日期國內(nèi)智能電磁流量計原理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。上世紀(jì)60年代電磁流量計實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來世界范圍的產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表數(shù)量的50%。在巴彥淖爾紫金鋅業(yè)有限公司20萬t濕法鋅冶煉系統(tǒng)各工藝流量檢測儀表中，電磁流量計的使用量達(dá)到了95%。本文結(jié)合生產(chǎn)實際，介紹電磁流量計的選位、安裝、維護(hù)、故障處理，為合理選擇和應(yīng)用電磁流量計提供借鑒。
1智能電磁流量計的工作原理、結(jié)構(gòu)、分類
及特點
1.1工作原理和結(jié)構(gòu)
智能電磁流量計的基本原理就是法拉第電磁感應(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，電動勢的方向遵循“弗來明右手規(guī)則”，其計算式如下:
E=kBDV(1)
式中:E為感應(yīng)電動勢，即流量信號，V;k為系數(shù);;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T;D為測量管內(nèi)徑，mo
電磁流量計由流量傳感器和變送器兩大部分組成。測量管上下裝有勵磁線圈，通勵磁電流后產(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。勵磁電流由變送器提供。
1.2種類
電磁流量計按勵磁電流方式可劃分為:直流勵磁;交流(工頻或其他頻率)勵磁;低頻方波勵磁。
1.2.1直流勵磁
直流勵磁方式用直流電產(chǎn)生磁場或采用永久磁鐵，它能產(chǎn)生一個恒定的均勻磁場。這種直流勵磁變送器最大的優(yōu)點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中自感現(xiàn)象的影響。但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子。在電場力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極，導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響儀表的正常工作。所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質(zhì)液體.
1.2.2交流勵磁
目前工業(yè)上使用的電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場也是一個交變磁場。交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化干擾。另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號要比直流信號容易得多。
值得注意的是，交流磁場會帶來一系列的電磁干擾問題，例如正交干擾、同相干擾等，這些干擾信號會與有用的流量信號混雜在一起。如何正確區(qū)分流量信號與干擾信號，并如何有效地抑制和排除各種干擾信號，是交流勵磁電磁流量計在實際使用中應(yīng)注意的問題。
1.2.3低頻方波勵磁
低頻方波勵磁能避免交流磁場的正交電磁干擾，消除由分布電容引起的工頻干擾，抑制交流磁場在管壁和流體內(nèi)部引起的電渦流，排除直流勵磁的極化現(xiàn)象。
1.3特點
電磁流量計的優(yōu)點是不易阻塞，適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、水煤漿、礦漿、泥漿和污水等，還可用于測量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕液體。由于不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，對于要求低阻力損失的大口徑供水管道最為適合，其不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率(只要在某閡值以上)變化明顯的影響。與其他大部分流量儀表相比，前置直管段要求較低。
電磁流量計測量范圍大，可選流量范圍寬，滿度值液體流速可在0.5-12m/s內(nèi)選定?？趶椒秶绕渌贩N流量儀表寬，從幾毫米到3米。可測正反雙向流量。
電磁流量計的缺點是不能測量電導(dǎo)率很低的液體(電導(dǎo)率小于5林slom)，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
2電磁流量計的選型
2.1精度等級和功能
電磁流量計的測量精度誤差為士0.5%的最大測
量值。巴彥淖爾紫金公司鋅冶煉系統(tǒng)使用的是西門子SITRANS.F M智能型多功能型電磁流量計，其具有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機(jī)通信，可以連接HART協(xié)議系統(tǒng)等功能
2.2流速、滿度流f、口徑
電磁流量計滿量程流量時，液體流速可在1-12m/s范圍內(nèi)選用，范圍比較寬。上限流速通常不超過5m/s，滿度流量的流速下限一般為I m/s，用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2-3m/s,以降低襯里和電極的磨損。
電磁流量計可提供產(chǎn)品的口徑從10mm到3 000mm，實際應(yīng)用以中小口徑居多。巴彥淖爾紫金公司使用的近百臺儀表中，50mm以下小口徑、65 -250mm中口徑、300-900mm大口徑所占比例分別為10%,87%,3%0
2.3對測最液體電導(dǎo)率的要求
使用電磁流量計的前提是被測液體必須是導(dǎo)電的，通用的電磁流量計闌值在(5x 10')-1O's/cm之間，視型號而異。
2.4測It液體中含有的混入物
鋅冶煉濕法系統(tǒng)中的漿液內(nèi)有較大顆粒，其擦過電極表面，使流量信號不穩(wěn)。以80 mm口徑電磁流量計作清水和漿液流量對比試驗，流量計示值變化7%-10%，裝有磁通檢測線圈的儀表示值誤差在正負(fù)2%FS以內(nèi)。
2.5與流體接觸的零部件材料
與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測量管)、電極、接地環(huán)和密封墊片，其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等都不影響儀表對流體的適應(yīng)性。由于零部件少，形狀簡單，材料選擇靈活，電磁流量傳感器對流體的適應(yīng)性強(qiáng)。
(1)襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的測量管)。常用的有氟塑料、聚氨醋橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁(99.7%AI203)陶瓷制成襯里的，但只限中小口徑傳感器。
(2)測量電極和接地環(huán)材料。電極對測量介質(zhì)的耐腐蝕性是首先考慮的因素，其次考慮是否會產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。
電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高，常用金屬材料有哈氏合金(耐蝕鎳基合金)、鉑銥合金，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于礦漿液等的低噪聲電極，有導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包覆這些材料的金屬電極。
接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端，其耐腐蝕性要求比電極低，需定期更換，通常選用不銹鋼材質(zhì)，如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。
2.6使用注意事項
使用時傳感器測量管必須充滿液體。有混合時，其分布應(yīng)大體均勻。液體應(yīng)與地同電位，必須使用接地環(huán)接地。如工藝管道用塑料等絕緣材料時，輸送液體產(chǎn)生摩擦靜電等原因，造成液體與地間有電位差。
3流量傳感器的安裝
3.1安裝場所
通常電磁流量傳感器外殼防護(hù)等極為IP65，其安裝有以下要求:
(1)測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所;測量化學(xué)反應(yīng)管道時，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游;
(2)盡可能避免測量管內(nèi)變成負(fù)壓;
(3)選擇震動小的場所，特別是一體化型電磁流量計;
(4)避免附近有大電機(jī)、大變壓器等，以免引起電磁場干擾;
(5)安裝在易于實現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場所;
(6)盡可能避開高濃度腐蝕性氣體;
(7)環(huán)境溫度在一25/-10.50/600℃范圍內(nèi);
(8)環(huán)境相對濕度在10%-90%范圍內(nèi);
(9)盡可能避免陽光直照;
(10)避免雨水浸淋，不被水浸沒。
3.2安裝注意事項
(1)安裝方向:確保在電磁流量傳感器上游預(yù)留1OD，下游5D長度直管段。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，這樣可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。
(2)旁路管:便于清洗傳感器內(nèi)結(jié)晶。
(3)負(fù)壓管的安裝:防止關(guān)閉傳感器上下游截止閥停止運(yùn)行后，流體冷卻收縮形成負(fù)壓。
(4)接地:傳感器必須單獨(dú)接地(接地電阻100歐姆以下)，如電解槽沿電解液的泄漏電流影響正常測量，則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。
(5)變送器安裝和連接電纜:一體化型電磁流量計無單獨(dú)安裝的變送器;分離型的變送器安裝在傳感器附近或儀表室，場所選擇余地較大，環(huán)境條件比傳感器好。其防護(hù)等級為IP65或IP64(防塵防濺級)。單層屏蔽電纜用于工業(yè)用水或酸堿液，通?？蓚魉途嚯x100 m。為了避免測量信號干擾，信號電纜必須單獨(dú)穿在接地保護(hù)鋼管內(nèi)，不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。
4電磁流量計故障檢查和分析
4.1故障原因
輸出信號超滿度值的故障主要出自以下原因:
(1)傳感器一電極間無液體連通，從液體引人電干擾，結(jié)晶;
(2)連接電纜一電纜斷開，接線錯誤;
(3)變送器與傳感器配套錯誤，設(shè)定錯誤。
4.2故障檢查和解決措施
(1)判別故障原因在傳感器之前還是在傳感器及其后之下位儀表。故障在轉(zhuǎn)換器之前，即在傳感器和傳感器/變送器之間的信號電纜(一體化型電磁流量計信號連接線，在儀表內(nèi)部，一般極少出現(xiàn)故障);之后即在傳感器本身及DCS系統(tǒng)。
(2)確認(rèn)信號電纜完好性和兩電極與液體充分接觸。信號回路包括電纜及其連接端子，流量傳感器兩電極和電極間液體。除檢查電路通斷外，還應(yīng)核實電纜型號，各接點的連接正確性，絕緣是否達(dá)到要求等。
(3)復(fù)核轉(zhuǎn)換器設(shè)定值的正確性，核查零點和滿量程。一般轉(zhuǎn)換器和傳感器按合同規(guī)定口徑及流量及設(shè)定參數(shù)實流校準(zhǔn)，傳感器和變送器必須一一對應(yīng)。因此，先檢查配套是否正確，再檢查變送器儀表常數(shù)和各參數(shù)是否符合。一體化型儀表毋需檢查本項。
(4)檢查下位儀表。電磁流量變送器輸出流量模擬信號傳送給DCS系統(tǒng)。若后者帶電連接(即有源負(fù)載)，負(fù)載上電源會損壞轉(zhuǎn)換器輸出電路，出現(xiàn)輸出信號超滿度值現(xiàn)象，要采取電隔離措施。變送器輸出回路有允許接地和不允許接地兩種類型。若是允許接地者，輸出仍超過滿度值，變送器有故障;若是不允許接地者誤接地，只要去除接地就可運(yùn)行正常。
(5)檢查從液體引人電干擾。在無激磁電流情況下，用萬用電表或示波器在兩電極檢測干擾電勢。這一故障現(xiàn)象常出現(xiàn)于濕法煉鋅的電解工序上，可采取將電磁流量傳感器與管線絕緣的措施，使電極與液體處于同電位。
(6)檢查變送器本身。變送器本身故障引起輸出信號超滿度值的原因較為復(fù)雜，它可由變送器內(nèi)各單元線路中某一環(huán)節(jié)引起，用替代法檢查判別。
4.3案例
案例1，氣候寒冷等原因等導(dǎo)致工藝管道結(jié)晶。公司一期濕法系統(tǒng)用5臺DN150西門子電磁流量計計量生產(chǎn)環(huán)節(jié)的新液流量,2006年7月安裝使用正常，2006年10月出現(xiàn)流量計量與實際流量偏差大(儀表顯示流量大)，如果傳感器內(nèi)結(jié)晶體使電極短路則隨著時間推移，流量顯示越來越小;結(jié)晶體不引起電極短路則流量顯示越來越大。經(jīng)檢查流量傳感器兩電極對地電阻值不對稱，分析流量傳感器出現(xiàn)故障的可能性較大。2006年11月停產(chǎn)檢修，拆卸流量傳感器測量管，其內(nèi)壁結(jié)晶最厚處超過30mm,電極表面亦被結(jié)晶體所覆蓋，清洗后，儀表運(yùn)行即恢復(fù)正常。確認(rèn)故障系工藝管道結(jié)晶所致。
案例2，公司一期電解車間用4臺DN150哈氏合金電極的西門子電磁流量計(直流勵磁)測量硫酸和F離子濃度較高的電解液，其中兩臺出現(xiàn)輸出信號不穩(wěn)現(xiàn)象。經(jīng)檢查傳感器電極腐蝕，現(xiàn)場檢查確認(rèn)信號不穩(wěn)的兩臺儀表正常，同時排除了引發(fā)輸出晃動的其他干擾原因。從西門子公司改變硫酸濃度的試驗及公司對液體的成分化驗得知，硫酸濃度逐漸增加，低濃度時儀表輸出穩(wěn)定，當(dāng)濃度增加到15%-20%時，儀表測量值開始發(fā)生變化，濃度到25%時，測量值變化高達(dá)20%滿量程值。而且在電解車間使用直流勵磁的電磁流量計會受到電磁干擾(設(shè)計有誤)，且不能使用哈氏合金電極的傳感器〔哈氏合金電極不耐氯離子腐蝕)，改用鈕電極交流勵磁的電磁流量計后運(yùn)行正常。
5結(jié)束語
目前，智能電磁流量計規(guī)格品種眾多，應(yīng)用也很廣泛，其在流量測量方面發(fā)揮著越來越重要的作用，而且技術(shù)更新很快，不斷有新型的電磁流量計推向市場。操作人員務(wù)必熟練和熟悉電磁流量計的發(fā)展趨勢，才能更好地操作，使其更好順利的進(jìn)行生產(chǎn)。
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