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        電磁流量計

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        電磁流量計在真空制鹽采輸鹵應用中的故障和測量不準的原因及校準分析

        來源:江蘇井神鹽化股份有限公司,江蘇省制鹽工業研究所作者:李三鳳 ,曹 軍 發表時間:2017-09-13 10:44:21

         摘 要:電磁流量計早在上個世紀 50 年代已經實現了廣泛的工業化應用。 本文主要針對電磁流量計在我公司真空制鹽采輸鹵應用過程中,出現的一些故障、測量不準確等現象做簡要分析,以及相關的解決辦法與建議。 主要針對我公司鹵水輸送管道結垢導致的測量不準確的現狀,分析其成因,提出解決思路與方法進行探討。

         
        1 前言
                電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。 其測量原理是當導體在磁場中作切割磁力線運動時,在導體中會產生感應電勢,感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度及導體在磁場中作垂直于磁場方向運動的速度成正比。 如圖 1 所示,導電流體在磁場中作垂直方向流動切割磁力線時,也會在管道兩邊的電極上產生感應電勢。
        其感應電勢為 E=kBVD
        其中:
                K —— — 儀表常數
                B —— — 磁感應強度
                V —— — 測量管道截面內的平均流速
                D —— — 測量管道截面的內徑
                測量流量時,導電性的液體以速度 v 流過垂直于流動方向的磁場,導電性液體的流動感應出一個與平均流速成正比的電壓,其感應電壓信號通過兩個或兩個以上與液體直接接觸的電極檢出,并通過電纜送至轉換器通過智能處理,轉換成標準信號 4~20mA 或 0~1kHz 輸出。
         電磁流量計原理圖
        2 故障現狀介紹與原因分析
        2.1 電磁流量計使用概況
         
                電磁流量計早在上個世紀 50 年代已經實現了廣泛的工業化應用,也廣泛應用于制鹽化工等行業的計量,我公司真空制鹽采輸鹵應用過程中,部分電磁流量計出現的一些故障、 測量不準確等現象。目前在我們公司電磁流量計主要對液體(鹽鹵,水)和渣漿流體進行流量檢測,獲得瞬時流量和累積流量。 三個礦區有約 100 臺電磁流量計,使用時間長短不一,有的壽命在十年以上,但近幾年由于井組增多,注入井組介質不斷變化,鹵水類型不斷轉換,以及管道切換頻繁導致的測量不準確時有發生。
         
                前段時間我們使用電磁流量計,由于注水介質發生改變, 出現注水流量比平常顯著降低 (由100m 3 /h 降低至 20~30m 3 /h ), 出鹵量明顯偏高的現象,針對這一現象曾做以下工作:
                測量數據發生顯著變化的部分井組,在焊接管道時曾拆開流量計,流量計內部結垢情況如圖 2 。
         電磁流量計內部結垢圖
        2.2 電磁流量計故障原因主要有兩類
                很好類是外部原因引發的故障,例如安裝不當導致流動畸變,傳感器內壁沉積和結垢。 由于鹵水和不同注水介質在管道流動的過程中, 由于溫度、壓力等的變化,介質發生了化學反應,易在管路和流量計內壁上結垢,受流量計流通截面積變化的影響,儀表的檢測準確性也會發生變化。 另一方面,鹵水電導率隨濃度、成份等發生的變化。電導率 (EC) 表示溶液的導電能力, 不同濃度之間和不同 pH 值之間,鹵水的電導率變化很明顯。 通過現場儀表數據分析,數據變化范圍較大。 管路和流量計內壁上結垢會明顯影響流體的電導率,增大管路截面的電阻值,降低電信號輸出,從而影響流量計的準確性。
         
                第二類是儀表自身故障,即儀表自身結構件或元器件損壞引發的故障。
         
        3 鹵水輸送管道流量數據不準原因分析
                結合我公司電磁流量計在鹵水輸送管道現狀,可以從設備自身維保、流通介質性質、使用環境等方面分析,流量計數據不準確,主要由以下幾個方面原因:
         
        3.1 內壁附著層
                由于電磁流量計測量的流體大多含有懸浮固相或者臟污體,電磁流量傳感器內壁附著層出現的故障頻率較高,如果附著層與液體二者的電導率接近,儀表仍然可以進行正常信號輸出,只是改變了流體的流通面積, 將導致測量誤差的隱形故障,如果附著層是高電導率,電磁流量傳感器電極間的電勢易短路,如果附著層是絕緣性,電磁流量傳感器電極表面被絕緣將斷開了測量回路。 后兩種現象需要清潔附著層或更換傳感器才能使儀表正常工作。(相關閱讀:如何清洗電磁流量計
         
        3.2 雷電擊
                線路遇雷擊時會瞬時產生很高電壓和浪涌電流,儀表遭雷擊后極易損壞。 雷電擊主要通過三個途徑進入儀表:儀表電源線,轉換器和傳感器間的激磁線與流量信號線。 從雷電故障中損壞的儀表零部件分析,雷電擊大部分經電源線路進入儀表從而引發故障,而其他兩種途徑比較少。(相關閱讀:電磁流量計如何防雷
         
        3.3 環境條件變化
                環境條件變化所引起的故障主要是因為儀表在運行期間出現了新的干擾源。 例如一臺接地保護并不良好的電磁流量計,調試期因無外界干擾源,儀表能夠正常運行,然而在運行期出現新的干擾源后 ( 例如:管道旁新增高壓電網、測量點附近管道或較遠處實施管道電焊,車輛過往頻繁振動加大等等 ) ,干擾了儀表正常運行,出現了電磁流量計信號輸出較大振蕩。
         
        3.4 突發事件對表計影響
                傳感器長時間浸泡水中,本廠區閥門井遇到暴雨外加斷電的情況, 導致儀表全部浸泡在水中,長達 8 小時。 事后經過及時檢查處理,大部分恢復,而密封不嚴實的儀表,內部勵磁線圈、電路板等全部損壞,傳感器無法工作,只能更換儀表。
         
        4 解決方法與思路
                根據電磁流量計工作原理和工作環境要求,解決電磁流量計測量不準主要是從前期選型、保證工作環境、消除干擾因素、定期校準等幾方面入手。
         
        4.1 前期選型
                首先不同測量介質的類型選取合適的儀表,這里涉及的內容主要有管道口徑大小、 壓力等級、測量介質酸堿性、腐蝕性、噪音、電極特點、襯里材質、接地性能等; 盡量選用陶瓷襯里的電磁流量計,如果預算允許,就用電容式電磁流量計,因沒有接液電極,同時又是陶瓷內襯里,這樣效果會好一些;有條件情況下,要求供貨商對陶瓷襯里進行鏡面拋光處理,這樣處理后,襯里不易結垢,即使有輕微結垢,也會在維護時容易處理掉。第二是根據現場工況選擇分體式、 一體式,防護等級等。
         
        4.2 安裝地點、方式選擇
                1 ) 流量計前后直管段長度直接影響測量準確度,很多儀表前期設計合符要求,但后期因為生產檢修等各種原因, 需要增加各種閥門、 沖洗管道等管件,會導致直管段要求不夠,直接導致測量不準確;因此,前期設計安裝盡量放大表計前后直管段長度。
                2 )保證安裝儀表的管道充滿測量介質。 流量計測量段長度范圍內不可以有氣室、氣袋等。
         
        4.3 采取防垢措施及裝置
                根據流量計自身性能特點及安裝要求,結合在我公司使用現狀以及故障原因分析,在電磁流量選型、使用等方面可采取以下措施:
                ( 1 )選擇合適的安裝位置。 當停流時,漿液中的沉渣不在流量計測量管的位置聚集,減少結垢的機率。 在易結垢的管路段上,加裝除垢超聲波流量計,可保證流量計段 30m 以內管路不結垢。
                ( 2 )加旁路沖洗裝置。 在流量計不運行時或產生管道阻礙時,及時用清水對流量計進行沖洗處理。
                ( 3 )選擇大口徑。 在滿足生產需求情況下,選擇稍大口徑的流量計, 雖然計量精度會略有下降,但維保量會減少許多。
                ( 4 )選擇沒有外部干擾的環境。 安裝在沒有震動的位置,流量計兩邊的管道要用支架支撐,減少工作時的管道震動,同時流量計檢修時便于拆裝;給流量計安裝外防護罩,減少環境對表計的損害和影響。
                ( 5 )定期校準。 已安裝的無法拆除的流量計,進行定期校準標定,該維護工作量較大。
         
        5 各類校準方法及效果分析
                5.1 超聲波法。 用超聲波測量管道內流體流速,與現有流量計進行比較,進行參數調整。 富士超聲波流量計與銳 - 環保提供的思科超聲波, 對我公司注水總管流量可測量,比對數據一致;閥門井、粉砂注井、管匯房等處管道,無法獲得測量信號,對流體的粘度系數、聲速等各項參數無法獲得,該方法可行性比較弱。
                5.2 容積法。 利用容積法校準裝置,有罐子可精確測量出體積的設備進行連接測量,粉砂注井部分設備可實現。 管匯房與閥門井等設備不可行。 同時該方法涉及到很多閥門操作以及專用容器選擇,需要現場配合工作到位方可實現。
                5.3 經驗法。 利用礦區長期積累的運行經驗,目測出鹵的流量,結合采注比,調整流量計參數準確度比較低。
         
        6 結束語
                本文主要是結合電磁流量計在我公司采輸鹵過程中出現的問題,進行分析,提出解決方法,從流量計的選型到安裝、使用、校驗,按照以上方法可取得相對較好的使用效果,延長設備使用周期,確保測量的準確度,減少檢修的工作量與費用。 對于在電磁流量計維保工作中出現的新問題,在工作中繼續加以關注解決。
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