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電磁流量計(jì)出現(xiàn)故障原因分析
電磁流量計(jì)是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成。用來測量電導(dǎo)率大于一定數(shù)值的導(dǎo)電液體的體積流量，特別適合測量各種高腐蝕性、固液兩相難混合介質(zhì)的流量，如工業(yè)污水、漿料、酸性混合物、礦漿等。近年來，隨著低頻矩形波、雙頻矩形波勵磁技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，電磁流量計(jì)抗干擾能力、測量精度大大提高，使其應(yīng)用更為廣泛。但缺點(diǎn)是對工藝介質(zhì)、安裝質(zhì)量等要求較高。如果解決不好這些問題，儀表的故障率將會很高。例如某廠化工裝置開工后一年多時間內(nèi)，現(xiàn)場使用的幾十臺電磁流量計(jì)中有近一半先后出現(xiàn)故障，對裝置正常運(yùn)行造成了很大影響。針對這種狀況，采取多種改進(jìn)措施，實(shí)施后收到了顯著效果。
1 流量計(jì)故障的主要原因
1．1介質(zhì)溫度過高導(dǎo)致襯里變形
電磁流量計(jì)的測量管一般用非導(dǎo)磁的高阻材料(如不銹鋼)制成，同時，在測量導(dǎo)管內(nèi)壁與電極之間安裝有絕緣襯里，一是防止兩電極被金屬導(dǎo)管所短路，二是為防止導(dǎo)管被腐蝕，并使內(nèi)壁光滑。襯里材料視工作溫度不同而不同，如果測量的介質(zhì)溫度長時間超過這個溫度，將導(dǎo)致流量管的襯里材料發(fā)生膨脹、形變和質(zhì)變，并最終使流量管損壞。例如某臺儀表所測量的介質(zhì)溫度為155℃，而選用的流量管的最高工作溫度為130℃，該表投用后不到10min，就出現(xiàn)線圈斷裂，造成流量管損壞。當(dāng)工藝人員用蒸汽對管線進(jìn)行吹掃時，如果不事先拆除管線上的流量管，也很容易造成這種狀況。
出現(xiàn)襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里，造成這種現(xiàn)象的原因有兩種:一是蒸氣滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散現(xiàn)象，所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)
(氣體或蒸氣)流過氟塑料襯里時所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象，通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸氣的類型、襯里的厚度(當(dāng)襯里的厚度增加時滲透程度則相應(yīng)減小)、襯里內(nèi)外的溫差(當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時滲透則加劇)和管道壓力等多個因素。二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯(PTFE)襯里本身的工藝結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫鬯姆蚁┡c管壁間僅靠壓貼，無黏結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。
1．2電極結(jié)垢及電極短路
由于電磁流量計(jì)常用來測量臟污或介質(zhì)中含有顆粒的流體，當(dāng)被測介質(zhì)的黏度較高時，流量計(jì)運(yùn)行一段時間后，常會在在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號電勢被分流而不能工作，即電極短路;若是非導(dǎo)電層，就是我們?nèi)粘Ｋf的電極結(jié)垢，則使電極開路而不能工作。若附著于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成分的染料，其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率，測得的流量值將比實(shí)際流量值低;若為碳酸鈣等水垢層，其電導(dǎo)率低于液體，測得的流量值將低于實(shí)際流量。若附著層電導(dǎo)率與液體相同，按式計(jì)算附加誤差為零，但僅局限于附著層厚度小的條件，譬如2t/d要小于10%，因?yàn)橄嗤髁坑懈街鴮訒r流通截面積減小，但平均流速增加，相互間可抵消，也只能說附加誤差可忽略。
1．3環(huán)境溫度的影響
化工裝置上使用的電磁流量計(jì)大多用來測量含有固體顆粒及漿料的混合物流量，介質(zhì)溫度大都在100℃以上。為了保證漿料不凝固，管道外一般設(shè)計(jì)有伴熱管線，而且兩者用很厚的保溫材料包在一起。由于施工不當(dāng)，很多電磁流量計(jì)的流量管也包在里面，甚至伴熱管線還要在流量管上纏繞幾圈，伴熱一般采用0．35MPa蒸汽，溫度達(dá)150℃左右。因此，流量管周圍的環(huán)境最高達(dá)100℃以上，而電磁流量計(jì)要求周圍環(huán)境的最高溫度為60℃，儀表長時間工作在高溫環(huán)境下，導(dǎo)致儀表故障率很高。
1．4指示晃動
流量計(jì)輸出波動是出現(xiàn)比率最多的故障類型，這種情況大多是由于儀表安裝不當(dāng)或工藝流體影響造成的。常見故障原因有:①在有脈動流動源或多股流體匯總的管線上，如果匯總處離流量計(jì)比較近時，對流量計(jì)影響會非常大。例如圖1(a)是我們曾遇見的某一臺流量計(jì)的安裝情況，流量計(jì)測量的是A、B、
C三股流體的總流量，其中A股流體來自于高于流量計(jì)安裝位置十多米的緩沖罐內(nèi)，流體匯合點(diǎn)離流量計(jì)入口不足2m，使用過程中發(fā)現(xiàn)流量計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)大幅波動，而且指示一直不準(zhǔn)，經(jīng)過分析我們認(rèn)為流量計(jì)安裝距流體匯合點(diǎn)太近，而且不適合水平安裝。于是將流量計(jì)改為圖1(b)的安裝方式，投用后流量計(jì)基本能正常工作。因此要盡可能減緩流體對流量儀表測量的影響，通常要求流量傳感器遠(yuǎn)離脈動源，利用管流流阻衰減脈動，或在管線適當(dāng)位置安裝被動式濾波器，吸收脈動。②管道未充滿液體或液體中含有氣泡。這類故障主要是管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)不良，使傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝位置不妥所致。應(yīng)按照安裝要求安裝或進(jìn)行管網(wǎng)改造;另外，應(yīng)注意避免配比混合容器攪拌時混入空氣及泵吸入端或管系其他局部產(chǎn)生密封不良的場所吸
入空氣等。③外界雜散電流等電磁干擾。電磁流量計(jì)很容易受外磁場干擾導(dǎo)致指示波動，而且這種波動往往沒有規(guī)律。因此安裝時應(yīng)做好接地保護(hù)，不要與其他電機(jī)或電器共用接地，電磁流量計(jì)傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離磁源。④在測量雙組分或多組分液體時，如果液體電導(dǎo)率不同而且未均勻混合，或管道化學(xué)反應(yīng)尚未完全完成，將會導(dǎo)致流量計(jì)指示波動。出現(xiàn)這種情況應(yīng)將加液點(diǎn)移至下游，或?qū)MF移至加液點(diǎn)上游。液體的電導(dǎo)率接近下限值。這種情況需要改變介質(zhì)特性，若不能改變工況應(yīng)選用其他類型流量計(jì)。⑤電極材料與液體匹配不妥。電極材料的選擇應(yīng)首先考慮對被測液體的耐腐蝕性，若選配不妥將產(chǎn)生電極表面效應(yīng)，會形成輸出晃動等故障。
1.5 接地不當(dāng)及外界干擾影響流量計(jì)正常工作
電磁流量計(jì)的信號比較微弱，滿量程時只有
2.5～8mV，流量很小時，輸出只有幾微伏，外界略有干擾就能影響測量的精度，因此，電磁流量計(jì)對接地要求很嚴(yán)格，變送器的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管以及導(dǎo)管兩端的管道都要接地，并且要求單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)。精對苯二甲酸(PTA)裝置儀表投用初期，我們發(fā)現(xiàn)很多電磁流量計(jì)指示波動，而且幅度很大，經(jīng)常出現(xiàn)超量程現(xiàn)象。通過分析及試驗(yàn)，我們認(rèn)為一方面是儀表的靈敏度過高，主要原因則是施工不當(dāng)造成檢測部分受外界干擾，電磁流量計(jì)引入的干擾主要有同相干擾和正交干擾兩種。其來源為:①周圍電器設(shè)備使金屬管道上存在雜散電流(如管道上的電焊操作等)，這些電流通過管道以及管道內(nèi)的液體影響到電磁流量計(jì)。②電磁流量計(jì)的工作接地與電機(jī)、電器設(shè)備公共接地或接入上、下水管道上，使電力設(shè)備的漏電流通過公共地線引入電磁流量計(jì)。③周圍電器設(shè)備的電磁場對訊號傳輸線及電子線路的干擾。④對于輸送腐蝕性介質(zhì)的絕緣管道或者絕緣內(nèi)襯的管道，由于液體在絕緣管道中流動與管壁摩擦產(chǎn)生靜電，通過液體傳到電磁流量計(jì)測量電極再傳送測量線路，干擾了流量訊號的測量。⑤電磁流量計(jì)本身的“變壓器效應(yīng)”產(chǎn)生的正交干擾。
2改進(jìn)措施
2．1部分流量計(jì)重新選型
在承包商及設(shè)計(jì)部門的指導(dǎo)下，對因溫度過高而不滿足使用條件的部分流量計(jì)重新進(jìn)行選型，例如，測量工藝介質(zhì)較高部分儀表選用Ｒosemount公司生產(chǎn)的以聚四氟乙烯為內(nèi)襯的8705型流量管，溫度范圍為－20～177℃。另外，在工藝管線用蒸汽吹掃時，及時拆除流量管，以避免過熱蒸汽對流量管造成損壞。另外在換型時盡量選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動刮除沉垢。也有暫時斷開測量電路，在電極間通以短時間的低壓大電流，焚燒清除油脂類附著層。易產(chǎn)生附著層的場合采用提高流速以達(dá)到自清掃管壁的目的，這是一個比較有效的方法，當(dāng)然采用易清洗的管道連接是一個比較徹底的方法。
2．2對儀表伴熱進(jìn)行完善
將所有流量管上纏繞的蒸汽伴熱線去掉，使伴熱線從流量管旁繞過，并將儀表外部保溫去掉，使儀表工作在要求的溫度范圍之內(nèi)。另外將法蘭和線圈盒間增加隔熱措施，減小溫差、熱擴(kuò)散，這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況，從而降低滲透率和蒸汽在測量管壁內(nèi)的凝聚;加厚聚四氟乙烯(PTFE)襯里厚度;提供其它形式的襯里，如金氟環(huán)氧基樹脂(PFA)和陶瓷襯里。
2．3改變儀表安裝方式
從安裝方面盡量選擇安裝在流體自下向上流動的垂直管道上。雖然傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制，但測量固、液兩相流體最好垂直安裝，自下而上流動，這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴(yán)重，低流速時固相沉淀等缺點(diǎn)。如必須安裝在水平或傾斜的管道上時，要使電極軸線平行于地平線，不要垂直于地平線，因?yàn)樘幱诘撞康碾姌O易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。儀表安裝管系圖如圖2所示。
圖2所示管系中，C、D為適宜位置;A、B、E為不宜位置，B處可能液體不充滿，A、E處易積聚氣體，且E處傳感器后管段短也有可能不充滿。對于固、液兩相流C處亦是不宜位置。另外控制流量的閥門應(yīng)安裝在電磁流量計(jì)的下游，以免產(chǎn)生氣泡或不滿管。從操作方面盡量避免由于電磁流量計(jì)上游的設(shè)備操作產(chǎn)生的氣泡帶入流量計(jì)，如關(guān)小泵吸口
閥門，或者讓液流暴露在空氣中的下泄，而將空氣帶入液流中。此外將部分流量管兩端的工藝管線增加支撐，并確保兩端連接法蘭在同一水平面上，使流量管盡可能不受力。同時，對直管段長度達(dá)不到要求的工藝管線進(jìn)行更換。
2．4對接地進(jìn)行完善和改造
①確保使液體電位與地電位相同。實(shí)現(xiàn)傳感器的基準(zhǔn)電位(端電位)，轉(zhuǎn)換器/放大器的基準(zhǔn)電位與被測液體相同。工作接地應(yīng)堅(jiān)持“單點(diǎn)接地”，不能用公共接地線接地。接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離電器接地、避雷接地以及其它設(shè)備的保護(hù)接地。接地裝置與傳感器的距離盡可能短些。傳感器接地措施一般有如下三種:傳感器在金屬管道上安裝，金屬管道內(nèi)壁沒有絕緣層，則可將接地導(dǎo)線接到兩個管道法蘭上，它可通過金屬管道與液體保持可靠的接地，若干擾太強(qiáng)，如此接地不足以抗衡干擾時，則接地導(dǎo)線應(yīng)從兩個管道法蘭分別沿金屬管道向外延伸至能消除干擾處，連接傳感器在塑料管道或內(nèi)壁絕緣(涂料、油漆、襯里)的管道上時，傳感器兩側(cè)應(yīng)裝有接地環(huán)，使之與液體接觸。將兩個接地環(huán)與傳感器法蘭相連接后接地;傳感器在陰極保護(hù)管道上的安裝，帶有電蝕保護(hù)的管道通常里外絕緣，使液體對地?zé)o導(dǎo)電性接地。此時傳感器必須使用接地環(huán)。接地環(huán)要裝在傳感器的兩個端面上并與連接管道法蘭絕緣。兩連接管道法蘭用銅導(dǎo)線繞過傳感器連接，使陰極保護(hù)電位與傳感器之間隔離。此外，傳感器轉(zhuǎn)換器及二次儀表間的回路接地及屏蔽接地也應(yīng)予以足夠的重視。②電磁流量計(jì)的安裝應(yīng)盡量遠(yuǎn)離容易引起感應(yīng)干擾的部分電動機(jī)、變壓器或其它電源備件附近。
③對“變壓器效應(yīng)”正交干擾，則可通過儀表調(diào)零或
采用類似于熱電偶三線制接法補(bǔ)償干擾的方法，以消除其影響。
2．5加大巡檢及維護(hù)力度
每天兩次對所有電磁流量計(jì)進(jìn)行巡檢檢查，對出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行處理，定期對流量管內(nèi)的沉積物進(jìn)行清理。
3結(jié)束語
通過采取以上措施，取得了明顯效果，從改造后到現(xiàn)在近兩年時間，所有電磁流量計(jì)一直運(yùn)行良好，操作人員反映讀數(shù)準(zhǔn)確，操作簡單，不但為工藝人員對裝置操作提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，還為電磁流量計(jì)在該公司的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。 |