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電磁流量計在煤化工應用存在的問題
发布时间:2021-3-17 08:23:55

[摘要]電磁流量計是种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表,已在化工中得到广泛应用,在运行中的故障判别方法受到了国内外使用者的关注,特别是对電磁流量計的安装,直接决定着電磁流量計的能否正常运行和大大减少日后的维护。
1測量原理
  根據法拉第電磁感應定律,當--導體在磁場中運動切割磁力線時,在導體的兩端即産生感應電勢e,其方向由右手定則確定,其大小與磁場的磁感應強度B,導體在磁場內的長度L及導體的運動速度u成正比,如果B,L,u三者互相垂直,則:
e=Blu
  與此相仿,在磁感應強度爲B的均勻磁場中,垂直于磁場方向放一個內徑爲D的不導磁管道,當導電液體在管道中以流速u流動時,導電流體就切割磁力線。
電磁流量計原理图示
  如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極(圖1)則可以證明,只要管道內流速分布爲軸對稱分布,兩電極之間也特産生感生電動勢:

  由上式可見,體積流量Q與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其它物理參數無關。
2電磁流量計的安装
  電磁流量計的正确安装对電磁流量計的正常运行极为重要,也大大减少日后的维护工作量:電磁流量計的安装要注意以下几个问题:
(1)安裝場所。測量混合相流體時,應選擇不會引起相分離的場所:避免安裝在電動機、變壓器等強電設備附近,以免引起電磁場幹擾:選擇測量管內不會出現負壓的場所:避免安裝在周圍有強腐蝕性氣體的場所:環境溫度一-般應在-25--60'C範圍內,盡可能避免陽光直射:安裝在無振動或振動小的場所。如果振動過大,則應在傳感器前後的管道加固定支撐;避免安裝在能被雨水直淋或被水浸沒的場所。
(2)直管段长度。電磁流量計对表前直管段长度的要求比较低。-般,对于90°弯头、T形三通、异径管、全开阀]等流动阻力件,离传感器电极轴中心线(不是传感器进口端面)应有3-5D的直管段长度:对于不同开度的阀门,则要求有10D的直管段长度:传感器后一般应有2D的直管段长度。当阀门不能全开时,如果使阀门截流方向与传感器电极轴成45°安装,可大大减小附加误差。
(3)安装位置和流动方向。電磁流量計可以水平、垂直或倾斜安装。水平安装时,電磁流量計电极轴必须水平放置。这样可以防止由于流体所夹带的气泡而产生的电极短时间绝缘:也可防止电极被流体中沉积物覆盖。不应将電磁流量計安装在最高点,以免有气体积聚,安装在管系最高处,为不良的安装位置,应予以避免。
  垂直安装时,应使流动方向向上,这样可使无流量或流量很小时,流体中所夹带的较重的固体颗粒下沉,而较轻的脂肪类物质上升离开传感器电极区.测量泥浆、矿浆等液固二相流时,垂直安装可以避免固相觉沉淀和電磁流量計衬里不均匀磨损。传感器安装处应具有一-定背压,電磁流量計出口直接排空易造成测量管内液体非满管,为不良的安装位置,应予以避免。为了防止传感器内产生负压,電磁流量計应安装在泵的后面,而不应安装在泵的前面。
(4)安装旁路管。为了便于液流静止时检查和调整零点,中小管径应尽可能安装旁路管。在测量含有沉淀物流体时,应考虑便于清洗電磁流量計的安装方式。如图2.
電磁流量計旁路安装示意图
采用圖2安裝,即便是在生産中也可以切出來,進行維護和處理。
(5)接地。
  由于電磁流量計的工作原理和特性,接地屏蔽外界电磁干扰特别重要:同时为了使测量准确和电极不会发生电流腐蚀,電磁流量計必须单独接地,并使传感器和流体大约处于相同电位。分离型電磁流量計,原則上接地應在流量計側,轉換器接地應在同一接地點,在大多數情況下,流量計的內裝參比電極或金屬管能確保所許的電位平衡。因此,可以通過內裝的參比電極和金屬管將管中流體接地,將流量計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管道上,除了流量計和接地環--起接地外,還要用粗銅線繞過流量計跨接在管道的兩法蘭上,使陰極保護電流與流量計之間隔離。對于金屬非接地管道,應用粗銅線連接,保證法蘭至法蘭和法蘭到流量計是連通的。對于非導電的塑料管或襯裏管,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接地。
3電磁流量計在煤化工生产中的常见问题
  電磁流量計作为当前流程工业广泛使用的流量计,在应用过程中依据其故障与成因分为五类,下面就電磁流量計的这些常见故障的成因、检测判别方法以及对故障的处理方式简要阐述。
3.1液體中含有氣泡和非滿管的現象
  液体中含有气泡的现场导致测量不准或测量值波动(输出波动),液体中泡状气体的形成有从外界吸入和液体中溶解气体(空气)转变成游离状气泡两种途径。若液体中含有较大气泡,则因擦过电极时能遮盖整个电极,使流量信号输入回路瞬时开路,导致输出信号出现波动。非满管现象可以看作液体中含有气泡的一种极端情况。液体未充满管道可分为液面高度高于测量电极水平面或低于水平面两种情况。当管内液面高于电极水平面时,若管系的前后直管段比较理想时,電磁流量計的测量大多能够稳定,但流量计所计量的液体体积包含了管内的气体体积,故这种测量存在着很大的测量误差。当管内液面高度低于电极表面时,此时电极裸露在空气中,测量回路实际处于开路状态。電磁流量計的测量值和输出处于一种随机的状态,不停地波动或是满度。这也是在非工作状态即管道无液体介质时,電磁流量計指示随机值,工艺人员有时会认为流量计出故障。
  最简单的判别方法是当遇到波动时,切断磁场的励磁回路电流,如果此时仪表依然有显示且不稳定时,说明大多是由于气泡或非充满管的影响造成。如果此时以万用表测量电极电阻,可测量到电极的回路电阻要比正常时高;引起这方面的现象的多数还是在安装方面的原因,電磁流量計的安装合适与否直接影响到测量效果,同时对于被测介质中含有空气的情况,如果判断是由安装位置引起的,如因電磁流量計装在管道的高点而滞留气体或外界吸入空气造成流量计波动的话,更换安装位置是最彻底的解决方法,在管线最低点或采用U型管安装。但很多应用情况是口径较大或者安装的位置不易改换,建议在流量计.上游安装集气包和排气阀,在安装了排气装置后,测量即恢复正常。在流量计安装时尽量避免出现非满管的情况,如前面提及的在管线最低端安装或有意将流量计安装在U型管道和垂直管道上。典型故障:煤气化33单元P-3301AB出口流量,由于安装在泵的出口高处水平管道上,造成工艺水没充满電磁流量計,造成指示波动大,即测量值和输出处于一种随机的状态,不停地波动或是满量程:工艺无法参考,把電磁流量計改装到垂直管道或合适的水平管线上,才能彻底解决问题:存在同样问题的还有33FT-0002、36FT-0001、36FT-0002,都是由于安装位置不合适造成指示波动大。
3.2電極腐蝕
  在排除氣泡的因素後有因電極腐蝕而造成測量值晃動的情況,且都以傳感器失效而告終。
  由于電極材料的選擇不當造成電極爲被測液體所腐蝕,從而導致流量計輸出波動。電極一旦被腐蝕後,所造成的結果對此的解決方法,只有更換新的電極。
3.3電極結垢及電極短路
  电极短路的判别比较简单,若被测介质中含有金属物质时,电极短路较易诊断,此时测量值明显偏小或趋于零。但这种现象在日常运行中并不多见。因電磁流量計经常应用于原水和污水等计量环境,电极结垢的发生几率较高。当电极结垢时,表现为信号逐渐减小,直至绝缘而使得信号回路开路,此时流量信号被隔绝。
  当被测介质的粘度较高时,易在管壁附着和沉淀,若附着的介质是比被测液体电导率高的导电物质,则信号电势被分流而不能工作,即电极短路,若是非导电层,就是我们日常所说的电极结垢,则使电极开路而不能工作。结合工艺工况拆下清洗電磁流量計是一个比较彻底的方法。
  典型案例:煤气化14单元,渣池循环水泵P-1402AB出口去V-1402的渣池水的電磁流量計14FT-0003,由于渣池水含细渣和污垢,加上是水平安装,更容易造成衬里和电极结垢,从而造成流量计的指示逐渐减小。解决方案,是管路进行改造,增加旁路,便于生产期间可以交出,清洗電磁流量計。
3.4襯裏變形
  测量不准确或電磁流量計损坏。衬里变形,大多发生在氟塑料的衬里,氟塑料衬里特别是聚四氟乙烯(PTFE)衬里本身的工艺结构,因为聚四氟乙烯与管壁间仅靠压贴,无粘结力,故不能用于负压管道。聚四氟乙烯(PTFE)实用温度不能大于150°,因此,聚四氟乙烯(PTFE)衬里的電磁流量計不能应用于高温场合管道,若在高温下瞬时形成负压后则会引起衬里变形。

  典型案例:壳牌煤化工装置中,泵P-1601打到J-1602的電磁流量計16FT-0012,在生产工作过程中,指示逐渐变小,停车拆开检查,检查发现四氟衬里变形,向内鼓泡,如图3:后分析原因发现管道介质温度工况在150°以上,因電磁流量計是四氟衬里,使用温度不应超过150°,另外工艺停泵P-1601,没有打开排放,電磁流量計安装位置又高,温度冷却冷凝后形成负压,造成衬里变形。

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