定律。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通管壁固定在测量管上。其电极头与衬里内表面基本齐平。 励磁线圈由双向方波脉冲励磁时,将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为B的工作磁场。此时,如果具有一定电导率的流体流经测量管,将切割磁力线感应出电动势E。 电动势E正比于磁通量密度B、测量管内径d与平均流速V的乘积,电动势E(流量信号)由电极检出并通过电缆送至转换器。转换器将流量信号放大处理后,可显示流体流量,并能输出脉冲,摸拟电流等信号,用于流量的控制和调节。
    E=KBdV
    式中:
    E---为电极间的信号电压(V)
    B---磁通密度(T)
    d---测量管内径(m)
    V---平均流速(m/s)

    式中K,d为常数,由于励磁电流是恒流的,故B也是常数,则由E=KBdV可知,体积流量Q与信号电压E成正比,即流速感应的信号电压E与体积流量Q成线性关系。因此,只要测量出E就可确定流量Q。这就足电磁流量计的基本工作原理。


 图 3-12  智能电磁流量计工作原理

图 3-12  智能电磁流量计工作原理

    由E=KBdV可知,被测流体介质的温度、压力、电导率、液固两相流体介质的液固成分比等参数不会影响测量结果。至于流动状态只要符合轴对称流动(如层流或紊流)就不会影响测量结果的。因此说电磁流量计是一种真正的体积流量计。对于制造厂和用户来说,只要用普通的水实际标定后就可测量其他任何导电流体介质的体积流量,而不需作任何修正,这是电磁流量计的一突出优点,是其他任何流量计所没有的。测量管内无活动及阻流部件,因此几乎没有压力损失,并具有很高的可靠性。

6.结束语
  电磁流量计作为工业流量测量仪表的一种,对工业自动化的发展起着重要的作用。为了更好的发挥自动化仪表对工业自动化的支撑和推动作用,三畅仪表的专业人员在具备一定的专业常识的前提下,有必要在运用方面和维护方面掌握一定的技巧和注意事项,只有如此,才能满足企业需求,才能更好的为企业发展。 

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