0引言
流量計(jì)是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。流量計(jì)廣泛應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn).科學(xué)研究對(duì)外貿(mào)易以及人民生活等各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)中，液體、氣體.蒸汽等介質(zhì)流量的測(cè)量和調(diào)節(jié)十分重要。流量計(jì)量的正確與否對(duì)工業(yè)生產(chǎn)意義重大,隨著科技不斷的發(fā)展,在工業(yè)的應(yīng)用上流量測(cè)量的正確率已經(jīng)成為保障安全運(yùn)行的重要因素"。文章著重對(duì)電磁流量計(jì)的工作原理應(yīng)用進(jìn)行闡述,對(duì)電磁流量計(jì)在工業(yè)上如何合理的選用以及對(duì)電磁流量計(jì)的應(yīng)用心得和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。
1流量計(jì)的種類(lèi)
(1)按測(cè)量原理分類(lèi):力學(xué)原理.電學(xué)原理熱學(xué)原理、光學(xué)原理、聲學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。(2)按測(cè)量結(jié)構(gòu)原理分類(lèi):容積式流量計(jì).壓差式流量計(jì).浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì).電磁流量計(jì).渦街流量計(jì).質(zhì)量流量計(jì)等。
2電磁流量計(jì)的歷史
電磁流量計(jì)是采用法拉第電磁感應(yīng)定律原理制作而成的一種可以測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表設(shè)備。20世紀(jì)50年代初電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，70年代后期低頻矩形波勵(lì)磁替換了早期應(yīng)用的工頻交流勵(lì)磁方式,得到更為廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),電磁流量計(jì)的應(yīng)用更為廣泛，給排水工程,固液兩相等難測(cè)流體或要求較高的場(chǎng)，如:造紙產(chǎn)業(yè)紙漿液、有色冶金業(yè)的礦漿.選煤廠的煤漿.化學(xué)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)侵蝕液以及鋼鐵產(chǎn)業(yè)高爐冷卻水控制和監(jiān)控，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、食物產(chǎn)業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所均有較好的應(yīng)用。
3電磁流量計(jì)的基本原理
測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即;導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),其感應(yīng)電勢(shì)E為:
E=KBVD(1)
式中:K為儀表常數(shù);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;V為測(cè)量管截面內(nèi)的平均流速;D為測(cè)量管的內(nèi)徑。
在電磁流量計(jì)測(cè)量流量時(shí),流體流過(guò)垂直于流動(dòng)方向時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),導(dǎo)電性液體的流動(dòng)感應(yīng)出一個(gè)與平均流速(亦即體積流量)成正比的電壓,其感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)兩個(gè)與液體直接接觸的電極檢出，并通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)電纜傳送至信號(hào)放大器,最終轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號(hào)。
4電磁流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)
(1)測(cè)量不受流體密度.黏度.溫度、壓力等工況條件的影響;(2)測(cè)量管內(nèi)任何無(wú)節(jié)流元件,所以介質(zhì)流過(guò)時(shí)，不會(huì)造成壓損，直管段要求與其他形式流量計(jì)相比相對(duì)較低;(3)具有良好的耐腐蝕和耐磨損特性:(4)功耗相對(duì)其他形式的流量計(jì)相對(duì)較低.零點(diǎn)穩(wěn)定.精度較高;(5)多種安裝形式可以便于用戶(hù)進(jìn)行選擇,例如:一體式.分體式.掛墻式等;(6)流量計(jì)可以雙向測(cè)量,可顯示正、反向流量,并具有多種輸出選擇,如:電流、脈沖、數(shù)字通訊、HART等。
5電磁流量計(jì)的劣勢(shì)
(1)無(wú)法測(cè)量氣體.蒸汽以及含有大量氣體的介質(zhì):(2)基本無(wú)法測(cè)量電導(dǎo)率很低或者不導(dǎo)電的液體介質(zhì);(3)會(huì)受到周?chē)鷱?qiáng)磁場(chǎng)的影響。
6電磁流量計(jì)的選用
6.1電極
一般情況下測(cè)量介質(zhì)不結(jié)晶、不沾污電極的介質(zhì)可選用標(biāo)準(zhǔn)電極;如測(cè)量介質(zhì)含有腐蝕性，應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕特性進(jìn)行選擇，如介質(zhì)混雜建議進(jìn)行掛片測(cè)試以防盲目選擇材質(zhì)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失及安全風(fēng)險(xiǎn)。
舉例如下:工業(yè)上的用水、原水、下水、污水、稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸、堿.鹽,建議選用316L材質(zhì);海水、鹽水、弱酸.弱堿建議選用哈式合金材質(zhì);沸點(diǎn)的鹽酸.硝酸、硫酸強(qiáng)腐蝕性建議選用鉭材質(zhì)。
6.2襯里
應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性,介質(zhì)磨損特性及介質(zhì)運(yùn)行溫度范圍進(jìn)行選擇。例如:.-40~180℃,酸堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì),衛(wèi)生類(lèi)介質(zhì)建議選用PTFE材質(zhì)。-5~80℃,一般的水、污水泥漿礦漿,建議選用氯丁橡膠材質(zhì)。
6.3防護(hù)等級(jí)的要求
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB4208--2017與國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)(IEC529--76)關(guān)于外殼防護(hù)等級(jí)為:IPXX,第一位代表的是防塵等級(jí),考慮到工業(yè)生產(chǎn)中惡劣的環(huán)境與不定因素，我們?cè)诠I(yè)使用中基本選擇的都是IP6X,6數(shù)字代表完全防止外物及灰塵。所以基本在防護(hù)等級(jí)上選擇IP65\IP66\IP67\IP68,在工業(yè)中我們基本選擇IP67和IP68的較多，7數(shù)字代表在深達(dá)1m的水中防30min的浸泡影響，8代表在深度超過(guò)1m的水中防持續(xù)浸泡影響。
6.4接地環(huán)
普通接地環(huán)，保護(hù)接地環(huán),用于保護(hù)PTFE翻邊不受損傷及帶頸接地環(huán),適用于磨損性介質(zhì),保護(hù)端部襯里,延長(zhǎng)傳感器壽命(建議與儀表--起訂貨和標(biāo)定,否則可能影響精度),接地環(huán)材質(zhì):不銹鋼、哈氏合金、鉭等。
6.5安裝方式
一體式、分體式或者掛墻式。
6.6電極形式
標(biāo)準(zhǔn)型或刮刀型。
6.7電源選擇
220VAC或24VDC。
6.8防爆等級(jí)
AEPSIATEX等。
7電磁流量計(jì)選用及應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)
當(dāng)電磁流量計(jì)到貨之后,務(wù)必第一時(shí)間安排人員對(duì)其組織進(jìn)行驗(yàn)收,其中到貨檢查有幾點(diǎn)需格外注意。銘牌的檢查務(wù)必確認(rèn)其參數(shù)是否齊全,參數(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)及計(jì)算書(shū)規(guī)格--致,其中參數(shù)一般包括但不限于:產(chǎn)品制造廠名稱(chēng)、產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)、出廠編號(hào).公稱(chēng)通徑、流量范圍.精度等級(jí).流量計(jì)特性系數(shù).防爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、制造年月等參數(shù)。外觀檢查時(shí)需要注意不得出現(xiàn)毛刺、刻痕.裂紋.銹蝕.霉斑.涂層不允許有起皮.剝落的現(xiàn)象。
法蘭密封面無(wú)任何損傷。如果條件允許可以用754連接變送器檢查設(shè)置參數(shù)確保與設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)及計(jì)算規(guī)格書(shū)參數(shù)-致,另務(wù)必注意K系數(shù)是否與銘牌--致,生產(chǎn)日期是否與銘牌一致，以防出現(xiàn)返修的產(chǎn)品。隨機(jī)合格證書(shū)及檢定或標(biāo)定證書(shū)是否齊全且合格,隨機(jī)備件是否齊全且合格。供電電壓是否與設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)或計(jì)算書(shū)保持一致。變送器及傳感器蓋是否蓋緊,孔洞是否封堵合格,傳感器及變送器專(zhuān)用電纜是否提供，且無(wú)任何損傷。如檢查發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題,務(wù)必在第一時(shí)間將驗(yàn)收情況反饋給商務(wù)部門(mén),要求其盡快答復(fù),避免因?yàn)樘幚砘蛘吒鼡Q時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響現(xiàn)場(chǎng)的安裝及施工。
(1)電極的材質(zhì)選用并不是絕對(duì)的，當(dāng)選型時(shí)除了考慮設(shè)計(jì)的介質(zhì)外，也要充分考慮是否存在其他介質(zhì)的可能，是否存在介質(zhì)發(fā)生改變或者濃度發(fā)生改變的情況,評(píng)估后再做選擇,避免造成設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。我們?cè)谶x用時(shí)經(jīng)常會(huì)忽略可能存在的介質(zhì),這導(dǎo)致后期投用介質(zhì)后很快就無(wú)法正常使用,二次選型來(lái)解決投人的成本也會(huì)更高,而且更重要的還面臨著工藝是否具備隔離的條件,此問(wèn)題會(huì)給貿(mào)易計(jì)量或成本核算帶來(lái)巨大困難。解決辦法:在項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)階段時(shí),首先工藝介質(zhì)要由設(shè)計(jì)院工藝專(zhuān)業(yè)和有生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的業(yè)主共同確認(rèn)后再反饋給儀表專(zhuān)業(yè)進(jìn)行選型確認(rèn)，尤其明確濃度范圍，這是材質(zhì)選擇的關(guān)鍵部分，同時(shí)也要充分考慮材質(zhì)的投資成本。
(2)襯里材質(zhì)的選擇,很多會(huì)忽略掉耐磨性,一般在設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)中并不會(huì)明確支持介質(zhì)的特性,盲目地選用材質(zhì)會(huì)大大縮短電磁流量計(jì)的使用壽命。解決辦法:除正常的原水、循環(huán)水、酸.堿等以外的介質(zhì),需要格外注意，如設(shè)計(jì)院未明確,且自己不了解介質(zhì)特性時(shí)需格外注意。需向設(shè)計(jì)院和有生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的業(yè)主咨詢(xún)，之后再進(jìn)行選型。同時(shí)也要充分考慮材質(zhì)的投資成本,襯里材質(zhì)不同會(huì)導(dǎo)致不同電磁流量計(jì)的價(jià)格偏差很大。
(3)防護(hù)等級(jí)的應(yīng)用經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用建議,戶(hù)外露天的選擇最好為IP67,液下使用或者閥井內(nèi)的選擇最好為IP68,特別提示有很多閥門(mén)]井內(nèi)設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)是IP67,但在應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)流量計(jì)安裝位置頻繁出現(xiàn)閥門(mén)井內(nèi)滲漏，或者下雨存積井內(nèi)導(dǎo)致電磁流量計(jì)傳感器長(zhǎng)期處于水下,這導(dǎo)致儀表元件的損壞危害性最大。
(4)接地環(huán)的選擇,很多工廠”為了便于安裝也為了節(jié)約成本基本不選擇配備接地環(huán),自己安排施工單位在法蘭面焊接兩處螺釘,供連接等電勢(shì)線使用。此方案也可接受,但務(wù)必注意焊接時(shí)對(duì)襯里的保護(hù)，高溫會(huì)導(dǎo)致襯里的破壞，如局部處理破壞會(huì)導(dǎo)致在介質(zhì)投用后無(wú)法正常使用,有腐蝕的介質(zhì)也會(huì)很快將襯里損壞后面的殼體穿孔，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。另焊接螺釘處,需注意防腐措施，我們會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)的迅速腐蝕都源自于焊接螺釘，基本都是焊接后破壞了原防腐涂層，施工后又不進(jìn)行防腐導(dǎo)致，尤其是在存在酸霧區(qū)域更為明顯。如果工藝管道是絕緣材質(zhì),那么建議要配備接地環(huán)。信號(hào)源參考零電位,使被測(cè)介質(zhì)與大地相連通抗外界干擾。接地點(diǎn)離傳感器越近越好,絕不能與其他設(shè)備接地點(diǎn)相連接,要求接地電阻≤100.接地要求電磁流量計(jì)變送器外殼.屏蔽線、測(cè)量導(dǎo)管及變送器兩端的管道都要接地且單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn),絕不能接在電機(jī)電氣等公用地線或上下水管道上;轉(zhuǎn)換器部分已通過(guò)電纜線接地,無(wú)須再行接地，以免因電位不同而引入干擾。
(5)安裝方式可以根據(jù)需求自行選擇,如沒(méi)有特殊要求,建議選擇分體式，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),雖然分體式增加了接線的環(huán)節(jié)以及安裝分體式變送器的工作量。但對(duì)于后期維護(hù)來(lái)講十分便利,因?yàn)樵趹?yīng)用中有一些一體式的電磁流量計(jì)安裝位置對(duì)維護(hù)工作不便利,可能面臨需要搭設(shè)腳手架或者進(jìn)人受限空間作業(yè),這不但增加了維修工時(shí),也增加了作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)對(duì)于操作人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢時(shí),可以隨時(shí)觀察到現(xiàn)場(chǎng)的電磁流量計(jì)指示。當(dāng)然如果工廠具有PRM管理系統(tǒng)，無(wú)論哪種安裝方式都可以。
(6)電極形式一般建議選擇廠家的標(biāo)準(zhǔn)形式，對(duì)于污泥的工況有些設(shè)計(jì)院會(huì)設(shè)計(jì)帶有掛刀功能的形式,所謂刮刀電極就是可以在工藝正常運(yùn)行時(shí)可以手.動(dòng)機(jī)械清理附著于電極表面的沾污物。目前也有一些廠家可以生產(chǎn)在工藝運(yùn)行的條件下將電極拆卸安裝的功能,這兩種功能在某些情況會(huì)有一定的作用,但是對(duì)于維護(hù)來(lái)講,因?yàn)樵黾恿烁郊簿褪窃黾恿司S修的環(huán)節(jié)和精密封點(diǎn),同時(shí)帶來(lái)的就是故障率的增加，某些方面增加了維修的成本。
(7)供電選擇根據(jù)設(shè)計(jì)院的要求執(zhí)行即可,但仍然建議可以在詳設(shè)階段能夠確認(rèn)電纜的路由距離,如果距離過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致電壓衰減,電磁流量計(jì)無(wú)法正常使用,這也是我們?cè)谛陆?xiàng)目中常見(jiàn)的一種情況。
(8)防爆級(jí)別和要求根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的防爆區(qū)域等級(jí)要求選型即可。
(9)現(xiàn)場(chǎng)施工單位的安裝不滿(mǎn)足電磁流量計(jì)的要求,此問(wèn)題大多存在于新建工廠和改擴(kuò)建裝置,施工單位基本都是按圖施工，施工后電磁流量計(jì)投用,介質(zhì)因?yàn)椴粷M(mǎn)管的情況導(dǎo)致無(wú)法正常使用。此問(wèn)題一直困擾用戶(hù),導(dǎo)致后期需要調(diào)整電磁流量計(jì)位置或者變更管線走向既增大了施工量，也帶來(lái)了不必要的損失。
解決辦法:在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要明確提出電磁流量計(jì)直管段要求及滿(mǎn)管要求，在現(xiàn)場(chǎng)施工安裝時(shí)需儀表專(zhuān)業(yè)人員及有生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的業(yè)主共同確認(rèn)是否保證滿(mǎn)管,如確認(rèn)無(wú)法滿(mǎn)足申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)變更進(jìn)行管線的調(diào)整。在PID圖審查時(shí)我們需對(duì)幾點(diǎn)格外關(guān)注,安裝要在控制閥門(mén)前，在泵的后面進(jìn)行安裝。另注意電磁流量計(jì)的直管段要求,一般是以電極為起點(diǎn),以前有很多施工人員一直是以法蘭進(jìn)行計(jì)算是一種誤解。如果具備條件建議垂直安裝,使介質(zhì)自下而上流經(jīng)儀表。如不能垂直安裝,水平安裝也可以,但要保證兩電極在同一水平面上。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中固體顆粒多時(shí),應(yīng)乘直安裝使襯里不受磨揭(水平安裝會(huì)造成局部磨損).流量計(jì)安.裝使用時(shí),不能在負(fù)壓的情況下使用。因?yàn)樽兯推鞯囊r里容易剝落,所以流量計(jì)只能在正壓的工藝管線上安裝使用。
(10)在施工安裝電磁流量計(jì)時(shí)我們會(huì)常見(jiàn)到在緊固法蘭連接的螺檢時(shí)造成襯里的翻邊位置損壞,日后會(huì)很容易的導(dǎo)致泄漏或腐蝕，這就要求我們?cè)诎惭b電磁流量計(jì)時(shí),襯里的翻邊會(huì)在受到壓力作用下變形，安裝時(shí)務(wù)必要將螺檢均勻的擰緊，如果有條件建議使用扭矩扳手進(jìn)行安裝。
(11)在介質(zhì)投用后即使流量指標(biāo)穩(wěn)定，也建議現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電磁流量計(jì)的振動(dòng)情況進(jìn)行檢查,如果在這種工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致后續(xù)帶來(lái)的危害，例如:電氣.元件的損傷.接線端子的松動(dòng).法蘭的泄漏等。
8結(jié)語(yǔ)
綜上所述,工業(yè)上合理地選用電磁流量計(jì)且保證長(zhǎng)期可靠的應(yīng)用關(guān)鍵的核心在于確認(rèn)好設(shè)計(jì)工況參數(shù),這樣才能保證在電磁流量計(jì)選型時(shí)是正確可靠的,到貨后嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),安裝及施工注意事項(xiàng)嚴(yán)格按照廠家指導(dǎo)要求進(jìn)行,相信電磁流量計(jì)在日后長(zhǎng)時(shí)間的工業(yè)應(yīng)用中會(huì)展現(xiàn)出正確且可靠的特性。
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