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电磁流量计

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化工装置中电磁流量计的原理、选型、安装、接线、调试等经验和注意总结

来源:作者:发表时间:2017-09-26 09:07:33

        流量计选型导则是指按照生产要求,从仪表产品供应的实际情况出发,综合地考虑测量的安全、准确和经济性,并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表的型式和规格。

 
       流量测量的安全可靠,首先是测量方式可靠,即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故;二是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。例如,对发电厂高温高压主蒸汽流量的测量,其安装于管道中的一次测量元件必须牢固,以确保在高速汽流冲刷下不发生机构损坏。因此,一般都优先选用标准节流装置,而不选用悬臂梁式双重喇叭管或插入式流量计等非标准测速装置,以及结构强度低的靶式、涡轮流量计等。燃油电厂和有可燃性气体的场合,应选用防爆型仪表。
 
       在保证仪表安全运行的基础上,力求提高仪表的准确性和节能性。为此,不仅要选用满足准确度要求的显示仪表,而且要根据被测介质的特点选择合理的测量方式。发电厂主蒸汽流量测量,由于其对电厂安全和经济性至关重要,一般都采用成熟的标准节流装量配差压流量计,化学水处理的污水和燃油分别属脏污流和低雷诺数粘性流,都不适用标准节流件。对脏污流一般选用圆缺孔板等非标准节流件配差压计或超声多普勒式流量计,而粘性流可分别采用容积式、靶式或楔形流量计等。水轮机人口水量、凝汽器循环水量及回热机组的回热蒸汽等都是大管径(400mm以上)的流量测量参数,由于加工创造困难和压损大,一般都不选用标准节流装置。根据被测介质特件及测量准确度要求,分别采用插入式流量计、测速元件配差压计、超声波流量计,或采用标记法、模拟法等无能损方式测流量。为保证流量计使用寿命及准确性,选型时还要注意仪表的防振要求。在湿热地区要选择湿热式仪表。正确地选择仪表的规格,也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环。应特别注意静压及耐温的选择。仪表的静压即耐压程度,它应稍大于被测介质的工作压力,一般取1.25倍,以保证不发生泄漏或意外。量程范围的选择,主要是仪表刻度上限的选择。选小了,易过载,损坏仪表;选大了,有碍于测量的准确性。一般选为实际运行中最大流量值的1.2-1.3倍。安装在生产管道上长期运行的接触式仪表,还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。一般情况下,在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件,如节流元件等。
 
1 电磁流量计
1.1 电磁流量计的工作原理
       电磁流量计主要由信号转换器与传感器构成,其原理是基于法拉利电磁感应定律,在传感器中与被测管轴线垂直方向安装一对检测电极,当流量计接入液态介质管道,导电液态物质沿管轴侧运动时,导电液体作切割磁力线运动而产生感应电动势,此感应电动势由检测电极测出,其理论数值为:
       E=kVBd
       式中:E为感应电动势;k为调整系数,因仪表构造而异;V为被测液体平均流速;B为磁感应强度;d为被测管内径。测量流量时,流体流过垂直于流动方向的磁场,导电性流体的流动感应出一个与平均流速成正比的电势。其感应电压信号通过两个电极检出,并通过电缆传送至转换器,经过信号处理及相关运算后,将累计流量和瞬时流量显示在转换器的显示屏上。
 
       电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表,根据法拉第电磁感应定律,导电体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中产生感应电压,该电动势的大小与导体在磁场中做垂直于磁场运动的速度成正比,由此再根据管径,介质的不同,转换成流量。电磁流量计无节流部件,因此压力损失小,该仪表测量流体流量时,不受流体温度、压力、密度、粘度及流体组份的影响,适合于对有悬浮物固体粒子的污水、煤浆的
测量,特别适合于对腐蚀性介质的测量。
 
       选型与使用时应注意:电磁流量计所测液体应具有测量所需的电导率,并要求电导率分布大体上均匀,不能用于测量电导率很低的液体,如石油制品和有机溶剂等。电磁流量计的测量精度是建立在液体充满管道的情形下,目前在管道中有空气的情况下测量问题尚未得到很好解决,因此电磁流量计不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。同时应注意不同温度及腐蚀性介质应选用不同内衬材料和电极材料。电磁流量计虽可以在任意管道上安装,但电磁流量计测量电极的轴线必须保持水平方向,且与管道中心线互相垂直。为避免在管内无液体时出现指针不在零位的错觉,电磁流量计的变送器应安装于任何时候均充满液体的地方,同时,该流量计的信号较为微弱,因而在使用时应注意外来干扰对其测量精度和影响,变送器应安装于远离一切磁源的地方,不允许有振动。
 
       电磁流量计对安装前后直管道有要求,只不过比其它类流量计要求要低一些,但最关健一点要满足:就是满管。不满管的情况下容易引起流量计乱跳。
 
       电磁流量计的测量范围是有限制的,许多用户定表时,常常把它和水表相比较,以为可以测量很低的流速,其实定货时不能按原先管道口径来定货,最好按实际流量来定仪表的口径。
 
       电磁流量计也有防护等级,如果用户对仪表安装环境有要求,安装地点在地下阴井或其它一些潮湿的地方,建议用户选用分体式的,以免选错对仪表造成损害。电磁流量计可以测腐蚀性液体,但初期用户要正确辩明介质以及其属性,以免选型时在电极材料的选择上发生错误,导致传感器在后期使用过程中报废,给用户带来不便和经济上的损失。
 
       电磁流量计虽说可靠性比较好,通常情况下不会损坏,但由于其原理决定,传感器电极表面一直和液体接触,时间久了,电极表面比较容易受污染。所以电磁流量计在通常使用情况下,用户有条件拆的话,建议一年到一年半之间拆出来清洗一次电极,以保证流量计整机的测量精度。任何仪器仪表都是需要保养的,电磁流量计也不例外。
 
       随着工业行业的发展,对仪器仪表的需求增加,仪器仪表行业不断的发展,电磁流量计的用途也越来越广泛,能够适应不同行业的需求,石油,化工,污水治理等等。现在的国产电磁流量计质量上完全可以媲美国外同类进口产品,功能性、稳定性、精准性越来越高。电磁流量计用于对复杂的工业管道系统进行流体监测,对系统的原料及成品情况进行实时监控、为系统的自动化控制提供依据等等。
 
       由于电磁流量计分布分散,运行环境较为复杂,其安装工艺极可能影响其运行工况和发生故障的机率,从而影响整个仪表控制系统的运行。故对电磁流量计原理的分析、安装工艺的研究,以及调试技术的不断总结和更新十分必要。
 
1.2 电磁流量计的选型
(1)口径选择。选择电磁流量计时一般通过流体的性质、流速等因素来确定其选用口径。一般而言,当管道流速在0.5~1.5m/s为经济流速,若流体介质对侧壁磨损性较小,建议长期流速大于3m/s,但应小于7m/s,此时可选取小于管径的流量计。
 
(2)内衬材料选择。电磁流量计主要用于测量流体物质的流量,而根据被测物质的腐蚀性、磨损性、温度及凝结性等特点,应选择不同内衬材料的流量计。电磁流量计所用的内衬材料及其特点:
·天然橡胶,其耐温范围为-10℃~70℃,耐磨损、绝缘性能好,耐腐蚀性能一般。
·氯丁橡胶,较天然橡胶具有更好的弹性,也更耐磨,
但耐寒性较差。
· 聚 氨 脂 橡 胶 , 适 用 温 度 较 天 然 橡 胶 更 低 , 可
达-25℃。
·丁晴橡胶,较天然橡胶更耐高温,更耐磨,弹性较差,但耐油性能相当好。
·聚四氟乙烯,是塑料的一种,它耐酸、碱性能极好,但对部分液态氟、氧、臭氧等非常态物质的腐蚀及负压等抵抗力较差,耐磨损性能也较差。
 
(3)电极材料的选择。电磁流量计的电极装于其管道内壁,与被测物质直接接触,故应根据被测物质的腐蚀性选定。一般用于制造电极的材料包括:钛(Ti),耐强酸性;钽(Ta),测量精度高;铂-铱(Pt-Yi)合金,耐腐蚀能力强;哈氏合金C(HC),可用于高温次氯酸盐、硫酸、硝酸的测量;316L,耐腐蚀能力一般,但价格低廉。在选择电磁流量计时,应根据测量的精密度要求、被测物腐蚀性、价格承受能力来进行电极材料的选取。
 
(4)其它参数的选择。电磁流量计的选择还应考虑防护等级、连接法兰及电缆等因素。电磁流量计的连接法兰选择应根据管道确定,特别对于腐蚀性流体管道,不允许随意对管道进行现场加工焊接,应慎重选择。
 
1.3 电磁流量计的安装
(1)安装准备工作。电磁流量计安装前,应仔细核对其参数,主要核对其口径、内衬、电极等参数是否符合设计要求,有集中BA控制的应确认其与控制系统的匹配性。在安装前,应对已安装好的管道进行防腐处理,法兰接口处应清理干净,在确认被测物质流向之后,按流量计上所标定的方向准备安装。
(2)安装方位的选取。由于电磁流量计安装于流体管道上,其测量数据的准确性与其内部液态物质的充满度有关,故在选取安装位置时,应注意以下几点:
·流量计不得安装在泵的抽吸侧,
·开口排放的管道,流量计应装在可存储液体的底段,以免倒吸空气影响测量精度,
·电磁流量计附近需装阀门时,阀门应装于流量计的下游;
·管道落差较大时,需在流量计的下游设置上弯及排所阀;
·安装电磁流量计时,应充分考虑管道中产生气泡的可能性,予以避免。
 
(3)电磁流量计安装及接地。电磁流量计的安装方式一般为法兰式,利用与其匹配的法兰即可连接管道。在安装前应确保管道的吹扫、试压等工作已完成。由于电磁流量计的测量感应电流很小,电压较低,易受外界电磁噪声的影响,故在安装时应进行可靠的接地连(跨)接。金属管道电磁流量计接地连(跨)接方法,带阴极保护的电磁流量计重复接地连接方法。
 
1.4 电磁流量计接线
(1)接线。在电磁流量计接线前,应确认其安装方位、方向准确无误,并进行现场清扫,无积尘后方可接线。电磁流量计的接线包括电源线、输入/输出信号线、传感信号线和工作接地线的连接。
 
(2)输入/输出信号。大部分电磁流量计均可通过外带的PLC进行编程、检测,也可通过通信总线接受主控制系统的输入指令,故电磁流量计设置了信号输入接点、测量值临界报警指令等接入点。输出信号可通过模拟点接出,也可与输出信号组合通过RS-232通信接口实现与PC的联机。
 
(3)传感器连线。若流量计与传感器为分体式安装,流量计与传感器之间还需进行连线,用于将传感电流通过流量计的测量终端(实际上是磁极与电压测量单元),用以测量各被测参数。
 
(4)接地线。由于电磁流量计的工作电流较小,极易受外界电场变化的干扰,所以其电源、信号线均须配套接地线,以确保测量数据的准确,消除测量过程中数据的频繁振荡。
 
1.5 电磁流量计调试(相关文章推荐:选矿工程中电磁流量计的安装调试技术注意自来水行业电磁流量计安装调试中的关键控制点研究
       (1)调试前检查及准备。电磁流量计在调试前,应对管道及流量计进行彻底检查,包括管道杂物等清理,油性介质管道还需进行干燥处理。调试前的检查还包括电气线路的检查,首先应对线路的接地进行检测,确保接地可靠后方可进行其它线路的测试检查,以免造成线路容性效应,储存电量,或是测量电源对仪器产生破坏作用。另外,还需进行绝缘电阻及接地电阻测试。
 
       (2)通水调试。无论是测量水性介质、混悬液体,还是测量油性介质的仪表,在正式调试前,均应模拟实际测量介质的温度、压力、流速等条件进行通水调试。若在通水试验过程中发生异常,或是参数缺失,应对仪表进行单体检测或送出产单位进行校验。
 
       (3)系统调试。电磁流量计在进行完单项功能通水测试,控制主机各项预备调试完成后,可进行系统调试。油性介质管道需进行干燥后方可通入被测介质进行系统运转。系统调试时,主机系统应预先对各个测量点进行编码扫描,确保各仪表部件均在正常工作状态后方可进行功能性调试。功能性调试时,由主机系统对各仪表分别进行参数的读取,临界值报警试验等,然后进行控制数据的写入。逐一进行调试,并将相关数据发送到相关上机位进行
分析。主机在系统各仪表调试完成后,可进行仪表终端单体PLC编程调试。PLC编程调试对仪表调试具有重要意义,它可在不影响主机工作状态的情况下,对单个仪表进行数据读取、参数写入和调整。现代PLC技术的发展,使其在电磁仪表调控中的应用显得更加方便,大部分的电磁流量计均可选购与其产品相配套的PLC编程控制器,通过专门的接口,可进行单个仪表的调试。
 
       调试完成后,应在连续的工况条件下进行24小时的不间断测量,观察其测量数据的稳定性、可靠性,并结合其它测量方式进行校对,直至系统各电磁仪表均能按设计要求运行,方可进行系统预验收。通过电磁流量计在工业管道控制系统的应用,在仪表的选型、安装工艺的调整、试验等方面进行总结,为提高工业管道控制系统中电磁仪表安装、调试的成功率积累了一定的技术经验,为工业管道控制系统更高程度的集成化、自动化提供了实践经验。