磁电式流量计常见故障问题分析

黄胜宝 孙敬伟 黄芳 王伟 代继荣

【摘要】 目前油田掺、注水工艺中使用的磁电式涡街流量计是一种基于电磁感应原理检测涡街频率的涡街流量计，它既具有涡街流量计无可动元件，压力损失小的特点，也克服了以往涡街流量计频率信号检测技术不适用于油田掺、注水工艺的缺点，是一种较为新颖的涡街流量计，研究它的工作原理和在油田掺、注水工艺中的使用情况，有利于我们掌握它的工作特性，跟好的发挥它的作用。

【关键词】 涡街 流量计 磁电 掺水 注水

油田高压注水仪表多采用垂直螺翼干式高压水表，近些年来，磁电式涡街流量计加入掺、注水仪表的队伍中来，新投、改、扩建的掺、注水工艺流程，从设计部门开始已大量使用磁电式涡街流量计，大有取代垂直螺翼干式高压水表的趋势。涡街流量计作为工业用流量计量仪表并不是新生事物，之前在油田采油系统中有少量使用的记录，但始终未大范围应用于油田掺、注水工程，究其原因，是受涡街流量计本身的结构特点和涡街信号检测机理影响。近些年来，这种磁电式涡街流量计因自身优点，让其在目前油田掺、注水工艺中占有了一席之地，当然受油田掺、注水工艺特点的影响，这种流量计也有其自身的缺点。

一、垂直螺翼干式高压水表使用情况

目前在注水流程中还有很多垂直螺翼干式高压水表在使用，这种高压注水仪表具有通流能力大，量程范围大、安装维修方便的特点。它由外壳、盖座、叶轮计量机构、计数显示机构等部分组成。外壳为直角式铸钢结构，水由水表下端进入表内，经过叶轮计量机构冲击叶轮转动后由表壳侧面流出，叶轮转速与水的流速成比例，通过固定在叶轮轴上端的环形磁钢，传递给密封隔板上侧的计数器中的磁钢齿轮，使之跟着同步转动。然后经过减速齿轮带动字轮，指示出通过水表的总水量[1]。高压水表有自身的优点，同时受油田注水情况的影响，也存在一些不尽人意的地方。

垂直螺翼干式高压水表是一种机械结构的仪表，螺翼在水流的冲击下高速旋转，长时间的机械转动易造成顶尖、玛瑙磨损，各零部件配合间隙变大，周期检定时一般均需更换零件，重新调修。油田脱水转注，水中含有油污、聚合物、悬浮颗粒等黏附性强的杂质，这些杂质易附着在叶轮、磁钢、叶轮盒上，影响了仪表的准确计量。长时间的使用会出现磁钢退磁现象，叶轮的转动不能全部通过磁钢传递到安装在隔板上的计数器，出现漏记现象，影响了计量的准确度。注水温度较高，会导致塑料材质的叶轮倾角发生改变。调节板在高压水流的冲击下易发生松动，使进入高压水表的流体发生改变，影响了计量的准确度。表头为机械齿轮组合结构，数据不方便远传。以上是高压水表在现场使用中存在的一些问题。

二、电磁法检测涡街频率的涡街流量计原理

（一）信号检测原理

磁电式流量计是利用电磁感应与卡曼涡街原理相结合制造的，当导电流体流经旋涡发生体后，形成规则交错排列的旋涡。在旋涡发生体下游的外壁设有磁钢组件，磁钢组件形成的磁场中心装有一信号采集电极。磁通是恒定的，两列漩涡交变地不断出现，以不同方向切割磁场，在电极间产生交变电动势。交变电动势的频率即为漩涡的分离频率。因此，只要测出电极输出交变电动势的频率，就可以计算出流体的体积流量。该检测方式要求流体有一定的导电性。

涡街频率的检测由信号电极和永久磁铁两部分组成。信号电极是采用316L不锈钢制成。永久磁铁选用的是钕铁硼。

感应电动势的大小与永久磁铁的磁感应强度、信号电极的直径大小、切割磁力线的速度有关，主用是通过提高永久磁铁的磁感应强度来获得较大幅度的频率信号。

（二）硬件电路构成

磁电式涡街流量计硬件电路主要由信号放大---滤波---整形电路，信号处理电路，信号显示电路三部分构成，微弱的感应电动势信号经前置放大、交流放大和低通滤波，然后由施密特触发器整形为标准频率脉冲，此信号进入单片机运算后，经液晶显示器显示瞬时流量、累计流量等。为了修改和保存参数，还有按键接口和存储电路。

三、磁电式涡街流量计现场使用情况

1.受掺、注水水质影响，流量计测量管存在腐蚀和结垢情况，两种情况都改变了测量管的几何尺寸，因 ，测量管的几何尺寸要参与流量计算，所以这些腐蚀和结垢情况是不能忽视的。

腐蚀情况，一管理区使用的水平安装电旋式流量计，生产日期为2010年6月，现场使用发现计量误差大，送到检定单位检定，检定单位在接收这块仪表后发现仪表测量管道内附着了6到7毫米厚度不均的污垢层，待清除完污垢后，管道内壁已坑坑洼洼，锈蚀严重，虽然旋涡发生体和检测电极均未有明显锈蚀，但管道内几何形状已发生变化，安装到检定装置检定，数据误差大，且不稳定。

结垢情况，一管理区掺水流程中使用的DN25电旋式流量计，管理区反应不能正常工作，拆下来后发现测量管内附着了厚厚的一层结晶物质，原本标称DN25的流量计已被结垢体附着到内径只有约15毫米，严重影响了计量性能。

2.水质导致的结垢附着在旋涡发生体上，改变了旋涡发生体的几何形状，流体经过旋涡发生体后产生的涡列变得复杂，检测元件检测出的涡列信号很难剔除掉杂波。

3.水质中的油污等杂质附着在检测电极上，影响了经过电磁感应产生的微弱电动势信号的采集。

4.掺水流程中水温高，部分流程中掺水水温（70～80）℃左右，现场表头电路板长期在高温辐射下工作，影响了电路的正常工作，缩短了仪表的使用寿命。安装应采用分体式结构，或为采取必要的技术措施，如表头向下等。

5.流程运行期间因为流量计下装有一用于产生磁场的久永磁铁，流体中的金属碎屑易吸附在磁铁附近，造成流体的涡列不规则，影响仪表性能。

四、对磁电式涡街流量计使用的建议

1.改善掺、注水水质。尤其是掺水水质，因掺水流程工艺设计，有的掺水流程流速低、日掺水量少更易形成结垢情况。另外掺、注水中含的污油、泥沙等物质也极易附着在测量管管壁和旋渦发生体、检测电极上。现场注水水质虽然符合注水标准，但对仪表的准确计量还是有很大的影响。建议采集现场管壁垢层，分析掺水中总残渣量、总溶解固体、总碱度、总矿化度、石油类、溶解氧以及 等含量，针对性的添加必要的阻垢剂。

2.定期将流量计从流程中拆下来，清理附着在测量管壁、旋涡发生体及电极上的水垢、油污，清理被流量计下永磁铁吸附的金属碎屑。

3.此类流量计的测量管普遍使用碳钢，从现场使用情况看，耐腐蚀性能达不到要求，建议选用测量管为316或316L材质耐腐蚀性更好的材料。

4.现场介质温度较高，多数电子元器件的正常工作温度都限定在85℃以下，现场掺水流程介质温度已在温度上限，建议高温环境选用分体式涡街流量计，以便把转换器安装到环境温度较低的地方，避免电子元器件的温度超过极限温度。

参考文献：

[1] 张泰丰.水表及其检定装置.中国计量出版社，1990

[2] 王池，王自和，张宝珠，孙淮清.流量测量技术全书.化学工业出版社，2012