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      電磁流量計

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      電磁流量計使用中常見和罕見故障例

      來源:作者:發表時間:2018-08-23 09:53:12

       摘  要  將電磁流量計在使用中發生的故障經歸納劃分為調試期故障和運行期故障兩大類 ,并按產生原因從安裝 、環境條件和流體特性等方面作扼要論述 。**后列舉了管道強雜散電流 、強無線電波干擾 、積聚空氣 、淤泥沉淀層和電極材料等 10 個使用故障實例和解決辦法 。
       
      1  故障類型
      本文討論的儀表故障不是指電磁流量計(以下簡稱 電磁流量計(EMF))本身元器件損壞等引起的故障, 而是指安裝不妥 、選用不當等應用技術,以及環境條件和流體特性方面造成輸出晃動等不正?,F象或儀表損壞。電磁流量計(EMF)使用中的故障可分為兩種類型:初始裝用試運行時出現的調試期故障和正常運行一段時期后出現的運行期故障。這些故障中有些是出現頻度頗高的常見故障,而有些是難得遇到的罕見故障 。罕見故障中 ,個別故障原因對某有 30余年售后服務經驗的 電磁流量計(EMF) 制造廠來講亦僅遇到1~ 2次 。
       
      2  調試期故障
      每當 電磁流量計(EMF) 安裝 、調試時這類故障就會發生, 但一經改進排除故障后, 在相同條件下一般不會再度出現。常見調試期故障主要有安裝不妥、環境干擾、流體特性影響等三方面原因。
       
      2.1  安裝方面
      通常是因電磁流量傳感器安裝位置不正確所引起的故障,常見實例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網高點 ;流量傳感器后無背壓 ,液體逕直排入大氣 ,形成其測量管內非滿管 ;裝在自上向下流的垂直管道上,可能出現排空等 。
       
      2.2  環境方面
      主要是指管道雜散電流干擾、空間電磁波干擾 、大電機磁場干擾等 。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量 ,但如遇管道有強雜散電流(如電解車間管道)亦不一定能克服, 須采取流量傳感器與管道絕緣的措施(見下文實例 1)??臻g電磁波干擾會從信號電纜引入 , 通常采用單層或多層屏蔽予以保護,但也曾遇到屏蔽保護還不能克服(見實例 2)。
       
      2.3  流體方面
      液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量,唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和 ,氣泡增大會使輸出信號波動, 若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面 ,使電極信號回路瞬時斷開,輸出信號將產生更大波動 。
       
      低頻(50/8 ~ 50/4Hz)矩形波激磁 電磁流量計(EMF) 測量液體中含有固體超過一定含量時將產生漿液噪聲 ,輸出信號亦會有一定程度波動。
       
      兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時 ,若兩種液體電導率(或各自與電極間電位)有差異 , 在混和未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量 , 輸出信號亦會產生波動。
       
      電極材質與被測介質選配不善, 產生鈍化或氧化等化學作用,電極表面形成絕緣膜 ,以及電化學和極化現象等均會妨礙正常測量(見實例 5)。
       
      3  運行期故障
      電磁流量計(EMF) 經初期調試并正常運行一段時期后在運行期間出現的故障 。常見故障原因有:流量傳感器內壁附著層,雷電擊 ,環境條件變化
       
      3.1  內壁附著層
      由于用 電磁流量計(EMF) 測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其它流量儀表多, 出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高 。若附著層電導率與液體電導率相近,儀表還能正常輸出信號, 只是改變流動面積 ,若附著層厚度不均勻將形成測量誤差的隱性故障 ;若是高電導率附著層, 電極間電動勢將被短路 ;若是絕緣性附著層, 電極表面被絕緣而斷開測量電路 。后兩種現象均會使儀表無法工作(見實例 4、5)。
       
      3.2  雷電擊
      雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流, 進入儀表就會損壞儀表 。某生產廠近年在現場維修中,遇到若干次屬于雷電造成的故障。雷電擊損 電磁流量計(EMF) 有 3條引入途徑:電源線 、傳感器與轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析, 引起故障的感應高電壓和浪涌電流絕大部分是從控制室電源線路引入的 ,其它兩條途徑可謂絕無僅有 。還從發生 電磁流量計(EMF) 雷擊事故現場了解到, 不僅 電磁流量計(EMF) 出現故障,控制室中其它儀表也常常同時出現雷擊事故 。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性?,F在已有若干設計單位認識和探索解決這一問題,如齊魯石化設計院[ 1]。
       
      3.3  環境條件變化
      主要原因同上節調試期故障環境條件 , 只是干擾源不在調試期出現而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的 電磁流量計(EMF) , 調試期因無干擾源 , 儀表運行正常 ,然而在運行期出現新干擾源(例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊)干擾儀表正常運行 ,出現輸出信號大幅度波動。
       
      4  故障實例
      4.1  管道強雜散電流 [ 2]
      浙江省某市自來水公司安裝 2 臺 DN900mm 大管徑電磁流量計(EMF) ,于 1997 年啟用 。其中 1 臺運行正常 ,另 1 臺在1 ~ 2 小時周期內 ,儀表輸出出現 0~ 50%滿度值幅度波動的不正?,F象。分析管網運行狀況 , 排除了流動波動的可能性 ,認為是流量測量方面的問題 ??辈飕F場, 電磁流量計(EMF) 安裝、電氣連接和接地保護基本符合要求 。與流量傳感器連接的管道是有水泥襯里的鋼管, 流量傳感器上下游緊接一段長 0.5m 的無襯里短鋼管代替接地環。轉換器和傳感器相距約 10m。有一幾百 kVA 的三相變壓器裝在 電磁流量計(EMF) 附近, 它離電磁流量傳感器和轉換器的距離分別約為 8m 和2m 。
       
      分析原因有以下兩種可能性:①大功率變壓器產 生的磁場干擾;②管道上雜散電流干擾 。要證明是否是變壓器磁場干擾影響, 因要關閉變壓器涉及面廣 ,安排為第二步檢查 ,首先檢查是否是管道雜散電流干擾。在不加激磁電流情況下測量兩電極間電勢 , 其值應該為零, 而本實例測得波形畸變的交流電勢 ,峰值 V pp 高達1V。初步判斷管網上雜散電流是主要原因。
       
      采取使電磁流量傳感器與其連接管道間電氣絕緣的措施,這樣流量傳感器與管道電氣絕緣而與被測水流處于同電位。電磁流量計(EMF) 投入運行輸出顯示穩定正常, 同時排除了電力變壓器磁場干擾影響的可能性 。間接驗證了相隔 8m 的數百 kVA 的電力變壓器對 電磁流量計(EMF) 的影響,在通常情況下可以忽略。這一措施也可在有陰極保護電流管網上 ,作為排除電流干擾影響的方法。
       
      本實例屬調試期故障 ,雖是罕見故障,但在一些相仿的應用場所, 有可能出現同樣故障。
       
      4.2  強無線電波干擾
      福建省某市水廠裝用數臺 電磁流量計(EMF) 測量水的流量。其中 1臺流量傳感器與轉換器相距 50m, 兩者以置于鐵管內的屏蔽電纜相連 。用戶反映該 電磁流量計(EMF) 輸出大幅度晃動 。經檢查儀表本身完好正常, 但在現場測得共模干擾信號卻高達 1.7V。分析干擾來源 ,可能原因之一是管道上有大雜散電流。先采取排干擾源措施, 即按上一實例的方法將電磁流量傳感器浮空不接地, 與管道間電氣隔離 ,流量傳感器上下游管道間則用粗導線跨接。復測共模干擾信號有所降低, 但仍有 0.6V。顯然還存在其它干涉源影響著儀表正常運行 。
       
      再分析現場環境狀況, 還有哪些干擾源 ? 得悉距水廠數十米處有強無線電發射臺, 強電磁波是否為另一干擾源? 傳感器和轉換器均有金屬保護外殼 ,信號電纜又設置在鐵管內, 應該具有良好的保護性 。但進一步分析認為 50m 長的信號電纜還是有可能引入干擾信號 。為證實這一分析原因是否存在 , 將轉換器移至傳感器附近, 連接電纜長度縮短到僅 3m, 復測共模干擾信號小于 0.1V, 雖還覺偏大, 但儀表運行趨于正常,可認為該故障得到了排除 。
       
      本實例揭示 ,分離型 電磁流量計(EMF) 在現場有較大共模干擾時,分析故障原因應考慮強無線電波是否干擾的可能性。本實例屬調試期罕見故障 。
       
      4.3  原水輸水管積聚空氣
      近年國家為加強用水管理 ,推動計劃和節約用水,要向水資源汲水者計量收費。因此用 電磁流量計計量江河原水日益增多。經驗證明從江河汲取的原水 ,在輸水管道上部會積聚氣泡。例如 1997 年檢查上海某水廠從黃浦江汲取原水裝用 DN1600mm 電磁流量計(EMF) 時, 發現流量傳感器測量管內壁頂部有周長 300~ 400mm 明顯積聚氣層的痕跡, 減少了約 0.3%流通面積, 影響流量測量值還不太大。
       
      人們已注意到原水易積聚氣體問題 ,稱之“窩氣”問題。為消除窩氣對流量測量的影響, 要求在流量儀表上游適當位置(例如 5~ 30倍管徑距離,取決于流量儀表品種)裝排氣閥 [ 3] 。哈爾濱自來水公司曾測定氣體排放前后流量測量值的變化。 超聲流量計裝在DN600mm管道上 , 儀表前置有自動排氣閥 , 排氣閥每隔一段時間自動排氣數分鐘, 每小時排氣數次 。排氣前后流量值竟相差 9.57%[ 4], 窩氣現象比前一實例嚴重得多。但尚有部分人士還未認識此隱性故障的嚴重性,許多新設計水廠的原水輸水管測量點上游仍未裝集氣包和自動排氣閥 。
       
      4.4  沉積層
      上海某水廠從30 余 km 外的黃浦江上游以矩形管引水 ,再以 2 根 DN1600mm 圓管泵送原水進廠 ,用 2 臺DN1600mm 三暢電磁流量計(EMF) 計量水量。1991 年啟用使用正常, 但到1993 年感到計量減少,經檢查排除了儀表開放部分的故障原因;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故障的可能性較大, 因不能斷流而無法檢查隱蔽部分。直到 1997 年 4 月才有機會進入管道檢查流量傳感器測量管內部狀況 , 內壁沉積淤泥**厚處超過 10mm, 電極表面亦被淤泥沉積層所覆蓋,與周圍淤泥層平齊。經鏟刷清洗后 ,儀表即恢復正常運行。確認故障原因系內部管壁沉積淤泥所致 。本實例向人們揭示 , 原水計量的流量儀表通道內壁總會沉積淤泥 ,是否影響測量只是時間長短而已 ,本例水質條件運行 3 年已感到流量測量值減少。為此,測量江河原水的 電磁流量計(EMF) 必須要定期清洗。超聲流量計和文丘利管流量計等其它流量儀表, 至少同樣有沉積層減小流通面積影響測量精度問題, DN1600mm 管沉積10mm 流量值要變化 1.2%~ 2.5%。同時在工程設計時要考慮長期運行沉積淤泥影響的對策 , 例如提高測量位置流速以延長清洗周期;預置進入管內清洗的檢查孔等 。本實例屬運行期常見故障 。
       
      4.5  導電沉積層短路效應例
      電磁流量傳感器測量管絕緣襯里表面若沉積導電物質, 流量信號將被短路而儀表失效。由于導電物質是逐漸沉積,本類故障通常不會出現在調試期而要運行一段時期后才顯現出來 。
       
      在某柴油機廠工具車間電解切削工藝試驗裝置上,用 DN80mm SCLDE系列電磁流量計(EMF) 測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取**佳切削效率。起初該儀表運行正常 ,間斷使用兩個月后 ,發現流量示值越來越小 , 直至接近于零?,F場檢查 ,發現絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹 ,擦試清潔后儀表運行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。
       
      本實例屬運行期故障 ,雖非常見故障,然而若黑色金屬管道銹蝕嚴重, 有出現本類故障的可能性 。
       
      4.6  電極材料不適應介質例
      電極材料對介質適應性的選擇, 首先考慮的是耐腐蝕性。有時候一種電極材料對某一介質的耐腐蝕性是無懈可擊,但卻因產生電極表面效應而無法工作 ,需另擇其它電極材料。本類實例屬調試期常見故障 。下文例舉若干非腐蝕原因電極不適用實例 。
       
      ① 鹽酸—哈氏合金 B
      哈氏合金 B 對溫度 、濃度不高的鹽酸是有耐腐蝕性的 ,已有若干應用良好的實例,然而當鹽酸的濃度超過某值時會產生噪聲 。我們曾在現場做過改變鹽酸濃度的試驗 , 濃度逐漸增加, 超過 15%~ 20%時儀表輸出隨之晃動起來 ,濃度達到 25%輸出晃動高達 20%。對這類使用場所改用鉭電極后故障迎刃而解。硝酸、硫酸等酸液也有相似效應的實例。
       
      ② 硫酸鋁液—哈氏合金 B
      水廠常用硫酸鋁液與原水混和以凝聚懸浮體, 混合配比采用三暢電磁流量計(EMF) 測量硫酸鋁液, 選用耐酸鋼電極即可獲得滿意的結果 。我們曾遇到測量 15%硫酸鋁偶然使用哈氏合金 B 電極 電磁流量計(EMF) 的實例 ,使用過程中也出現輸出晃動現象, 后改用耐酸鋼電極 ,工作即趨正常 。
       
      ③ 鹽酸—鉑銥合金
      鉑銥合金電極或鉑電極對鹽酸有良好的耐腐蝕性,鉑電極 電磁流量計(EMF) 多處用于測量鹽酸獲得滿意的結果。然而測量濃度較高的鹽酸(10%以上)卻產生嚴重的噪聲,應改用鉭電極。
       
      ④ 過氧化氫(雙氧水)—鉑
      鉑電極用于測量壓力低于 0.3MPa 的低壓過氧化氫,由于觸媒作用會在電極表面產生氣霧,阻斷了流量信號電氣通路而影響工作 。
       
      ⑤ 水溶液和“非酸”液—鉭
      鉭對水是很好耐腐蝕的 。但若使用鉭電極 電磁流量計(EMF)測量水溶液流量 ,鉭電極表面會形成絕緣層, 使儀表失靈或運行一短時期后出現很大噪聲 。氫氧化鈉等堿液亦不能選用鉭電極。在工藝流程中即使是極短時間鉭電極與水或“非酸”液接觸 ,如用水清洗管道, 均會影響儀表正常使用。
      日日干夜夜操

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