電磁流量計的正確選型及應用_電磁流量計選型電磁流量計的選型及應用
摘要.. 闡述了按照被測量介質的性質和使用環(huán)境, 如何正確選擇電磁流量計的口徑、襯里材料、電極材料、電極形式等, 并提出了電磁流量計的正確安裝方法, 以保證在流量監(jiān)測中體現(xiàn)電磁流量計的優(yōu)異特性。
關鍵詞.. 電磁流量計.. 傳感器.. 轉換器
0 .. 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的體積流量計, 電磁流量計的測量通過是一段無阻流檢測件的光滑直管, 因不易阻塞是用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流, 儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力, 節(jié)能, 所測得的體積流量, 實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和導電率( 只要在某閾值以上) 變化明顯的影響, 測量范圍度大20 1~ 50 1, 前置直管段要求較低。它在上世紀五十年代初就實現(xiàn)了工業(yè)化的應用, 經過幾十年的不斷發(fā)展和改進, 目前已經成為一種性能優(yōu)異, 在冶金、化工、輕工、給排水等許多行業(yè)應用極為廣泛的流量計量儀表, 近年來我公司先后投入400 多萬元來完善水計量, 通過對各類流量儀表的論證確定為電磁流量計, 特別是用管段式電磁流量計( 滿管) 來計量明渠水計量方式為國內, 在項目的設計安裝實施過程中總結了一些經驗。要真正發(fā)揮電磁流量計的高精度、高穩(wěn)定性等優(yōu)異性能, 必須要注意它的正確選擇和正確使用。下面就這兩方面的問題談一些建議:
1 .. 電磁流量計存在問題
總結以往使用電磁流量計的經驗, 造成電磁流量計安裝使用失敗的原因為: 口徑與量程的選擇不合理; 忽略了對襯里材料的選擇及襯里耐負壓狀態(tài); 電極材料和電極形式的選擇不合理; 忽略了接地環(huán)的使用; 流量計類型的選擇不當; 忽略了傳感器安裝的位置要求前后直管段。
2 .. 智能電磁流量計的正確選擇
針對上述存在的問題, 下面逐一的論述一下如何設計選型、注意事項和正確使用。在決定選用電磁流量計( 由傳感器、轉換器和連接電纜組成) 作為流量計表之后, 首先需要確定下述幾個工藝參數(shù), 然后根據參數(shù)正確選擇使用儀表。這些工藝參數(shù)分別是: 被測介質的性質( 是否為電導液體, 是否有腐蝕性, 是否含固體顆粒) : 工藝管道內徑, 材質( 是否為非金屬管道或內部涂敷絕緣材料的管道) ; 被測介質的溫度、壓力、流量; 儀表安裝位置和場所( 室內或室外, 地上或地下, 以便解決定防水等級和防爆要求) ; 儀表形式( 一體或分體型, 分體型傳感器與轉換器之間電纜長度) 等。使用電磁流量計的前提是被測介質必須導電, 介質的電導率只要超過儀器的閾值, 即使有變化也不會影響測量值。電磁流量計的通過閾值一般是在100~ 10..s..cm。
2. 1 .. 口徑與量程的選擇
電磁流量計是一種作為直管段連接在工藝管道上的流量計, 因此必須首先確定它的口徑, 傳感器口徑不一定與工藝管道口徑相同, 應視流量而定, 曾經表1.. 若干液體在20 .. 時的導電率液體名稱導電率液體名稱.. .. 導電率石油( 3~ 5) .. 10- 13 甲醇.. ( 4. 4~ 7. 2) .. 10- 7 丙酮( 2~ 6) .. 10- 8 食鹽水( 2. 5%) .. 2 .. 10- 1 純水、蒸餾水4 .. 10- 8 苯.. .. .. .. .. 7. 6 .. 10- 8 飲用水.. 10- 4 硫酸( 5%~ 99. 4%) 海水.. 4 .. 10- 2 (2. 1 .. 10- 1) ~ (8. 5.. 10- 3) 鍋爐軟水.. 2 .. 10- 4 氫氧化鈉( 4%~ 50%) 液氨1. 3 .. 10- 7 ( 1. 6 .. 10- 1 ) ~ (8 .. 10- 3 ) 有過設計選型按管道口徑來定傳感器口徑, 因實際用量小, 儀表投運后不計量, 造成儀表安裝失敗, 重新設計裝表。
下面分四種情況來考慮:
1) 對于粘度不高的液體( 例如水) , 管道流速大多設計成經濟流速, 即( 1. 5~ 3m..s) , 在這種管段上, 一般來說都選擇傳感器口徑與管道口徑相同或者略小一些( 可在傳感器前后安裝變徑管) 。選擇傳感器口徑時, 讓傳感器內滿度流量時的流速在1. 0 ~ 10m..s 之間。上限流速在原理上是不受限制的, 但流速太高, 使襯里受到較強的沖刷, 容易被損壞, 建議流速不超過5m..s, 超過10m..s 的流速就極為罕見了, 因此, 傳感器口徑也不能選的太小。滿度流量時的流速下限一般為1m..s, 最小也要大于0. 5m..s, 否則不能保證計量精度。
2) 對于粘度稍大或有沉積物的液體, 選用傳感器口徑時應使流速不低于2m..s, 選用3~ 4m..s 或更高些, 以便用液體自清潔, 防沉積。
3) 對于礦漿等磨損性能強的液體, 常用流速應低于2m..s, 不超過3m..s, 以降低對襯里和電極的磨損。
4) 對于接近閾值的低導電率液體, 在選用傳感器口徑時, 應盡可能使用較低流速( 略小于0. 5m..s, 不超過1m..s) , 因為流速提高, 流動噪聲會增加, 而出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象( 關于流動噪聲見電極材料一節(jié)電極表面效應部分) 。
2. 2 .. 襯里材料的選擇
傳感器常用的襯里材料有氟塑料、氯丁橡膠、聚氨酯橡膠、氧化鋁陶瓷和玻璃鋼等。氟塑料包括聚氟乙烯( ptfe) 、全氟乙丙稀( f- 46 或fep) 、改性聚四氟乙烯( pfa) 、四氟乙烯與乙烯供聚物( f- 40) 。根據介質的情況可選用不同的襯里, 例如, 污水( 河水) 、泥漿計量應選用聚氨酯橡膠襯里, 高爐爐壁循環(huán)水泄漏檢測計量, 要求其一致性強, 溫度高, 這種情況下要選用氧化鋁陶瓷襯里。下面就常用襯里作一簡介。
1) 聚四氟乙烯在氟塑料中有的耐化學腐蝕特性, 除、液氟、液氧等, 可以抗所有化學介質的腐蝕?？赡?80 .. 的高溫介質, 適宜腐蝕性介質, 但耐磨損性能差。由于它與測量管不能粘接, 也不能注塑, 只能與測量管緊貼配套, 因此不能用于負壓狀態(tài)。它內表面光滑, 不宜附著沉積層, 也適宜衛(wèi)生類介質。
2) 改性聚四氟乙烯性能與聚四氟乙烯基本相同, 他可以模壓或注塑成型, 與測量管有較強的粘接力, 能用于管道負壓狀態(tài)。
3) 聚丁橡膠耐一般低濃度酸、堿、鹽介質的腐蝕, 有的彈性, 高強的扯斷力, 耐磨性能好?？赡?0 .. 以下的介質溫度。不耐氧化性的介質的腐蝕。較多用于水和一般污水。
4) 聚氨酯橡膠有的耐磨性能, 相當天然橡膠的10 倍。耐腐蝕性差, 不能用于酸、堿液和有機溶劑混合液。適用于較低的溫度( 一般在40 .. 以下) 。使用于含固體顆粒的礦漿等介質。
5) 氧化鋁陶瓷耐磨性能約為聚氨酯橡膠的10 倍。高溫高壓下不變形, 但不耐介質溫度劇變、耐腐蝕, 耐機械沖擊性差, 防止夾裝受力不均。
2. 3 .. 電極材料和電極形式的選擇
1) 電極材料的選擇。對測量介質的耐腐蝕是選擇電極材料首先考慮的因素, 其次是考慮鈍化等表面效應及所形成的噪聲。電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高, 不允許腐蝕, 或嚴格地說只允許極低的腐蝕速率, 否則會破壞電極與襯里間的密封性。若介質泄漏, 輕則破壞絕緣使儀表不能工作, 重則*損壞傳感器。常用電極材料有含鉬不銹鋼(mo2ti) 、哈氏合金(hc,hb) 、鈦、鉭、鉑銥合金等。此外還有導電橡膠。導電氟塑料等低噪聲電極。下面就它們的適用范圍作簡單介紹:
2) 電極表面效應。電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素, 但是電極的表面效應又是影響使用的一個因素, 有時材料對介質有很好的耐腐蝕性, 但不一定是適用的電極材料, 還要考慮電極表面效應的問題。電極表面效應分為表面化學反應、電化學及極化現(xiàn)象、電極的觸媒作用等三個方面?；瘜W反應是指電極表面與被測介質接觸后形成鈍化膜和氧化層的反應。例如鉭與水接觸就會被氧化, 生成絕緣層。電化學及極化現(xiàn)象會產生干擾電勢而形成噪聲。漿液噪聲和流動噪聲即是電極表面噪聲的表現(xiàn)。觸媒作用是被測介質在電極的作用下產生化學反應而影響測量的現(xiàn)象。例如鉑電極在測量雙氧水時在電極表面生成氣霧。
表2 .. 常用電極材料及其適用范圍電極材料特點及適用范圍.. 不銹鋼.. 含鉬不銹鋼.. 0cr18ni12mo2ti 主要用于生活和工業(yè)用水、原水、下水、廢物水及稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸堿鹽液, 低.. 哈氏合金b 對沸點下的鹽酸有良好的耐腐蝕性, 也耐硫酸、氫氟酸、有機酸等非氧化性酸、堿、鹽介質, 不適用硝酸等氧化性酸.. 哈氏合金c 適用于常溫硝酸、其他氧化性酸、氧化性鹽液等, 不適用于鹽酸等還原性酸和氯化物等介質.. 鈦(ti) 具有非常優(yōu)良的耐腐蝕性能。適用于氯化物、次氯酸鹽、海水、常溫硝酸等介質, 不適用于鹽酸、硫酸等氧化性酸.. 鉭(ta) 耐腐蝕性非常優(yōu)良, 和玻璃相似。除了氫氟酸、發(fā)煙硫酸、堿外, 幾乎能耐一切化學介質的腐蝕。適用于大部分酸性介質, 不適用于氫氧化鈉等堿液.. 鉑、鉑銥合金適用于幾乎所有的酸、堿液, 但不適用王水、銨鹽、鹵素等介質, 價格昂貴.. 碳化鎢硬質合金漿液專用電極材料, 可降低漿液噪聲, 耐酸性較差, 腐蝕性液體不適應.. 導電橡膠、導電氟塑料、多孔性陶瓷低液噪電極材料, 抗?jié){液噪聲和流動噪聲, 導電氟塑料耐化學品性能好
.. .. 3) 電極形式的選擇。電極形式一般分為標準型、可清洗型和可更換型三種類型: ..標注型電極是不可清洗的, 需在安裝前將電極清洗干凈, 清除油污。這種電極適用于無沉積物、無油污、無結晶物的流體, 例如自來水, 啤酒, 一般酸, 堿溶液等。..可清洗型電極用于測量容易粘附或沉淀結垢的流體( 機械清洗、電化學清洗和超聲波清洗) 。以便在流量測量不間斷的情況下清除粘附物或沉積物, 以保證測量精度。..可更換型電極一般用于電極沉積物較難清洗的流體。
2. 4 .. 關于接地環(huán)的使用
智能電磁流量計工作時要求被測介質必須是地電位, 一般是通過管道或法蘭接地, 若連接傳感器的工藝管道相對被測介質是絕緣的( 塑料管道或有絕緣襯里的管道) , 就必須選用接地環(huán)或帶接地電極的傳感器, 使被測介質處于地電位, 在實際設計安裝時容易被忽視。接地環(huán)的形式又分為普通型和保護型, 一般使用普通型, 若被測介質是磨損性的, 宜使用帶頸的保護接地環(huán), 以保護進口端的襯里, 延長使用壽命。若口徑在200mm 以下的電磁流量計, 選用聚四氟乙烯襯里時, 應選用接地環(huán), 以保證在管道連接安裝時保護襯里不受損壞。接地環(huán)通常是不銹鋼或hc 合金的。
2. 5 .. 流量計類型的選擇
電磁流量計按組裝方式有一體型和分體型兩種類型。在設計選型時應充分重視( 最容易被忽視) , 在地下或易被水淹的地方裝表, 一定選用分體型安裝方式, 同時選好連接電纜的長度。這方面有過沉痛的教訓, 凈化站在儀表井內安裝4 臺一體型電磁流量計, 在一次跑水事故中被淹, 結果表頭( 電路板部分) 全部損壞, 凈化站無法正常工作, 影響了公司生產。
1) 分體型是電磁流量計較普遍的應用形式。傳感器單獨接在工藝管道上, 轉換器安裝在相距數(shù)米或百余米的其他地方, 中間用電纜相連接。分體型的流量計可以使得轉換器遠離環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場, 也便于觀測和調整設定的參數(shù)。
2) 一體型是將轉換器和傳感器組裝在一起成為一個整體, 連接線在儀表內部, 使用比較簡單, 而且由于不用長電纜, 外界干擾比較小。一體型的流量計一般用于小口徑的儀表, 但是若傳感器安裝在高處或難于觀測的場合, 高溫或有較大振動的場合, 轉換器的電子元件較難承受, 則不宜使用一體型的電磁流量計。
3 .. 電磁流量計的應用
3. 1 .. 電磁流量計的安裝
電磁流量計的安裝正確與否, 是計量儀表能否正常工作的關鍵, 安裝過程中除了嚴格按安裝原則執(zhí)行外, 怎樣與前后設備的組合也直接影響儀表的正常運行, 例如, 深井泵計量電磁流量計應安裝在止回閥的下游, 即泵的出口處安裝閥門和止回閥, 然后讓開所需的直管段再裝傳感器, 否則, 一旦停泵止回閥后將產生很強的負壓( 幾十米水柱產生的吸力) , 將使傳感器的襯里脫落而損壞儀表。
3. 1. 1 .. 安裝原則
1) 傳感器測量管在使用中被測介質必須滿管工作;
2) 被測介質在測量管中必須處于地電位;
3) 安裝位置不會在測量管內造成負壓;
4) 安裝位置不會在測量管內存在氣泡;
5) 在測量管中介質電導率分布要求大體均勻, 傳感器安裝要避開容易產生電導率不均勻的場所, 如在水中加入藥液選在傳感器的下游實施;
6) 被測介質為混合物時, 其在測量管中的分布應力求均勻。
3. 1. 2 .. 傳感器的安裝
1) 安裝場所。測量混合相流體時, 選擇不會引起相分離的場所; 盡量避免測量管內變成負壓; 選擇振動小的場所; 避免附近有大電機、大變壓器等, 以免對流量計電磁場有干擾; 選擇易使傳感器能單獨接地的場所; 盡可能避開有高濃度腐蝕性氣體的環(huán)境; 安裝環(huán)境的溫度和濕度要在儀表規(guī)定的范圍之內; 在雨淋或浸水的安裝環(huán)境中, 要注意儀表的防水等級( ip68 防塵防潛水級) 。
2) 安裝位置和流動方向。傳感器安裝的位置要求前后都有一定長度的直管段, 以保證流體平穩(wěn), 上游一般要求( 90..彎頭、t 形管、同心異徑管、全開閘閥后) 直管段長度是前5d, 不同開度的閥則需10d, 下游直管段為2~ 3d( d 為傳感器內徑) ; 但要防止蝶閥閥片深入到傳感器測量管內, 如閥不能全開時, 應按閥截流方向和電極軸成45o 角度安裝, 則附加誤差可大為減少。傳感器安裝方向可以水平、垂直或傾斜, 不受限制。但是測量固液兩相流體時垂直安裝并自下而上流動, 不要水平安裝, 以避免襯里下半部磨損嚴重, 或低流速固相沉淀等問題; 水平安裝時要使電極軸線平行于地平線, 以免電極被流體中沉積物覆蓋, 或液體中偶存氣泡擦過或遮住電極表面, 使信號不穩(wěn)定; 傳感器上流一側要遠離閥門、彎頭等影響流體流動的裝置, 下流一側不能安裝水泵, 以防止形成負壓; 安裝位置盡量考慮便于人員現(xiàn)場維修。
3) 傳感器的接地。為避免外界寄生電勢的干擾, 傳感器必須單獨接地, 接地電阻要低于10 歐姆; 被測介質流過傳感器時要處于低電位。在連接傳感器的管道內若有絕緣層或是非金屬管道時, 傳感器兩側應裝接地環(huán)或接地電極。
3. 1. 3 .. 轉換器的安裝
注意防水、防塵和防震; 周圍環(huán)境不含有腐蝕性氣體; 轉換器一般安裝在室內, 或防雨、保溫箱內; 轉換器與傳感器之間的連接長度越短越好, 以減少分布電容的影響, 為避免干擾, 信號電纜必須單獨穿在有接地保護的鋼管內。焦化廠明渠水的計量方案是將明渠過水改為兩根1m( 1. 2m) 管道過水, 在管道上安裝電磁流量計, 同時為保證滿管, 確保精度, 采用了傾斜安裝的方式。本次設計在來水進入流量計以前設置自動除污機及格柵以保證將粗大的懸浮物等去除, 在格柵后面設置了小調節(jié)池, 可以起到一定的沉淀作用, 同時圖1.. 管道式電磁流量計計量明渠水對來水進行均勻分配, 分別流入兩根安裝流量計的管道, 在流量計后面的管道上方設置了短管, 短管深入管道, 在通上高壓水時就可沖洗管道內的淤泥。這樣就可以保證即使在枯水季節(jié), 流量計位置依然能保證滿管, 確保流量計計量的準確度。
3. 2 .. 電磁流量計的使用
1) 運行前首先檢查安裝和接地是否正確;
2) 被測介質必須是電導率超過5..s..cm 的導電液體;
3) 慢慢開啟傳感器兩側的閥門, 使液體流過;
4) 使被測介質充滿傳感器的測量管;
5) 關閉兩層閥門, 使液體靜止狀態(tài)下檢查和調整零輸出( 儀表投運前, 通電后必須在傳感器充滿液體靜止狀態(tài)下調整零點) ;
6) 開啟閥門, 進行測量;
7) 在運行一個階段后, 應對儀表做定期檢驗, 以保證儀表正常工作;
8) 粗略地測量電極間阻值: 斷開傳感器與轉換器間信號連線, 用萬用表測量兩電極與地端的電阻值, 是否在制造廠規(guī)定值范圍內, 且所測得兩阻值大體相同;
9) 檢查電極絕緣電阻: 傳感器放空液體, 擦凈內壁, 待*干燥后用兆歐計測量兩電極與接地端子間的電阻值;
10)檢查激磁線圈絕緣電阻: 卸下傳感器激磁線圈端子與轉換器間連線, 用兆歐計測量線圈的絕緣電阻。在使用中不允許任意修改流量計的gk 值。
4 .. 結語
以上論述了電磁流量計正確選擇和正確使用應注意的一些事項, 在實際設計、安裝和使用維護中只要充分考慮以上諸多事項, 取長避短, 就能使電磁流量計抗力增強, 精度和可靠性提高。近年來我公司安裝近百臺電磁流量計用于深井水、凈化水、軟水、濃水、污水、地表水和明渠水的計量, 因嚴格的選型、周密的設計, 儀表的一次投運成功率( 儀表故障除外) 和運行完好率都達到了。
5 .. 參考文獻[ 1] .. 蔡武昌. 孫淮清. 紀綱編著. 流量測量方法和儀表的選用. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2001. 125~ 141.--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：