1  測(cè)量原理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度 L 及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度 u 成正比，如果 B，L，u 三者互相垂直，則：

e＝Blu (1)

 

與此相仿，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為 D 的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速 u流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線。

如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極(圖1)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：

e＝BDū (2)

式中，ū 為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量為：

 

由上式可見，體積流量 Q 與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 和測(cè)量管內(nèi)徑 D 成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)

 

2 電磁流量計(jì)的安裝

電磁流量計(jì)的正確安裝對(duì)電磁流量計(jì)的正常運(yùn)行極為重要，也大大減少日后的維護(hù)工作量；電磁流量計(jì)的安裝要注意以下幾個(gè)問題：

(1) 安裝場(chǎng)所。測(cè)量混合相流體時(shí)，應(yīng)選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所；避免安裝在電動(dòng)機(jī)、變壓器等強(qiáng)電設(shè)備附近，以免引起電磁場(chǎng)干擾；選擇測(cè)量管內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓的場(chǎng)所；避免安裝在周圍有強(qiáng)腐蝕性氣體的場(chǎng)所；環(huán)境溫度一般應(yīng)在 -25~60  ℃范圍內(nèi)，盡可能避免陽光直射；安裝在無振動(dòng)或振動(dòng)小的場(chǎng)所。如果振動(dòng)過大，則應(yīng)在傳感器前后的管道加固定支撐；避免安裝在能被雨水直淋或被水浸沒的場(chǎng)所。

 

(2) 直管段長(zhǎng)度。電磁流量計(jì)對(duì)表前直管段長(zhǎng)度的要求比較低。一般，對(duì)于 90° 彎頭、 T 形三通、異徑管、全開閥門等流動(dòng)阻力件，離傳感器電極軸中心線 ( 不是傳感器進(jìn)口端面 ) 應(yīng)有 3~5 D 的直管段長(zhǎng)度；對(duì)于不同開度的閥門，則要求有 10 D 的直管段長(zhǎng)度；傳感器后一般應(yīng)有 2 D 的直管段長(zhǎng)度。當(dāng)閥門不能全開時(shí)，如果使閥門截流方向與傳感器電極軸成 45° 安裝，可大大減小附加誤差。

 

(3) 安裝位置和流動(dòng)方向。電磁流量計(jì)可以水平、垂直或傾斜安裝。水平安裝時(shí)，電磁流量計(jì)電極軸必須水平放置。這樣可以防止由于流體所夾帶的氣泡而產(chǎn)生的電極短時(shí)間絕緣；也可防止電極被流體中沉積物覆蓋。不應(yīng)將電磁流量計(jì)安裝在最高點(diǎn)，以免有氣體積聚，安裝在管系最高處，為不良的安裝位置，應(yīng)予以避免。垂直安裝時(shí)，應(yīng)使流動(dòng)方向向上，這樣可使無流量或流量很小時(shí)，流體中所夾帶的較重的固體顆粒下沉，而較輕的脂肪類物質(zhì)上升離開傳感器電極區(qū)。測(cè)量泥漿、礦漿等液固二相流時(shí)，垂直安裝可以避免固相覺沉淀和電磁流量計(jì)襯里不均勻磨損。傳感器安裝處應(yīng)具有一定背壓，電磁流量計(jì)出口直接排空易造成測(cè)量管內(nèi)液體非滿管，為不良的安裝位置，應(yīng)予以避免。為了防止傳感器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，電磁流量計(jì)應(yīng)安裝在泵的后面，而不應(yīng)安裝在泵的前面。

 

(4) 安裝旁路管。為了便于液流靜止時(shí)檢查和調(diào)整零點(diǎn)，中小管徑應(yīng)盡可能安裝旁路管。在測(cè)量含有沉淀物流體時(shí)，應(yīng)考慮便于清洗電磁流量計(jì)的安裝方式。如圖 2 。

采用圖 2 安裝，即便是在生產(chǎn)中也可以切出來，進(jìn)行維護(hù)和處理。

 

(5) 接地。

由于電磁流量計(jì)的工作原理和特性，接地屏蔽外界電磁干擾特別重要；同時(shí)為了使測(cè)量準(zhǔn)確和電極不會(huì)發(fā)生電流腐蝕，電磁流量計(jì)必須單獨(dú)接地，并使傳感器和流體大約處于相同電位。分離型電磁流量計(jì)，原則上接地應(yīng)在流量計(jì)側(cè)，轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)，在大多數(shù)情況下，流量計(jì)的內(nèi)裝參比電極或金屬管能確保所許的電位平衡。因此，可以通過內(nèi)裝的參比電極和金屬管將管中流體接地，將流量計(jì)的接地片與接地線相連。如果傳感器安裝于帶陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了流量計(jì)和接地環(huán)一起接地外，還要用粗銅線繞過流量計(jì)跨接在管道的兩法蘭上，使陰極保護(hù)電流與流量計(jì)之間隔離。對(duì)于金屬非接地管道，應(yīng)用粗銅線連接，保證法蘭至法蘭和法蘭到流量計(jì)是連通的。對(duì)于非導(dǎo)電的塑料管或襯里管，如果沒有參比電極或由于電位平衡電流的存在，需將流體通過接地環(huán)接地。

 

3  電磁流量計(jì)在煤化工生產(chǎn)中的常見問題

電磁流量計(jì)作為當(dāng)前流程工業(yè)廣泛使用的流量計(jì)，在應(yīng)用過程中依據(jù)其故障與成因分為五類，下面就電磁流量計(jì)的這些常見故障的成因、檢測(cè)判別方法以及對(duì)故障的處理方式簡(jiǎn)要闡述。

 

3.1  液體中含有氣泡和非滿管的現(xiàn)象

液體中含有氣泡的現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)或測(cè)量值波動(dòng) ( 輸出波動(dòng) ) ，液體中泡狀氣體的形成有從外界吸入和液體中溶解氣體 ( 空氣 ) 轉(zhuǎn)變成游離狀氣泡兩種途徑。若液體中含有較大氣泡，則因擦過電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極，使流量信號(hào)輸入回路瞬時(shí)開路，導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。非滿管現(xiàn)象可以看作液體中含有氣泡的一種極端情況。液體未充滿管道可分為液面高度高于測(cè)量電極水平面

或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時(shí)，若管系的前后直管段比較理想時(shí)，電磁流量計(jì)的測(cè)量大多能夠穩(wěn)定，但流量計(jì)所計(jì)量的液體體積包含了管內(nèi)的氣體體積，故這種測(cè)量存在著很大的測(cè)量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時(shí)，此時(shí)電極裸露在空氣中，測(cè)量回路實(shí)際處于開路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動(dòng)或是滿度。這也是在非工作狀態(tài)即管道無液體介質(zhì)時(shí)，電磁流量計(jì)指示隨機(jī)值，工藝人員有時(shí)會(huì)認(rèn)為流量計(jì)出故障。

 

最簡(jiǎn)單的判別方法是當(dāng)遇到波動(dòng)時(shí)，切斷磁場(chǎng)的勵(lì)磁回路電流，如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時(shí)，說明大多是由于氣泡或非充滿管的影響造成。如果此時(shí)以萬用表測(cè)量電極電阻，可測(cè)量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高；引起這方面的現(xiàn)象的多數(shù)還是在安裝方面的原因，電磁流量計(jì)的安裝合適與否直接影響到測(cè)量效果，同時(shí)對(duì)于被測(cè)介質(zhì)中含有空氣的情況，如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計(jì)裝在管道的高點(diǎn)而滯留氣體或外界吸入空氣造成流量計(jì)波動(dòng)的話，更換安裝位置是最徹底的解決方法，在管線最低點(diǎn)或采用 U 型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換，建議在流量計(jì)上游安裝集氣包和排氣閥，在安裝了排氣裝置后，測(cè)量即恢復(fù)正常。在流量計(jì)安裝時(shí)盡量避免出現(xiàn)非滿管的情況，如前面提及的在管線最低端安裝或有意將流量計(jì)安裝在 U 型管道和垂直管道上。典型故障：煤氣化 33 單元 P-3301AB 出口流量，由于安裝在泵的出口高處水平管道上，造成工藝水沒充滿電磁流量計(jì)，造成指示波動(dòng)大，即測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動(dòng)或是滿量程；工藝無法參考，把電磁流量計(jì)改裝到垂直管道或合適的水平管線上，才能徹底解決問題；存在同樣問題的還有 33FT-0002 、 36FT-0001 、36FT-0002 ，都是由于安裝位置不合適造成指示波動(dòng)大。

 

3.2  電極腐蝕

在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測(cè)量值晃動(dòng)的情況，且都以傳感器失效而告終。

 

由于電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測(cè)液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計(jì)輸出波動(dòng)。電極一旦被腐蝕后，所造成的結(jié)果對(duì)此的解決方法，只有更換新的電極。

 

3.3  電極結(jié)垢及電極短路

電極短路的判別比較簡(jiǎn)單，若被測(cè)介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí)，電極短路較易診斷，此時(shí)測(cè)量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見。因電磁流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于原水和污水等計(jì)量環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時(shí)，表現(xiàn)為信號(hào)逐漸減小，直至絕緣而使得信號(hào)回路開路，此時(shí)流量信號(hào)被隔絕。

 

當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的粘度較高時(shí)，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測(cè)液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號(hào)電勢(shì)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Ｋf的電極結(jié)垢，則使電極開路而不能工作。結(jié)合工藝工況拆下清洗電磁流量計(jì)是一個(gè)比較徹底的方法。

 

典型案例：煤氣化 14 單元，渣池循環(huán)水泵 P-1402AB 出口去V-1402 的渣池水的電磁流量計(jì) 14FT-0003 ，由于渣池水含細(xì)渣和污垢，加上是水平安裝，更容易造成襯里和電極結(jié)垢，從而造成流量計(jì)的指示逐漸減小。解決方案，是管路進(jìn)行改造，增加旁路，便于生產(chǎn)期間可以交出，清洗電磁流量計(jì)。

 

3.4  襯里變形

測(cè)量不準(zhǔn)確或電磁流量計(jì)損壞。襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里，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，無粘結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。聚四氟乙烯 (PTFE) 實(shí)用溫度不能大于 150° ，因此，聚四氟乙烯 (PTFE) 襯里的電磁流量計(jì)不能應(yīng)用于高溫場(chǎng)合管道，若在高溫下瞬時(shí)形成負(fù)壓后則會(huì)引起襯里變形。

典型案例：殼牌煤化工裝置中，泵 P-1601 打到 J-1602 的電磁流量計(jì) 16FT-0012 ，在生產(chǎn)工作過程中，指示逐漸變小，停車拆開檢查，檢查發(fā)現(xiàn)四氟襯里變形，向內(nèi)鼓泡，如圖 3 ：后分析原因發(fā)現(xiàn)管道介質(zhì)溫度工況在 150° 以上，因電磁流量計(jì)是四氟襯里，使用溫度不應(yīng)超過 150° ，另外工藝停泵 P-1601 ，沒有打開排放，電磁流量計(jì)安裝位置又高，溫度冷卻冷凝后形成負(fù)壓，造成襯里變形。