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          電磁流量計在化工電解槽流量測量中的應用選型和維護建議

          來源:作者:發表時間:2019-08-01 09:27:55

           摘 要 闡述了電磁流量計的原理和特點,結合電磁流量計在某公司電解槽流量測量中的應用,對出現的問題進行了介紹與分析,并給出電解槽流量計選型和維護的幾點建議。

           
          電解槽進槽物料流量是離子膜電解裝置重要的聯鎖監控點,對電解槽的安全穩定運行有著重要的意義,而電解液流量的測量一般情況下都采用電磁流量計。筆者通過分析電磁流量計會出現的典型故障,對電解槽進槽物料流量計的選型和維護提出一些建議。
           
          1 電磁流量計的原理和特點
          電磁流量計的測量原理基于法拉第電磁感應定律: 導電液體在磁場中切割磁力線運動時,導體中產生感應電勢,其感應電勢 E = KBVD,其中 K為儀表系數,B 為磁感應強度,V 為介質流速,D為管道內徑。測量流量時,導電性液體以速度 V流過垂直于流動方向的磁場,導電性液體的流動感應出一個與平均流速成正比的感應電壓,電壓信號通過兩個或兩個以上與介質接觸的電極檢測,并通過電纜送至轉換器進行處理,實現流體的瞬時流量測量。
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          電磁流量計由傳感器和轉換器兩部分組成。傳感器主要由測量管組件、勵磁系統、電極及抗干擾調整系統等組成。轉換器將測量到的電動勢經過信號處理單元放大、整形、AD 轉換后顯示或輸出。根據傳感器和轉換器之間的連接方式,電磁流量計可以分為一體式和分體式。
           
          電磁流量計適用于測量導電性介質的體積流量,要求介質滿管無氣泡,并帶有一定距離的直管段。電磁流量計的測量原理決定了介質必須具有導電性,這樣流通的介質才能切割勵磁電極產生的磁感線從而產生感應電勢。如果介質不滿管或者有氣泡,會導致勵磁磁場的偏差和波動,測量數據不準確。而直管段則是為了進一步消除氣泡。電極是勵磁磁場的發生體,也是接觸介質的部分,根據不同介質的化學性質可選用不同的金屬材料。例如測量堿液可以采用 316L 或 NI 電極,測量鹽酸可以采用鉭材,而電解槽陽極液含有游離氯,一般采用鈦材電極。接地環是通過接地電極直接與介質接觸,再通過接地環與儀表法蘭接地,以達到與地等電位,消除干擾的目的。一般金屬管道可以不配接地環,將流量計的法蘭和管道連接起來然后再接地。
           
          2 影響電磁流量計測量的因素
          周邊的磁場影響。通過 16kA 以上的強直流電流的電解槽會產生一個強磁場,磁場會使電磁流量計的電磁線路受到干擾,儀表不能正常工作,輸出信號波動。
           
          漏電流( 也叫雜散電流) 的影響。電磁流量計的檢測電壓在幾毫伏,這個電壓是由流體的流動感應產生的,電解槽陰極陽極液本身就是導電液體,通過電解槽后會帶有電流影響到電磁流量計,當漏電流通過電磁流量計的電極和接地環時,就會產生一個大電流,一旦漏電流值超過電磁流量計所允許的噪聲電平,就會造成放大器過載,引起測量誤差,因此要在工藝管道上加裝接地線進行接地處理。
           
          接地電動勢的影響。電解槽的漏電流對地會產生一個電動勢,會影響電磁流量計的計量,由于電解裝置的電動勢不穩定,因此要求電磁流量計的接地良好,接地電阻控制在 4Ω以下。工藝狀況的影響。工藝配管按要求施工,影響電磁流量計測量準確度還有一個條件就是要有足夠長的直管段,確保流體在經過流量計時流速穩定,泵運行狀況良好,不得有氣蝕情況,不能在管路內存在大量的氣泡,小氣泡不影響測量,但氣泡增大會造成儀表信號的波動,測量信號失真。
           
          3 故障分析實例
          筆者所在公司電解槽采用日本旭化成離子膜電解槽裝置,一期裝置年產 20 萬噸,流量計采用國內一線品牌電磁流量計。2009 年 5 月投產至
          今,一直運行穩定,偶爾出現進槽物料流量計波動的情況。2017 年 8 月新增 11# 、12# 兩臺電解槽。新增的年產 5 萬噸電解裝置在開車調試過程中,氣動調節閥手動控制,但陰極液流量計 FI232一直存在較大的測量數據波動,根本無法判斷當前進料流量。現場調整了儀表濾波系數并檢查增加接地線都未起到作用,最后廠家售后人員更換了一臺增加了抗電磁干擾模塊的分體式轉換器,將轉換器安裝在距離管道 1m 處。經過處理后,流量測量才恢復穩定。結合使用了近十年的年產20 萬噸裝置陰極液流量計都采用的是分體式結構的現狀,可以判斷由于受到電解槽強電流磁場和管道內部介質漏電流影響,電磁流量計無法正常測量,在增加了抗電磁干擾模塊后,對干擾進行屏蔽處理,測量恢復正常。
           
          原裝置中有幾臺電槽陽極液流量計 FI231 也出現過流量波動,測量流量超低限導致電槽聯鎖停車的情況,這些情況在裝置投運以來陸續出現過幾次,但在 2017 年下半年出現次數較多。早期采取的措施是檢查緊固流量計儀表接線和儀表參數,也對儀表外部進行了接地處理。針對頻繁出現的問題,分析原因有兩個,一是電磁流量計處于強磁場和高溫場所工作了近十年,電子元器件出現老化造成信號處理能力上的削弱,無法較好地抵抗磁場干擾從而引起了信號波動; 二是儀表接地處理不到位,接地電阻不合格,從電槽實際考慮,不僅要對儀表傳感器和轉換器都進行接地,還要將四氟墊片和 PVDF 隔膜閥等不導電的設備兩邊法蘭連接在一起,形成等電位一同接地。另外
           
          還要嚴格控制接地電阻。
          新增年產 5 萬噸裝置中的 L 槽在投運后幾個月內陽極液電磁流量計 FI231 頻繁出現流量突變為零的情況,持續時間從幾秒到幾分鐘不等,對電解槽安全穩定運行造成很大影響。結合以往經驗,采取的措施包括按規范接地和更換為同品牌分體式流量計,但是故障還是時有發生。考慮到電解槽下部安裝空間不多,流量計前后閥門都縮徑處理,前后直管段不符合電磁流量計安裝規范要求,這樣可能會導致管道內部存在旋渦或者氣泡,但是電解槽裝置進槽物料采用的是高處自流的方式,加上同為年產 5 萬噸裝置的另外一臺電槽沒有發生類似情況,故可以排除工藝管道內流體中含有大量氣泡的情況。在經過不斷調試后,聽取了同行意見,最終更換了其他品牌雙頻勵磁分體式電磁流量計,并加裝了抗電磁干擾裝置,再沒有出現流量突變的情況。
           
          4 選型與維護
          根據上文的故障分析,筆者給出以下建議:
          a. 流量計選用帶接地電極的三電極形式,非金屬管道一定要有接地環。電極材料根據工藝介質確定,接地環材料應與電極一致。
          b. 流量計應選用雙頻勵磁分體式電磁流量計,并加裝抗電磁干擾裝置。
          c. 流量計的安裝應該符合安裝規范,前后直管段符合要求。一般為前 10DN 后 5DN( DN 為管道公稱通徑) 。
          d. 流量計應該可靠接地,接地電阻符合要求( 小于 100Ω) ,傳感器、轉換器、工藝管道等電位連接。
          e. 定期檢查流量計的運行情況和接地電阻。
           
          5 結束語
          電磁流量計相對于其他類型的流量計有著穩定、精確等諸多優點,但是其缺點也是比較明顯。在電解槽裝置電解液的流量測量中,恰恰存在著較大的電磁干擾。但在使用電磁流量計時,只要按照規范去做好電磁流量計的安裝調試,在選型和維護上多下功夫,就能做到揚長避短,保障流量計和離子膜電解裝置的安全、穩定運行。
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