丙烯酸裝置中電磁流量計(jì)故障分析
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發(fā)布時間：1970-01-01 08:00:00
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引言: 為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游要有一定長度直管段，但其長度與大部分其他流量儀表相比要求較低。90°彎頭、T 形管、全開閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線( 不是傳感器進(jìn)口端連接面) 5 倍直徑( 5D) 長度的直管段，不同開度的閥則需10D; 下游直管段為2 ～ 3D 或無要求; 但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內(nèi)。
摘要：本文主要講述了電磁流量計(jì)故障類型，以及在丙烯酸裝置中因?yàn)榘惭b問題和現(xiàn)場情況導(dǎo)致的電磁流量計(jì)故障的分析，從而幫助用戶對電磁流量計(jì)安裝的有關(guān)問題能有更加深刻的認(rèn)識。
1 電磁流量計(jì)原理與結(jié)構(gòu)
1． 1 概述
電磁流量計(jì)( 以下簡稱EMF) 是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50 年代初EMF 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來世界范圍EMF 產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)的5% ～6．5%。70 年代以來出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用。
1． 2 原理與機(jī)構(gòu)
EMF 的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運(yùn)動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如下式:E = kBDV
式中: E———感應(yīng)電動勢，即流量信號，V;
k———系數(shù);
B———磁感應(yīng)強(qiáng)度，T;
D———測量管內(nèi)徑，m;
V———平均流速，m/s。
設(shè)液體的體積流量為，則式中: k———儀表常數(shù)，k = 4KB /πD 。EMF 由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
2、電磁流量計(jì)故障類型
電磁流量汁運(yùn)行中產(chǎn)生故障的第一類為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障; 第二類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結(jié)垢等。本文重點(diǎn)討論的是應(yīng)用方面和上述第二類外界原因的故障。按照故障發(fā)生時期分類，可分為: ①調(diào)試期故障; ②運(yùn)行期故障。調(diào)試期故障出現(xiàn)在新裝用后調(diào)試初期，主要原因是儀表選用或設(shè)定不當(dāng)，安裝不妥等。運(yùn)行期故障足在運(yùn)行一段時期后出現(xiàn)，主要原因有流體中雜質(zhì)附著電極襯里，環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。按故障外界源頭分析來自3 個方面: ①管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的;②環(huán)境方面引起的; ③流體方面引起的。來源①主要在調(diào)試期表現(xiàn)出來; 來源②和③則在調(diào)試期和運(yùn)行期均會出現(xiàn)。
2． 1 調(diào)試期故障
本類故障在電磁流量計(jì)初始裝用調(diào)試時就出現(xiàn)，但一經(jīng)改進(jìn)排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現(xiàn)。常見調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響3 方面原因。
2． 1． 1 管道系統(tǒng)和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn); 流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內(nèi)非滿管; 裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空等。
2． 1． 2 環(huán)境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機(jī)磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨(dú)接地保護(hù)可獲得滿意測量，但如遇管道有強(qiáng)雜散電流亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)信號電纜引入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù)，但也曾遇到屏蔽保護(hù)還不能克服。
2． 1． 3 流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和; 氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產(chǎn)生更大波動。低頻( 50 /16Hz ～ 50 /6Hz) 矩形波激磁電磁流量計(jì)測量液體中含有固體超過一定含量時將產(chǎn)生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導(dǎo)率( 或各自與電極間電位) 有差異，在混合未均勻前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測量，輸出信號亦會產(chǎn)生波動。電極材質(zhì)與被測介質(zhì)選配不善，產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等，均會妨礙正常測量。
2． 2 運(yùn)行期故障
經(jīng)初期調(diào)試并正常運(yùn)行一段時期后在運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障，常見故障原因有: 流量傳感器內(nèi)壁附著層，雷電擊，環(huán)境條件變化。
2． 2． 1 內(nèi)壁附著層
由于電磁流量計(jì)測量含有懸浮固相或污臟體的機(jī)會遠(yuǎn)比其他流量儀表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障; 若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動勢將被短路; 若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。
2． 2． 2 雷電擊
雷電擊在線路中感應(yīng)瞬時高電壓和浪涌電流，進(jìn)入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3 條引入途徑: 電源線，傳感器勺轉(zhuǎn)換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場了解到，不僅電磁流量計(jì)出現(xiàn)故障，控制室中其他儀表電常常同時出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認(rèn)識設(shè)置控制室儀表電源線防雷設(shè)施的重要性。
2． 2． 3 環(huán)境條件變化
主要原因同上節(jié)調(diào)試期故障環(huán)境方面，只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運(yùn)行期間再介入的。例如一臺接地保護(hù)并不理想的電磁流量計(jì)，調(diào)試期因無廠擾源，儀表運(yùn)行正常，然而在運(yùn)行期出現(xiàn)新干擾源( 例如測量點(diǎn)附近管道或較遠(yuǎn)處實(shí)施管道電焊) 干擾儀表正常運(yùn)行，出現(xiàn)輸出信號大幅度波動。
3 丙烯酸裝置中電磁流量計(jì)簡介及故障分析
3． 1電磁流量計(jì)簡介
丙烯酸裝置中采用的一種電磁流量計(jì)，其為建鑫公司的電磁流量計(jì)SCLDE系列流量計(jì)是基于數(shù)十年現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作。可更換電極和電極粘污度診斷功能的結(jié)合大大提高了系統(tǒng)可維護(hù)性。SCLDE采用能消除流體噪音的“雙頻勵磁法”和為惡劣環(huán)境下使用新增的可選“增強(qiáng)型雙頻勵磁法”，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。
3． 2 電磁流量計(jì)的安裝問題
3． 2． 1 直管段長度問題
為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游也要有一定長度直管段，但其長度與大部分其它流量儀表相比要求較低。90°彎頭、T 形管、全開閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線( 不是傳感器進(jìn)口端連接面) 5 倍直徑( 5D) 長度的直管段，不同開度的閥則需10D; 下游直管段為( 2 ～ 3) D 或無要求; 但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內(nèi)。各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長度亦不一致，這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0． 5 級精度儀表的要求。
3． 2． 2 安裝位置和流動方向問題
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)。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因?yàn)樘幱诘夭降碾姌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。
3． 3 強(qiáng)流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的電磁流量計(jì)，其安裝位置如圖1 所示。建鑫電磁流量計(jì)SC－1230安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長度均符合要求。但裝置投運(yùn)后，很長時間工作不正常。從DCS 趨勢圖上看出流量波動很大，趨勢圖雜亂，而經(jīng)反復(fù)檢查，儀表安裝，電極及接地均無問題。后又檢查工藝上游工業(yè)管道安裝的情況，主管道的流束由三股流束F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3 組成，其中F3 來自一個高位槽，和電磁流量計(jì)安裝位置標(biāo)高差了約20m。而D段管道長約1m，H 段管道長約1． 5m。F3 流束從高位槽下來后，由于其巨大的位能轉(zhuǎn)還成動能，使得F3 未能和F1，F(xiàn)2 混合好而直接穿過電磁流量計(jì)，也即有2 種不同流束的流體穿過建鑫電磁流量計(jì)。這股流束形成了對主流體的干擾，使電磁流量計(jì)指示紊亂波動。找到原因后，將電磁流量計(jì)SC－1230從A位置移到B 位置，B 位置距原管道彎曲部分約2m。改進(jìn)安裝位置后，這一難題終于得到解決。
3． 4 容器內(nèi)部局部阻力變化對流量的干擾
丙烯酸裝置內(nèi)有一臺建鑫電磁流量計(jì)，其原安裝位置如圖2 所示。建鑫電磁流量計(jì)其前后直管段長度及接地均符合要求，但是開車后流量示值一直跳動，且查不出來原因。一個偶然的機(jī)會，母液罐的攪拌器停止運(yùn)行后卻發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)示值穩(wěn)定了。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，此攪拌器示側(cè)壁安裝，且位置距電磁流量計(jì)管線出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。電磁流量計(jì)出口到容器壁的距離D1 約1． 5m，由于距離太短，攪拌波浪使管道出口的壓力波動，從而使電磁流量計(jì)出口流速不穩(wěn)，使電磁流量計(jì)示值產(chǎn)生跳動。后將電磁流量計(jì)從A 位置移到B 位置，距原安裝約10m，電磁流量計(jì)才得以正常運(yùn)行。
4 總結(jié)
丙烯酸裝置中，在電磁流量計(jì)現(xiàn)實(shí)安裝中遇到了很多問題，經(jīng)過筆者不斷地學(xué)習(xí)和對有經(jīng)驗(yàn)師傅的請教，從而對電磁流量計(jì)安裝的有關(guān)問題有了較為深刻認(rèn)識。
