电磁流量计故障原因分析及对策

2017-05-02吉隆基

河南化工 2017年3期

关键词：衬里仪表电磁

吉隆基

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南洛阳 471012)

电磁流量计故障原因分析及对策

吉隆基

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南洛阳 471012)

就电磁流量计故障的原因进行了分析，提出了解决方法，并介绍了选型、安装及使用中应注意的问题。

电磁流量计 ; 测量管 ; 屏蔽

电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律制成。用来测量电导率大于一定数值的导电液体的体积流量，特别适合测量各种高腐蚀性、固液两相难混合介质的流量，如工业污水、浆料、酸性混合物、矿浆等。近年来，随着低频矩形波、双频矩形波励磁技术和微处理器技术的发展，电磁流量计抗干扰能力、测量精度大大提高，使其应用更为广泛。但缺点是对工艺介质、安装质量等要求较高。如果解决不好这些问题，仪表的故障率将会很高。例如某厂化工装置开工后一年多时间内，现场使用的几十台电磁流量计中有近一半先后出现故障，对装置正常运行造成了很大影响。针对这种状况，采取多种改进措施，实施后收到了显著效果。

1 流量计故障的主要原因

1.1 介质温度过高导致衬里变形

电磁流量计的测量管一般用非导磁的高阻材料(如不锈钢)制成，同时，在测量导管内壁与电极之间安装有绝缘衬里，一是防止两电极被金属导管所短路，二是为防止导管被腐蚀，并使内壁光滑。衬里材料视工作温度不同而不同，如果测量的介质温度长时间超过这个温度，将导致流量管的衬里材料发生膨胀、形变和质变，并最终使流量管损坏。例如某台仪表所测量的介质温度为155 ℃，而选用的流量管的最高工作温度为130 ℃，该表投用后不到10 min，就出现线圈断裂，造成流量管损坏。当工艺人员用蒸汽对管线进行吹扫时，如果不事先拆除管线上的流量管，也很容易造成这种状况。

出现衬里变形，大多发生在氟塑料的衬里，造成这种现象的原因有两种：一是蒸气渗透引起氟塑料衬里的热扩散现象，所谓热扩散是当管道内介质(气体或蒸气)流过氟塑料衬里时所发生的自然的物理现象，通常渗透的程度主要取决于衬里材料、液体和蒸气的类型、衬里的厚度(当衬里的厚度增加时渗透程度则相应减小)、衬里内外的温差(当衬里内外温差很大时渗透则加剧)和管道压力等多个因素。二是氟塑料衬里特别是聚四氟乙烯(PTFE)衬里本身的工艺结构，因为聚四氟乙烯与管壁间仅靠压贴，无黏结力，故不能用于负压管道。

1.2 电极结垢及电极短路

由于电磁流量计常用来测量脏污或介质中含有颗粒的流体，当被测介质的黏度较高时，流量计运行一段时间后，常会在在管壁附着和沉淀，若附着的介质是比被测液体电导率高的导电物质，则信号电势被分流而不能工作，即电极短路；若是非导电层，就是我们日常所说的电极结垢，则使电极开路而不能工作。若附着于衬里管壁异物层为氧化铁锈层，或以金属为主要成分的染料，其电导率大于液体电导率，测得的流量值将比实际流量值低；若为碳酸钙等水垢层，其电导率低于液体，测得的流量值将低于实际流量。若附着层电导率与液体相同，按式计算附加误差为零，但仅局限于附着层厚度小的条件，譬如2 t/d要小于10%，因为相同流量有附着层时流通截面积减小，但平均流速增加，相互间可抵消，也只能说附加误差可忽略。

1.3 环境温度的影响

化工装置上使用的电磁流量计大多用来测量含有固体颗粒及浆料的混合物流量，介质温度大都在100 ℃以上。为了保证浆料不凝固，管道外一般设计有伴热管线，而且两者用很厚的保温材料包在一起。由于施工不当，很多电磁流量计的流量管也包在里面，甚至伴热管线还要在流量管上缠绕几圈，伴热一般采用0.35 MPa蒸汽，温度达150 ℃左右。因此，流量管周围的环境最高达100 ℃以上，而电磁流量计要求周围环境的最高温度为60 ℃，仪表长时间工作在高温环境下，导致仪表故障率很高。

1.4 指示晃动

流量计输出波动是出现比率最多的故障类型，这种情况大多是由于仪表安装不当或工艺流体影响造成的。流量计安装改造图如图1所示。

图1 流量计安装改造图

常见故障原因有：①在有脉动流动源或多股流体汇总的管线上，如果汇总处离流量计比较近时，对流量计影响会非常大。例如图1(a)是我们曾遇见的某一台流量计的安装情况，流量计测量的是A、B、C三股流体的总流量，其中A股流体来自于高于流量计安装位置十多米的缓冲罐内，流体汇合点离流量计入口不足2 m，使用过程中发现流量计经常出现大幅波动，而且指示一直不准，经过分析我们认为流量计安装距流体汇合点太近，而且不适合水平安装。于是将流量计改为图1(b)的安装方式，投用后流量计基本能正常工作。因此要尽可能减缓流体对流量仪表测量的影响，通常要求流量传感器远离脉动源,利用管流流阻衰减脉动，或在管线适当位置安装被动式滤波器，吸收脉动。②管道未充满液体或液体中含有气泡。这类故障主要是管网工程设计不良，使传感器的测量管未充满液体或传感器安装位置不妥所致。应按照安装要求安装或进行管网改造；另外，应注意避免配比混合容器搅拌时混入空气及泵吸入端或管系其他局部产生密封不良的场所吸入空气等。③外界杂散电流等电磁干扰。电磁流量计很容易受外磁场干扰导致指示波动，而且这种波动往往没有规律。因此安装时应做好接地保护,不要与其他电机或电器共用接地，电磁流量计传感器应远离磁源。④在测量双组分或多组分液体时，如果液体电导率不同而且未均匀混合，或管道化学反应尚未完全完成，将会导致流量计指示波动。出现这种情况应将加液点移至下游,或将EMF移至加液点上游。液体的电导率接近下限值。这种情况需要改变介质特性，若不能改变工况应选用其他类型流量计。⑤电极材料与液体匹配不妥。电极材料的选择应首先考虑对被测液体的耐腐蚀性,若选配不妥将产生电极表面效应,会形成输出晃动等故障。

1.5 接地不当及外界干扰影响流量计正常工作

电磁流量计的信号比较微弱，满量程时只有2.5～8 mV，流量很小时，输出只有几微伏，外界略有干扰就能影响测量的精度，因此，电磁流量计对接地要求很严格，变送器的外壳、屏蔽线、测量导管以及导管两端的管道都要接地，并且要求单独设置接地点。精对苯二甲酸(PTA)装置仪表投用初期，我们发现很多电磁流量计指示波动，而且幅度很大，经常出现超量程现象。通过分析及试验，我们认为一方面是仪表的灵敏度过高，主要原因则是施工不当造成检测部分受外界干扰，电磁流量计引入的干扰主要有同相干扰和正交干扰两种。其来源为：①周围电器设备使金属管道上存在杂散电流(如管道上的电焊操作等)，这些电流通过管道以及管道内的液体影响到电磁流量计。②电磁流量计的工作接地与电机、电器设备公共接地或接入上、下水管道上，使电力设备的漏电流通过公共地线引入电磁流量计。③周围电器设备的电磁场对讯号传输线及电子线路的干扰。④对于输送腐蚀性介质的绝缘管道或者绝缘内衬的管道，由于液体在绝缘管道中流动与管壁摩擦产生静电，通过液体传到电磁流量计测量电极再传送测量线路，干扰了流量讯号的测量。⑤电磁流量计本身的“变压器效应”产生的正交干扰。

2 改进措施

2.1 部分流量计重新选型

在承包商及设计部门的指导下，对因温度过高而不满足使用条件的部分流量计重新进行选型，例如，测量工艺介质较高部分仪表选用Rosemount公司生产的以聚四氟乙烯为内衬的8705型流量管，温度范围为-20～177 ℃。另外，在工艺管线用蒸汽吹扫时，及时拆除流量管，以避免过热蒸汽对流量管造成损坏。另外在换型时尽量选用不易附着的尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。刮刀式电极可在传感器外定期手动刮除沉垢。也有暂时断开测量电路，在电极间通以短时间的低压大电流，焚烧清除油脂类附着层。易产生附着层的场合采用提高流速以达到自清扫管壁的目的，这是一个比较有效的方法，当然采用易清洗的管道连接是一个比较彻底的方法。

2.2 对仪表伴热进行完善

将所有流量管上缠绕的蒸汽伴热线去掉，使伴热线从流量管旁绕过，并将仪表外部保温去掉，使仪表工作在要求的温度范围之内。另外将法兰和线圈盒间增加隔热措施，减小温差、热扩散，这将在很大程度上改善衬里内外温差情况，从而降低渗透率和蒸汽在测量管壁内的凝聚；加厚聚四氟乙烯(PTFE)衬里厚度；提供其它形式的衬里，如金氟环氧基树脂(PFA)和陶瓷衬里。

2.3 改变仪表安装方式

从安装方面尽量选择安装在流体自下向上流动的垂直管道上。虽然传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可，不受限制，但测量固、液两相流体最好垂直安装，自下而上流动，这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。如必须安装在水平或倾斜的管道上时，要使电极轴线平行于地平线，不要垂直于地平线,因为处于底部的电极易被沉积物覆盖，顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面，使输出信号波动。仪表安装管系图如图2所示。

图2 仪表安装管系图

图2所示管系中，C、D为适宜位置；A、B、E为不宜位置，B处可能液体不充满，A、E处易积聚气体，且E处传感器后管段短也有可能不充满。对于固、液两相流C处亦是不宜位置。另外控制流量的阀门应安装在电磁流量计的下游，以免产生气泡或不满管。从操作方面尽量避免由于电磁流量计上游的设备操作产生的气泡带入流量计，如关小泵吸口阀门，或者让液流暴露在空气中的下泄,而将空气带入液流中。此外将部分流量管两端的工艺管线增加支撑，并确保两端连接法兰在同一水平面上，使流量管尽可能不受力。同时，对直管段长度达不到要求的工艺管线进行更换。

2.4 对接地进行完善和改造

①确保使液体电位与地电位相同。实现传感器的基准电位(端电位)，转换器/放大器的基准电位与被测液体相同。工作接地应坚持“单点接地”，不能用公共接地线接地。接地点尽量远离电器接地、避雷接地以及其它设备的保护接地。接地装置与传感器的距离尽可能短些。传感器接地措施一般有如下三种：传感器在金属管道上安装，金属管道内壁没有绝缘层,则可将接地导线接到两个管道法兰上，它可通过金属管道与液体保持可靠的接地，若干扰太强，如此接地不足以抗衡干扰时，则接地导线应从两个管道法兰分别沿金属管道向外延伸至能消除干扰处，连接传感器在塑料管道或内壁绝缘(涂料、油漆、衬里)的管道上时，传感器两侧应装有接地环，使之与液体接触。将两个接地环与传感器法兰相连接后接地；传感器在阴极保护管道上的安装，带有电蚀保护的管道通常里外绝缘，使液体对地无导电性接地。此时传感器必须使用接地环。接地环要装在传感器的两个端面上并与连接管道法兰绝缘。两连接管道法兰用铜导线绕过传感器连接，使阴极保护电位与传感器之间隔离。此外，传感器转换器及二次仪表间的回路接地及屏蔽接地也应予以足够的重视。②电磁流量计的安装应尽量远离容易引起感应干扰的部分电动机、变压器或其它电源备件附近。③对“变压器效应”正交干扰，则可通过仪表调零或采用类似于热电偶三线制接法补偿干扰的方法，以消除其影响。

2.5 加大巡检及维护力度

每天两次对所有电磁流量计进行巡检检查，对出现的问题及时进行处理，定期对流量管内的沉积物进行清理。