電磁流量計(jì)故障原因分析及對(duì)策

吉隆基

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

電磁流量計(jì)故障原因分析及對(duì)策

吉隆基

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

就電磁流量計(jì)故障的原因進(jìn)行了分析，提出了解決方法，并介紹了選型、安裝及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。

電磁流量計(jì) ; 測(cè)量管 ; 屏蔽

電磁流量計(jì)是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成。用來(lái)測(cè)量電導(dǎo)率大于一定數(shù)值的導(dǎo)電液體的體積流量，特別適合測(cè)量各種高腐蝕性、固液兩相難混合介質(zhì)的流量，如工業(yè)污水、漿料、酸性混合物、礦漿等。近年來(lái)，隨著低頻矩形波、雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，電磁流量計(jì)抗干擾能力、測(cè)量精度大大提高，使其應(yīng)用更為廣泛。但缺點(diǎn)是對(duì)工藝介質(zhì)、安裝質(zhì)量等要求較高。如果解決不好這些問(wèn)題，儀表的故障率將會(huì)很高。例如某廠化工裝置開工后一年多時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)使用的幾十臺(tái)電磁流量計(jì)中有近一半先后出現(xiàn)故障，對(duì)裝置正常運(yùn)行造成了很大影響。針對(duì)這種狀況，采取多種改進(jìn)措施，實(shí)施后收到了顯著效果。

1 流量計(jì)故障的主要原因

1.1 介質(zhì)溫度過(guò)高導(dǎo)致襯里變形

電磁流量計(jì)的測(cè)量管一般用非導(dǎo)磁的高阻材料(如不銹鋼)制成，同時(shí)，在測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)壁與電極之間安裝有絕緣襯里，一是防止兩電極被金屬導(dǎo)管所短路，二是為防止導(dǎo)管被腐蝕，并使內(nèi)壁光滑。襯里材料視工作溫度不同而不同，如果測(cè)量的介質(zhì)溫度長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)這個(gè)溫度，將導(dǎo)致流量管的襯里材料發(fā)生膨脹、形變和質(zhì)變，并最終使流量管損壞。例如某臺(tái)儀表所測(cè)量的介質(zhì)溫度為155 ℃，而選用的流量管的最高工作溫度為130 ℃，該表投用后不到10 min，就出現(xiàn)線圈斷裂，造成流量管損壞。當(dāng)工藝人員用蒸汽對(duì)管線進(jìn)行吹掃時(shí)，如果不事先拆除管線上的流量管，也很容易造成這種狀況。

出現(xiàn)襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里，造成這種現(xiàn)象的原因有兩種：一是蒸氣滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散現(xiàn)象，所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)(氣體或蒸氣)流過(guò)氟塑料襯里時(shí)所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象，通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸氣的類型、襯里的厚度(當(dāng)襯里的厚度增加時(shí)滲透程度則相應(yīng)減小)、襯里內(nèi)外的溫差(當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時(shí)滲透則加劇)和管道壓力等多個(gè)因素。二是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(wú)黏結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。

1.2 電極結(jié)垢及電極短路

由于電磁流量計(jì)常用來(lái)測(cè)量臟污或介質(zhì)中含有顆粒的流體，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的黏度較高時(shí)，流量計(jì)運(yùn)行一段時(shí)間后，常會(huì)在在管壁附著和沉淀，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(shuō)的電極結(jié)垢，則使電極開路而不能工作。若附著于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成分的染料，其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率，測(cè)得的流量值將比實(shí)際流量值低；若為碳酸鈣等水垢層，其電導(dǎo)率低于液體，測(cè)得的流量值將低于實(shí)際流量。若附著層電導(dǎo)率與液體相同，按式計(jì)算附加誤差為零，但僅局限于附著層厚度小的條件，譬如2 t/d要小于10%，因?yàn)橄嗤髁坑懈街鴮訒r(shí)流通截面積減小，但平均流速增加，相互間可抵消，也只能說(shuō)附加誤差可忽略。

1.3 環(huán)境溫度的影響

化工裝置上使用的電磁流量計(jì)大多用來(lái)測(cè)量含有固體顆粒及漿料的混合物流量，介質(zhì)溫度大都在100 ℃以上。為了保證漿料不凝固，管道外一般設(shè)計(jì)有伴熱管線，而且兩者用很厚的保溫材料包在一起。由于施工不當(dāng)，很多電磁流量計(jì)的流量管也包在里面，甚至伴熱管線還要在流量管上纏繞幾圈，伴熱一般采用0.35 MPa蒸汽，溫度達(dá)150 ℃左右。因此，流量管周圍的環(huán)境最高達(dá)100 ℃以上，而電磁流量計(jì)要求周圍環(huán)境的最高溫度為60 ℃，儀表長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫環(huán)境下，導(dǎo)致儀表故障率很高。

1.4 指示晃動(dòng)

流量計(jì)輸出波動(dòng)是出現(xiàn)比率最多的故障類型，這種情況大多是由于儀表安裝不當(dāng)或工藝流體影響造成的。流量計(jì)安裝改造圖如圖1所示。

圖1 流量計(jì)安裝改造圖

常見故障原因有：①在有脈動(dòng)流動(dòng)源或多股流體匯總的管線上，如果匯總處離流量計(jì)比較近時(shí)，對(duì)流量計(jì)影響會(huì)非常大。例如圖1(a)是我們?cè)鲆姷哪骋慌_(tái)流量計(jì)的安裝情況，流量計(jì)測(cè)量的是A、B、C三股流體的總流量，其中A股流體來(lái)自于高于流量計(jì)安裝位置十多米的緩沖罐內(nèi)，流體匯合點(diǎn)離流量計(jì)入口不足2 m，使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)流量計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)大幅波動(dòng)，而且指示一直不準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)分析我們認(rèn)為流量計(jì)安裝距流體匯合點(diǎn)太近，而且不適合水平安裝。于是將流量計(jì)改為圖1(b)的安裝方式，投用后流量計(jì)基本能正常工作。因此要盡可能減緩流體對(duì)流量?jī)x表測(cè)量的影響，通常要求流量傳感器遠(yuǎn)離脈動(dòng)源,利用管流流阻衰減脈動(dòng)，或在管線適當(dāng)位置安裝被動(dòng)式濾波器，吸收脈動(dòng)。②管道未充滿液體或液體中含有氣泡。這類故障主要是管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)不良，使傳感器的測(cè)量管未充滿液體或傳感器安裝位置不妥所致。應(yīng)按照安裝要求安裝或進(jìn)行管網(wǎng)改造；另外，應(yīng)注意避免配比混合容器攪拌時(shí)混入空氣及泵吸入端或管系其他局部產(chǎn)生密封不良的場(chǎng)所吸入空氣等。③外界雜散電流等電磁干擾。電磁流量計(jì)很容易受外磁場(chǎng)干擾導(dǎo)致指示波動(dòng)，而且這種波動(dòng)往往沒(méi)有規(guī)律。因此安裝時(shí)應(yīng)做好接地保護(hù),不要與其他電機(jī)或電器共用接地，電磁流量計(jì)傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離磁源。④在測(cè)量雙組分或多組分液體時(shí)，如果液體電導(dǎo)率不同而且未均勻混合，或管道化學(xué)反應(yīng)尚未完全完成，將會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)指示波動(dòng)。出現(xiàn)這種情況應(yīng)將加液點(diǎn)移至下游,或?qū)MF移至加液點(diǎn)上游。液體的電導(dǎo)率接近下限值。這種情況需要改變介質(zhì)特性，若不能改變工況應(yīng)選用其他類型流量計(jì)。⑤電極材料與液體匹配不妥。電極材料的選擇應(yīng)首先考慮對(duì)被測(cè)液體的耐腐蝕性,若選配不妥將產(chǎn)生電極表面效應(yīng),會(huì)形成輸出晃動(dòng)等故障。

1.5 接地不當(dāng)及外界干擾影響流量計(jì)正常工作

電磁流量計(jì)的信號(hào)比較微弱，滿量程時(shí)只有2.5～8 mV，流量很小時(shí)，輸出只有幾微伏，外界略有干擾就能影響測(cè)量的精度，因此，電磁流量計(jì)對(duì)接地要求很嚴(yán)格，變送器的外殼、屏蔽線、測(cè)量導(dǎo)管以及導(dǎo)管兩端的管道都要接地，并且要求單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)。精對(duì)苯二甲酸(PTA)裝置儀表投用初期，我們發(fā)現(xiàn)很多電磁流量計(jì)指示波動(dòng)，而且幅度很大，經(jīng)常出現(xiàn)超量程現(xiàn)象。通過(guò)分析及試驗(yàn)，我們認(rèn)為一方面是儀表的靈敏度過(guò)高，主要原因則是施工不當(dāng)造成檢測(cè)部分受外界干擾，電磁流量計(jì)引入的干擾主要有同相干擾和正交干擾兩種。其來(lái)源為：①周圍電器設(shè)備使金屬管道上存在雜散電流(如管道上的電焊操作等)，這些電流通過(guò)管道以及管道內(nèi)的液體影響到電磁流量計(jì)。②電磁流量計(jì)的工作接地與電機(jī)、電器設(shè)備公共接地或接入上、下水管道上，使電力設(shè)備的漏電流通過(guò)公共地線引入電磁流量計(jì)。③周圍電器設(shè)備的電磁場(chǎng)對(duì)訊號(hào)傳輸線及電子線路的干擾。④對(duì)于輸送腐蝕性介質(zhì)的絕緣管道或者絕緣內(nèi)襯的管道，由于液體在絕緣管道中流動(dòng)與管壁摩擦產(chǎn)生靜電，通過(guò)液體傳到電磁流量計(jì)測(cè)量電極再傳送測(cè)量線路，干擾了流量訊號(hào)的測(cè)量。⑤電磁流量計(jì)本身的“變壓器效應(yīng)”產(chǎn)生的正交干擾。

2 改進(jìn)措施

2.1 部分流量計(jì)重新選型

在承包商及設(shè)計(jì)部門的指導(dǎo)下，對(duì)因溫度過(guò)高而不滿足使用條件的部分流量計(jì)重新進(jìn)行選型，例如，測(cè)量工藝介質(zhì)較高部分儀表選用Rosemount公司生產(chǎn)的以聚四氟乙烯為內(nèi)襯的8705型流量管，溫度范圍為-20～177 ℃。另外，在工藝管線用蒸汽吹掃時(shí)，及時(shí)拆除流量管，以避免過(guò)熱蒸汽對(duì)流量管造成損壞。另外在換型時(shí)盡量選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除沉垢。也有暫時(shí)斷開測(cè)量電路，在電極間通以短時(shí)間的低壓大電流，焚燒清除油脂類附著層。易產(chǎn)生附著層的場(chǎng)合采用提高流速以達(dá)到自清掃管壁的目的，這是一個(gè)比較有效的方法，當(dāng)然采用易清洗的管道連接是一個(gè)比較徹底的方法。

2.2 對(duì)儀表伴熱進(jìn)行完善

將所有流量管上纏繞的蒸汽伴熱線去掉，使伴熱線從流量管旁繞過(guò)，并將儀表外部保溫去掉，使儀表工作在要求的溫度范圍之內(nèi)。另外將法蘭和線圈盒間增加隔熱措施，減小溫差、熱擴(kuò)散，這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況，從而降低滲透率和蒸汽在測(cè)量管壁內(nèi)的凝聚；加厚聚四氟乙烯(PTFE)襯里厚度；提供其它形式的襯里，如金氟環(huán)氧基樹脂(PFA)和陶瓷襯里。

2.3 改變儀表安裝方式

從安裝方面盡量選擇安裝在流體自下向上流動(dòng)的垂直管道上。雖然傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制，但測(cè)量固、液兩相流體最好垂直安裝，自下而上流動(dòng)，這樣能避免水平安裝時(shí)襯里下半部局部磨損嚴(yán)重，低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。如必須安裝在水平或傾斜的管道上時(shí)，要使電極軸線平行于地平線，不要垂直于地平線,因?yàn)樘幱诘撞康碾姌O易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過(guò)遮住電極表面，使輸出信號(hào)波動(dòng)。儀表安裝管系圖如圖2所示。

圖2 儀表安裝管系圖

圖2所示管系中，C、D為適宜位置；A、B、E為不宜位置，B處可能液體不充滿，A、E處易積聚氣體，且E處傳感器后管段短也有可能不充滿。對(duì)于固、液兩相流C處亦是不宜位置。另外控制流量的閥門應(yīng)安裝在電磁流量計(jì)的下游，以免產(chǎn)生氣泡或不滿管。從操作方面盡量避免由于電磁流量計(jì)上游的設(shè)備操作產(chǎn)生的氣泡帶入流量計(jì)，如關(guān)小泵吸口閥門，或者讓液流暴露在空氣中的下泄,而將空氣帶入液流中。此外將部分流量管兩端的工藝管線增加支撐，并確保兩端連接法蘭在同一水平面上，使流量管盡可能不受力。同時(shí)，對(duì)直管段長(zhǎng)度達(dá)不到要求的工藝管線進(jìn)行更換。

2.4 對(duì)接地進(jìn)行完善和改造

①確保使液體電位與地電位相同。實(shí)現(xiàn)傳感器的基準(zhǔn)電位(端電位)，轉(zhuǎn)換器/放大器的基準(zhǔn)電位與被測(cè)液體相同。工作接地應(yīng)堅(jiān)持“單點(diǎn)接地”，不能用公共接地線接地。接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離電器接地、避雷接地以及其它設(shè)備的保護(hù)接地。接地裝置與傳感器的距離盡可能短些。傳感器接地措施一般有如下三種：傳感器在金屬管道上安裝，金屬管道內(nèi)壁沒(méi)有絕緣層,則可將接地導(dǎo)線接到兩個(gè)管道法蘭上，它可通過(guò)金屬管道與液體保持可靠的接地，若干擾太強(qiáng)，如此接地不足以抗衡干擾時(shí)，則接地導(dǎo)線應(yīng)從兩個(gè)管道法蘭分別沿金屬管道向外延伸至能消除干擾處，連接傳感器在塑料管道或內(nèi)壁絕緣(涂料、油漆、襯里)的管道上時(shí)，傳感器兩側(cè)應(yīng)裝有接地環(huán)，使之與液體接觸。將兩個(gè)接地環(huán)與傳感器法蘭相連接后接地；傳感器在陰極保護(hù)管道上的安裝，帶有電蝕保護(hù)的管道通常里外絕緣，使液體對(duì)地?zé)o導(dǎo)電性接地。此時(shí)傳感器必須使用接地環(huán)。接地環(huán)要裝在傳感器的兩個(gè)端面上并與連接管道法蘭絕緣。兩連接管道法蘭用銅導(dǎo)線繞過(guò)傳感器連接，使陰極保護(hù)電位與傳感器之間隔離。此外，傳感器轉(zhuǎn)換器及二次儀表間的回路接地及屏蔽接地也應(yīng)予以足夠的重視。②電磁流量計(jì)的安裝應(yīng)盡量遠(yuǎn)離容易引起感應(yīng)干擾的部分電動(dòng)機(jī)、變壓器或其它電源備件附近。③對(duì)“變壓器效應(yīng)”正交干擾，則可通過(guò)儀表調(diào)零或采用類似于熱電偶三線制接法補(bǔ)償干擾的方法，以消除其影響。

2.5 加大巡檢及維護(hù)力度

每天兩次對(duì)所有電磁流量計(jì)進(jìn)行巡檢檢查，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理，定期對(duì)流量管內(nèi)的沉積物進(jìn)行清理。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取以上措施，取得了明顯效果，從改造后到現(xiàn)在近兩年時(shí)間，所有電磁流量計(jì)一直運(yùn)行良好，操作人員反映讀數(shù)準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，不但為工藝人員對(duì)裝置操作提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，還為電磁流量計(jì)在該公司的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。

2017-01-03

吉隆基(1986-)，男，助理工程師，從事工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制工作，電話：13937928508。

TQ050.7

B

1003-3467(2017)03-0037-03