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          電磁流量計

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          化工裝置中電磁流量計的原理、選型、安裝、接線、調試等經驗和注意總結

          來源:作者:發表時間:2017-09-26 09:07:33

                  流量計選型導則是指按照生產要求,從儀表產品供應的實際情況出發,綜合地考慮測量的安全、準確和經濟性,并根據被測流體的性質及流動情況確定流量取樣裝置的方式和測量儀表的型式和規格。

           
                 流量測量的安全可靠,首先是測量方式可靠,即取樣裝置在運行中不會發生機械強度或電氣回路故障而引起事故;二是測量儀表無論在正常生產或故障情況下都不致影響生產系統的安全。例如,對發電廠高溫高壓主蒸汽流量的測量,其安裝于管道中的一次測量元件必須牢固,以確保在高速汽流沖刷下不發生機構損壞。因此,一般都優先選用標準節流裝置,而不選用懸臂梁式雙重喇叭管或插入式流量計等非標準測速裝置,以及結構強度低的靶式、渦輪流量計等。燃油電廠和有可燃性氣體的場合,應選用防爆型儀表。
           
                 在保證儀表安全運行的基礎上,力求提高儀表的準確性和節能性。為此,不僅要選用滿足準確度要求的顯示儀表,而且要根據被測介質的特點選擇合理的測量方式。發電廠主蒸汽流量測量,由于其對電廠安全和經濟性至關重要,一般都采用成熟的標準節流裝量配差壓流量計,化學水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數粘性流,都不適用標準節流件。對臟污流一般選用圓缺孔板等非標準節流件配差壓計或超聲多普勒式流量計,而粘性流可分別采用容積式、靶式或楔形流量計等。水輪機人口水量、凝汽器循環水量及回熱機組的回熱蒸汽等都是大管徑(400mm以上)的流量測量參數,由于加工創造困難和壓損大,一般都不選用標準節流裝置。根據被測介質特件及測量準確度要求,分別采用插入式流量計、測速元件配差壓計、超聲波流量計,或采用標記法、模擬法等無能損方式測流量。為保證流量計使用壽命及準確性,選型時還要注意儀表的防振要求。在濕熱地區要選擇濕熱式儀表。正確地選擇儀表的規格,也是保證儀表使用壽命和準確度的重要一環。應特別注意靜壓及耐溫的選擇。儀表的靜壓即耐壓程度,它應稍大于被測介質的工作壓力,一般取1.25倍,以保證不發生泄漏或意外。量程范圍的選擇,主要是儀表刻度上限的選擇。選小了,易過載,損壞儀表;選大了,有礙于測量的準確性。一般選為實際運行中最大流量值的1.2-1.3倍。安裝在生產管道上長期運行的接觸式儀表,還應考慮流量測量元件所造成的能量損失。一般情況下,在同一生產管道中不應選用多個壓損較大的測量元件,如節流元件等。
           
          1 電磁流量計
          1.1 電磁流量計的工作原理
                 電磁流量計主要由信號轉換器與傳感器構成,其原理是基于法拉利電磁感應定律,在傳感器中與被測管軸線垂直方向安裝一對檢測電極,當流量計接入液態介質管道,導電液態物質沿管軸側運動時,導電液體作切割磁力線運動而產生感應電動勢,此感應電動勢由檢測電極測出,其理論數值為:
                 E=kVBd
                 式中:E為感應電動勢;k為調整系數,因儀表構造而異;V為被測液體平均流速;B為磁感應強度;d為被測管內徑。測量流量時,流體流過垂直于流動方向的磁場,導電性流體的流動感應出一個與平均流速成正比的電勢。其感應電壓信號通過兩個電極檢出,并通過電纜傳送至轉換器,經過信號處理及相關運算后,將累計流量和瞬時流量顯示在轉換器的顯示屏上。
           
                 電磁流量計是基于法拉第電磁感應原理研制出的一種測量導電液體體積流量的儀表,根據法拉第電磁感應定律,導電體在磁場中作切割磁力線運動時,導體中產生感應電壓,該電動勢的大小與導體在磁場中做垂直于磁場運動的速度成正比,由此再根據管徑,介質的不同,轉換成流量。電磁流量計無節流部件,因此壓力損失小,該儀表測量流體流量時,不受流體溫度、壓力、密度、粘度及流體組份的影響,適合于對有懸浮物固體粒子的污水、煤漿的
          測量,特別適合于對腐蝕性介質的測量。
           
                 選型與使用時應注意:電磁流量計所測液體應具有測量所需的電導率,并要求電導率分布大體上均勻,不能用于測量電導率很低的液體,如石油制品和有機溶劑等。電磁流量計的測量精度是建立在液體充滿管道的情形下,目前在管道中有空氣的情況下測量問題尚未得到很好解決,因此電磁流量計不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時應注意不同溫度及腐蝕性介質應選用不同內襯材料和電極材料。電磁流量計雖可以在任意管道上安裝,但電磁流量計測量電極的軸線必須保持水平方向,且與管道中心線互相垂直。為避免在管內無液體時出現指針不在零位的錯覺,電磁流量計的變送器應安裝于任何時候均充滿液體的地方,同時,該流量計的信號較為微弱,因而在使用時應注意外來干擾對其測量精度和影響,變送器應安裝于遠離一切磁源的地方,不允許有振動。
           
                 電磁流量計對安裝前后直管道有要求,只不過比其它類流量計要求要低一些,但最關健一點要滿足:就是滿管。不滿管的情況下容易引起流量計亂跳。
           
                 電磁流量計的測量范圍是有限制的,許多用戶定表時,常常把它和水表相比較,以為可以測量很低的流速,其實定貨時不能按原先管道口徑來定貨,最好按實際流量來定儀表的口徑。
           
                 電磁流量計也有防護等級,如果用戶對儀表安裝環境有要求,安裝地點在地下陰井或其它一些潮濕的地方,建議用戶選用分體式的,以免選錯對儀表造成損害。電磁流量計可以測腐蝕性液體,但初期用戶要正確辯明介質以及其屬性,以免選型時在電極材料的選擇上發生錯誤,導致傳感器在后期使用過程中報廢,給用戶帶來不便和經濟上的損失。
           
                 電磁流量計雖說可靠性比較好,通常情況下不會損壞,但由于其原理決定,傳感器電極表面一直和液體接觸,時間久了,電極表面比較容易受污染。所以電磁流量計在通常使用情況下,用戶有條件拆的話,建議一年到一年半之間拆出來清洗一次電極,以保證流量計整機的測量精度。任何儀器儀表都是需要保養的,電磁流量計也不例外。
           
                 隨著工業行業的發展,對儀器儀表的需求增加,儀器儀表行業不斷的發展,電磁流量計的用途也越來越廣泛,能夠適應不同行業的需求,石油,化工,污水治理等等。現在的國產電磁流量計質量上完全可以媲美國外同類進口產品,功能性、穩定性、精準性越來越高。電磁流量計用于對復雜的工業管道系統進行流體監測,對系統的原料及成品情況進行實時監控、為系統的自動化控制提供依據等等。
           
                 由于電磁流量計分布分散,運行環境較為復雜,其安裝工藝極可能影響其運行工況和發生故障的機率,從而影響整個儀表控制系統的運行。故對電磁流量計原理的分析、安裝工藝的研究,以及調試技術的不斷總結和更新十分必要。
           
          1.2 電磁流量計的選型
          (1)口徑選擇。選擇電磁流量計時一般通過流體的性質、流速等因素來確定其選用口徑。一般而言,當管道流速在0.5~1.5m/s為經濟流速,若流體介質對側壁磨損性較小,建議長期流速大于3m/s,但應小于7m/s,此時可選取小于管徑的流量計。
           
          (2)內襯材料選擇。電磁流量計主要用于測量流體物質的流量,而根據被測物質的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點,應選擇不同內襯材料的流量計。電磁流量計所用的內襯材料及其特點:
          ·天然橡膠,其耐溫范圍為-10℃~70℃,耐磨損、絕緣性能好,耐腐蝕性能一般。
          ·氯丁橡膠,較天然橡膠具有更好的彈性,也更耐磨,
          但耐寒性較差。
          · 聚 氨 脂 橡 膠 , 適 用 溫 度 較 天 然 橡 膠 更 低 , 可
          達-25℃。
          ·丁晴橡膠,較天然橡膠更耐高溫,更耐磨,彈性較差,但耐油性能相當好。
          ·聚四氟乙烯,是塑料的一種,它耐酸、堿性能極好,但對部分液態氟、氧、臭氧等非常態物質的腐蝕及負壓等抵抗力較差,耐磨損性能也較差。
           
          (3)電極材料的選擇。電磁流量計的電極裝于其管道內壁,與被測物質直接接觸,故應根據被測物質的腐蝕性選定。一般用于制造電極的材料包括:鈦(Ti),耐強酸性;鉭(Ta),測量精度高;鉑-銥(Pt-Yi)合金,耐腐蝕能力強;哈氏合金C(HC),可用于高溫次氯酸鹽、硫酸、硝酸的測量;316L,耐腐蝕能力一般,但價格低廉。在選擇電磁流量計時,應根據測量的精密度要求、被測物腐蝕性、價格承受能力來進行電極材料的選取。
           
          (4)其它參數的選擇。電磁流量計的選擇還應考慮防護等級、連接法蘭及電纜等因素。電磁流量計的連接法蘭選擇應根據管道確定,特別對于腐蝕性流體管道,不允許隨意對管道進行現場加工焊接,應慎重選擇。
           
          1.3 電磁流量計的安裝
          (1)安裝準備工作。電磁流量計安裝前,應仔細核對其參數,主要核對其口徑、內襯、電極等參數是否符合設計要求,有集中BA控制的應確認其與控制系統的匹配性。在安裝前,應對已安裝好的管道進行防腐處理,法蘭接口處應清理干凈,在確認被測物質流向之后,按流量計上所標定的方向準備安裝。
          (2)安裝方位的選取。由于電磁流量計安裝于流體管道上,其測量數據的準確性與其內部液態物質的充滿度有關,故在選取安裝位置時,應注意以下幾點:
          ·流量計不得安裝在泵的抽吸側,
          ·開口排放的管道,流量計應裝在可存儲液體的底段,以免倒吸空氣影響測量精度,
          ·電磁流量計附近需裝閥門時,閥門應裝于流量計的下游;
          ·管道落差較大時,需在流量計的下游設置上彎及排所閥;
          ·安裝電磁流量計時,應充分考慮管道中產生氣泡的可能性,予以避免。
           
          (3)電磁流量計安裝及接地。電磁流量計的安裝方式一般為法蘭式,利用與其匹配的法蘭即可連接管道。在安裝前應確保管道的吹掃、試壓等工作已完成。由于電磁流量計的測量感應電流很小,電壓較低,易受外界電磁噪聲的影響,故在安裝時應進行可靠的接地連(跨)接。金屬管道電磁流量計接地連(跨)接方法,帶陰極保護的電磁流量計重復接地連接方法。
           
          1.4 電磁流量計接線
          (1)接線。在電磁流量計接線前,應確認其安裝方位、方向準確無誤,并進行現場清掃,無積塵后方可接線。電磁流量計的接線包括電源線、輸入/輸出信號線、傳感信號線和工作接地線的連接。
           
          (2)輸入/輸出信號。大部分電磁流量計均可通過外帶的PLC進行編程、檢測,也可通過通信總線接受主控制系統的輸入指令,故電磁流量計設置了信號輸入接點、測量值臨界報警指令等接入點。輸出信號可通過模擬點接出,也可與輸出信號組合通過RS-232通信接口實現與PC的聯機。
           
          (3)傳感器連線。若流量計與傳感器為分體式安裝,流量計與傳感器之間還需進行連線,用于將傳感電流通過流量計的測量終端(實際上是磁極與電壓測量單元),用以測量各被測參數。
           
          (4)接地線。由于電磁流量計的工作電流較小,極易受外界電場變化的干擾,所以其電源、信號線均須配套接地線,以確保測量數據的準確,消除測量過程中數據的頻繁振蕩。
           
          1.5 電磁流量計調試(相關文章推薦:選礦工程中電磁流量計的安裝調試技術注意自來水行業電磁流量計安裝調試中的關鍵控制點研究
                 (1)調試前檢查及準備。電磁流量計在調試前,應對管道及流量計進行徹底檢查,包括管道雜物等清理,油性介質管道還需進行干燥處理。調試前的檢查還包括電氣線路的檢查,首先應對線路的接地進行檢測,確保接地可靠后方可進行其它線路的測試檢查,以免造成線路容性效應,儲存電量,或是測量電源對儀器產生破壞作用。另外,還需進行絕緣電阻及接地電阻測試。
           
                 (2)通水調試。無論是測量水性介質、混懸液體,還是測量油性介質的儀表,在正式調試前,均應模擬實際測量介質的溫度、壓力、流速等條件進行通水調試。若在通水試驗過程中發生異常,或是參數缺失,應對儀表進行單體檢測或送出產單位進行校驗。
           
                 (3)系統調試。電磁流量計在進行完單項功能通水測試,控制主機各項預備調試完成后,可進行系統調試。油性介質管道需進行干燥后方可通入被測介質進行系統運轉。系統調試時,主機系統應預先對各個測量點進行編碼掃描,確保各儀表部件均在正常工作狀態后方可進行功能性調試。功能性調試時,由主機系統對各儀表分別進行參數的讀取,臨界值報警試驗等,然后進行控制數據的寫入。逐一進行調試,并將相關數據發送到相關上機位進行
          分析。主機在系統各儀表調試完成后,可進行儀表終端單體PLC編程調試。PLC編程調試對儀表調試具有重要意義,它可在不影響主機工作狀態的情況下,對單個儀表進行數據讀取、參數寫入和調整。現代PLC技術的發展,使其在電磁儀表調控中的應用顯得更加方便,大部分的電磁流量計均可選購與其產品相配套的PLC編程控制器,通過專門的接口,可進行單個儀表的調試。
           
                 調試完成后,應在連續的工況條件下進行24小時的不間斷測量,觀察其測量數據的穩定性、可靠性,并結合其它測量方式進行校對,直至系統各電磁儀表均能按設計要求運行,方可進行系統預驗收。通過電磁流量計在工業管道控制系統的應用,在儀表的選型、安裝工藝的調整、試驗等方面進行總結,為提高工業管道控制系統中電磁儀表安裝、調試的成功率積累了一定的技術經驗,為工業管道控制系統更高程度的集成化、自動化提供了實踐經驗。
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