摘要：電磁流量計(jì)具有無壓損、口徑大、量程比寬、耐腐蝕、適用于高黏度介質(zhì)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。探討了電磁流量計(jì)的測量原理、特點(diǎn)、適用場合等工程要素，詳細(xì)介紹了電磁流量計(jì)的性能特點(diǎn)。介紹了電磁流量計(jì)的幾個(gè)典型應(yīng)用案例，提供了疑難流量測量的參考方案。
在石化、化工、電力、冶金、市政、制藥等行業(yè)，流量測量的技術(shù)難度和復(fù)雜程度都相當(dāng)高，研究流量測量對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低企業(yè)的經(jīng)營成本、解決節(jié)能環(huán)保起到重要作用。電磁流量計(jì)具有無阻力，無壓損的優(yōu)點(diǎn)，可以充分減小管道內(nèi)的阻力，符合節(jié)能降耗的要求，因而電磁流量計(jì)在業(yè)界得到廣泛的重視。介紹了電磁流量計(jì)的測量原理、特點(diǎn)和適用場合，提出了在工程設(shè)計(jì)中選用電磁流量計(jì)需考慮的因素及電磁流量計(jì)的安裝要求。
1 測量原理
電磁流量計(jì)的測量原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律測量流速，再測量流通截面液位高度得流通面積，兩者相乘得到所測流量［1］，電磁流量計(jì)測量原理如圖1所示，電磁流量計(jì)實(shí)際測量介質(zhì)流速，是一種速度式流量計(jì)。電磁流量計(jì)的測量原理依據(jù)以下公式表述：
Ue＝ｋB L V（1）
式中：Ue—感應(yīng)電動(dòng)勢，即流量信號，V；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；L—電極間距，即測量管內(nèi)徑，m；V—液體平均流速，m／S；qV—液體體積流量，m3／S。
2 適用范圍和優(yōu)點(diǎn)
電磁流量計(jì)廣泛用于導(dǎo)電液體或液固兩相介質(zhì)的體積流量測量，如其他儀表不能測量的各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量，泥漿、礦漿、水煤漿、紙漿、漿料等液固介質(zhì)和純水、污水等相對簡單的導(dǎo)電介質(zhì)的流量。電磁流量計(jì)要求被測介質(zhì)電導(dǎo)率一般應(yīng)大于5μS／Cm。電磁流量計(jì)由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，與其他類型的流量計(jì)相比，其優(yōu)點(diǎn)如下：
1）傳感器測量管是一段無阻流檢測件的直管，因而檢測流量時(shí)不會(huì)造成壓力損失，節(jié)能效果好。
2）適用于測量含有固體顆�；蚶w維的液固兩相流體，如紙漿、煤粉漿、礦漿、污水及酸、堿、鹽溶液等具有一定電導(dǎo)率的液體，所測體積流量不受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率的影響。
3）測量范圍大，量程比一般大于10∶1，最高可達(dá)100∶1。流速范圍一般為1～6m／S，也可擴(kuò)展到0.5～10.0m／S。測量管徑范圍為2mm～3m［2］。
4）Ue與qV成線性關(guān)系，故儀表具有均勻刻度，且所測得流體的體積流量與介質(zhì)的物性（如溫度、壓力、密度、黏度）無關(guān)，所以電磁流量計(jì)只需用水標(biāo)定后，即可用來測量其他導(dǎo)電介質(zhì)的體積流量，無需修正［2］。
5）測量口徑大，適用于大管徑液體流量的測量。6）與其他大部分流量儀表相比，所要求的前置直管段較低。
3 工程設(shè)計(jì)中需考慮的因素
3.1 工藝過程條件
選用電磁流量計(jì)通常需要考慮的工藝條件如下：
1）被測介質(zhì)電導(dǎo)率。電磁流量計(jì)測量的流體必須是導(dǎo)電的，一般只要電導(dǎo)率超過閾值，即使變化也不影響測量值，但低于閾值將會(huì)增大測量誤差；通常要求液體電導(dǎo)率不小于5μS／Cm，去離子水電導(dǎo)率不小于20μS／Cm。
2）被測介質(zhì)溫度。根據(jù)被測工藝介質(zhì)的溫度范圍，選擇測量管內(nèi)襯材料及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級，即襯里材料應(yīng)與介質(zhì)溫度相適應(yīng)，常用測量管襯里材料建議根據(jù)表1選擇。
3）被測介質(zhì)壓力。根據(jù)被測工藝介質(zhì)的壓力，結(jié)合介質(zhì)的設(shè)計(jì)溫度來確定電磁流量計(jì)傳感器的過程連接法蘭壓力等級，常用標(biāo)準(zhǔn)壓力等級有PN40，PN16，PN10，PN6；美國標(biāo)準(zhǔn)ASMEB1 6.5CLASS 150，CLASS 300。選用電磁流量計(jì)時(shí)還需注意壓力等級與流量計(jì)口徑有關(guān)。
4）工藝介質(zhì)流量范圍及工藝管道的管徑。根據(jù)管道口徑和介質(zhì)流速確定電磁流量計(jì)傳感器的標(biāo)稱口徑。通常選用與管道相同或略小的口徑，管道內(nèi)平均流速根據(jù)情況而定，一般工業(yè)輸水管道為經(jīng)濟(jì)流速1.5～3m／S，易黏附沉積結(jié)垢物質(zhì)流速宜為3～4m／S，礦漿等磨蝕性強(qiáng)的介質(zhì)流速宜為2～3m／S，電磁流量計(jì)液體流速可在1～10m／S選用［1］。
5）介質(zhì)狀態(tài)。介質(zhì)含有固體顆粒對傳感器內(nèi)襯及電極有磨蝕作用，如果被測介質(zhì)含有固體顆粒，襯里需選用高耐磨性材料，如陶瓷或聚氨酯橡膠［1］。
6）介質(zhì)的腐蝕性。由于電極和襯里與介質(zhì)直接接觸，電極和襯里的耐腐蝕特性應(yīng)與介質(zhì)的腐蝕性相匹配。
7）工藝管道材質(zhì)。根據(jù)安裝電磁流量計(jì)所在的管道材質(zhì)是金屬還是絕緣材料，確定是否采用接地法蘭。
3.2 環(huán)境條件
1）根據(jù)安裝區(qū)域是否屬于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，確定是否選擇防爆型電磁流量計(jì)，并按照爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分等級選擇滿足儀表所在區(qū)域防爆要求的電磁流量計(jì)。
2）根據(jù)電磁流量計(jì)的實(shí)際安裝地理位置，并按照GB 4208—2008《外殼防護(hù)等級（IP代碼）》或IEC52９—2001 DeGreSS 0f Pr0teCtI0n Pr0VIDeD byenCL0SUreS（IP C0De），確定電磁流量計(jì)的類型及防護(hù)等級。若儀表安裝在地面以下，易被水淹沒，宜選用分體型電磁流量計(jì)，且傳感器防護(hù)等級應(yīng)選用IP68的儀表；若儀表安裝在地面以上，防護(hù)等級可選用IP65到IP67；同時(shí)，對分體型電磁流量計(jì)所提供電纜長度應(yīng)根據(jù)實(shí)際安裝位置確定。
3.3 材料
1）測量管材料。測量管材料應(yīng)為非磁性材料，通常為1.4301不銹鋼或1.4306／30 4L不銹鋼。
2）法蘭。過程連接法蘭材料通常為A105，F(xiàn)316L（1.4571／316L）。
3）電極材料。電極材料應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的成分及金屬的耐腐蝕性選用。
4）襯里材料。襯里材料應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的腐蝕性、磨損性及介質(zhì)的最高溫度來選擇。
5）接地環(huán)（或接地電極）。接地環(huán)或接地電極的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的成分及金屬耐腐蝕性選擇，常用的接地環(huán)或接地電極材料：316L不銹鋼、哈氏合金、鉭。通常接地電極的材質(zhì)與測量電極相同。
4 安裝
在工程實(shí)際應(yīng)用中，為了確保電磁流量計(jì)的正常運(yùn)行及測量精度，接地極的正確安裝是極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
4.1 接地
由于電磁流量計(jì)測量的是微弱電勢，需排除一切外界干擾才能準(zhǔn)確測量，因而良好的接地是保障電磁流量計(jì)穩(wěn)定工作的必要條件。通常接地是通過接地環(huán)或傳感器內(nèi)的參考電極和管路系統(tǒng)的接地連接來實(shí)現(xiàn)。
1）當(dāng)電磁流量計(jì)安裝在已接地的金屬管道上，通過電磁流量計(jì)變送器上的接地端子實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡，即通過截面積不小于6mm2的銅芯電線連接至接地端子上。
2）當(dāng)電磁流量計(jì)安裝在未接地的金屬管道上，2個(gè)法蘭均通過截面積至少為6mm2的銅芯電線與管道法蘭相連接，并接地；將變送器或傳感器接線盒連接至接地端子上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡。
3）當(dāng)電磁流量計(jì)安裝在塑料管道或帶絕緣內(nèi)襯的管道上，通過附加接地環(huán)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡，接地環(huán)通過截面積至少為6mm2的銅芯電線連接至接地端子上。
4.2 直管段要求
為了保證電磁流量計(jì)的正常運(yùn)行，減少測量誤差，電磁流量計(jì)前后應(yīng)符合一定的直管段要求。根據(jù)JJG 1033—2007《電磁流量計(jì)核定規(guī)程》測試標(biāo)準(zhǔn)要求，通常前直管段應(yīng)達(dá)到10D，后直管段應(yīng)為5D；根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在大部分應(yīng)用場合，流量計(jì)前直管段最少不小于5D，后直管段最少不小于3D。
4.3 安裝位置
通常，電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)需特別注意以下幾點(diǎn)：
1）變送器要選擇在任何時(shí)候測量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體的位置進(jìn)行安裝，以防止由于測量導(dǎo)管內(nèi)沒有液體而產(chǎn)生指針不在零點(diǎn)引起的錯(cuò)覺。最好是垂直安裝，減少由于液體流過在電極上產(chǎn)生氣泡而造成的誤差。
2）電磁流量計(jì)測量管中出現(xiàn)氣體積聚或有氣泡現(xiàn)象時(shí)，會(huì)增大測量誤差，所以要避免將電磁流量計(jì)傳感器安裝在管道的最高點(diǎn)。
3）電磁流量計(jì)傳感器不應(yīng)安裝在泵的入口側(cè)，避免抽液時(shí)形成負(fù)壓損壞測量管內(nèi)襯。
4）盡量避免安裝在有振動(dòng)的地方，若不可避免，應(yīng)加固管路系統(tǒng)和傳感器，當(dāng)振動(dòng)十分劇烈時(shí)，宜選用分體式電磁流量計(jì)，將變送器和傳感器分開安裝。在高空管道上，也要盡量選用分體式電磁流量計(jì)，將傳感器安裝在高空管道上，將變送器安裝在地面上的易觀察處，方便巡查和維修。
5）電磁流量計(jì)信號微弱，在滿量程時(shí)只有2.5～8.0mV，流量很小時(shí)，輸出只有幾微伏。要避免將電磁流量計(jì)安裝在有電磁場和電磁場變化劇烈的地方，如大型變壓器、電機(jī)等強(qiáng)電磁設(shè)備附近。
6）變送器和二次儀表必須使用電源中的同一根相線，否則會(huì)由于檢測信號和反饋信號相位差120°，導(dǎo)致儀表不能正常工作［3］。
7）對于含固顆粒的液體流量測量，電磁流量檢測器宜垂直安裝，并且流體的流向應(yīng)自下而上。
4.4 選型中需要注意的問題
電磁流量計(jì)的測量管內(nèi)襯材料有多種，其中耐腐蝕性能好的是聚四氟乙烯，目前的陶瓷內(nèi)膽襯里，此種材料既防腐蝕又耐磨。電極材料的選擇要嚴(yán)格按照選型要求進(jìn)行，應(yīng)以滿足需要為原則，不盲目選擇貴金屬。在化工生產(chǎn)中鉑是一種性能很好的催化劑，某些介質(zhì)在一定的條件下與鉑接觸后易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鉑電極的電磁流量計(jì)在測量雙氧水時(shí)，會(huì)在電極表面生成氣霧，流量為零時(shí)，輸出也會(huì)波動(dòng)［4］。
由于腐蝕性介質(zhì)的種類多種多樣，提供腐蝕性介質(zhì)給制造廠商進(jìn)行研究，由制造廠商提供試用材料，在規(guī)定的條件上掛片試驗(yàn)樣機(jī)。
5 應(yīng)用案例分析
5.1 在循環(huán)冷卻水站及尿素裝置中的應(yīng)用
某項(xiàng)目的循環(huán)冷卻水站及尿素裝置液體流量測量點(diǎn)的特點(diǎn)：循環(huán)冷卻水站的工藝管徑大、壓力低、水中含有氯化物等腐蝕性介質(zhì)，而且工藝管道敷設(shè)在地面以下；尿素裝置流量測量介質(zhì)有熔融尿素、甲氨溶液等，具有腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)晶的特點(diǎn)。同時(shí)要求儀表測量精度優(yōu)于±0.5％。鑒于上述工況特點(diǎn)及要求，選用電磁流量計(jì)，表2為該項(xiàng)目工況條件及電磁流量計(jì)的性能指標(biāo)。其中，循環(huán)冷卻水站的電磁流量計(jì)選用分體型，檢測器的防護(hù)等級為IP68，信號轉(zhuǎn)換器的防護(hù)等級為IP67；尿素裝置所用電磁流量計(jì)的防護(hù)等級為IP67，儀表運(yùn)行至今效果良好。
5.2 在乙烯堿洗塔系統(tǒng)中的應(yīng)用
乙烯堿洗塔系統(tǒng)中采用20％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的離子堿注入塔內(nèi)，與塔內(nèi)的洗滌水液混合形成三段不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液，對裂解氣壓縮機(jī)Ⅲ段出來的裂解氣進(jìn)行洗滌，從而脫除乙烯裂解氣中的H2S和C02等雜質(zhì)，經(jīng)過三段洗滌后，在最后一段雜質(zhì)生成碳酸氫鈉后排出塔。洗滌后的裂解氣進(jìn)入壓縮機(jī)的高壓段繼續(xù)壓縮并進(jìn)入后系統(tǒng)進(jìn)一步分離處理。
由于離子堿具有較強(qiáng)的腐蝕性，測量難度大。原設(shè)計(jì)采用差壓變送器測量方案，在使用過程中因引壓管和三閥組內(nèi)的物料結(jié)晶頻繁，無法正常工作。經(jīng)過多方評估，最后選擇了德國Khr0ne公司的鉑金電極的電磁流量計(jì)，該流量計(jì)具有強(qiáng)抗腐蝕的鉑金電極和PTFE內(nèi)襯，剛開始儀表指示正常，但不久均失靈，經(jīng)多方面查找原因，系內(nèi)襯損壞導(dǎo)致電極被腐蝕損壞，儀表無法工作。經(jīng)過多方調(diào)研和交流，在再次改造中選擇了橫河電機(jī)公司的電容式無電極電磁、配置陶瓷內(nèi)膽的電磁流量計(jì)，該流量計(jì)以外壁作為測量電極，配以內(nèi)部陶瓷內(nèi)膽，具有極高的耐磨性和防腐蝕性能，徹底改變了原有電磁流量計(jì)配備專用電極的局限性，很好地解決了該工況中的測量問題。
6 結(jié)束語
綜上所述，電磁流量計(jì)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在石化、化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。用戶在選用電磁流量計(jì)時(shí)應(yīng)充分掌握測量工況的各項(xiàng)條件及其安裝要求，了解電磁流量計(jì)安裝所處的環(huán)境條件，以確保正確地選用電磁流量計(jì)，提高測量儀表的準(zhǔn)確和穩(wěn)定性。
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