摘要:在煉鐵高爐生產(chǎn)中冷卻水量配置相當(dāng)重要,這就要求測量冷卻水量大小的電磁流量計(jì)必需正確。本文闡述了電磁流量計(jì)在煉鐵高爐生產(chǎn)的應(yīng)用中,經(jīng)常存在的--些故障現(xiàn)象進(jìn)行具體分析以及處理方法和需注意的事項(xiàng)等
1前言
在高爐生產(chǎn)中,用于測量冷卻水流量的電磁流量計(jì)有近二十臺(tái),其中每--臺(tái)都擔(dān)負(fù)著測量某一流某一段冷卻水流量的重任，我們知道在煉鐵高爐生產(chǎn)中,要求測量冷卻水量的電磁流量計(jì)必需正確無誤。又由于這些用于監(jiān)測冷卻水量的電磁流量計(jì)都分布在高爐現(xiàn)場高溫高濕的惡劣環(huán)境中,因此測量精度受環(huán)境及被測介質(zhì)影響很大,下面進(jìn)行具體分析。
2電磁流量計(jì)原理
電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在磁場中切割磁力線,在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。如圖所示,在一內(nèi)徑為D,內(nèi)部磁場強(qiáng)度為B的非導(dǎo)磁性測量管內(nèi),液態(tài)的具有導(dǎo)電性被測介質(zhì)以v的速度流動(dòng),則在與流動(dòng)方向垂直的方向_上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢U,該電勢的大小如下:
式中:K為儀表常數(shù),由于傳感器生產(chǎn)的離散性,對同一標(biāo)稱口徑的傳感器予以修正，K=4B/πD。
傳感器的感應(yīng)電勢U與流量q是線性的比例關(guān)系,它只與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和測量管內(nèi)徑D有關(guān),而與其他物理參數(shù)的變化無關(guān),這是電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。只要測出感應(yīng)電勢的大小，就可計(jì)算出實(shí)際的流量。
3常見故障判斷及分析
由以上原理介紹,下面就具體從幾個(gè)方面對電磁流量計(jì)使用中常見故障的成因、檢測判別方法以及對故障的處理方式進(jìn)行闡述,綜合分析電磁流量計(jì)在生產(chǎn)使用測量中主要存在以下幾方面問題:分別是液體中含有氣泡、電極腐蝕、電導(dǎo)率過低、襯里變形、電極結(jié)垢、外部干擾磁場或電場、電極短路(金屬顆粒)等。
1)液體中含有氣泡。液體中含有氣泡導(dǎo)致測量不準(zhǔn)或測量值波動(dòng)(輸出波動(dòng))。故障原因:液體中的氣體有從外界吸入和液體中溶解氣體空氣)兩種途徑。若液體中含有較大氣泡,則因.擦過電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極,使流量信號(hào)輸入回路瞬時(shí)開路,導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。判斷方法:最簡單的判斷方法是當(dāng)遇到測量值波動(dòng)時(shí),可切斷磁場的勵(lì)磁回路電流,如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時(shí),說明大多是由于氣泡影響造成。如果此時(shí)以指針式萬用表測量電極電阻,可測量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高。解決方法:對于被測介質(zhì)中含有空氣的情況,如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計(jì)裝在管道高點(diǎn)而潴留氣體或外界吸入空氣造成氣泡而導(dǎo)致流量計(jì)測量波動(dòng),就應(yīng)更換安裝位置,可在管道低點(diǎn)或采用U型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換,可在流量計(jì)上游安裝集氣包和排氣閥。實(shí)驗(yàn)表明一臺(tái)DN2200口徑電磁流量計(jì),因氣泡造成顯示的波動(dòng)可達(dá)20%~50%,在安裝了排氣裝置后,測量即恢復(fù)正常。
2)非滿管。液體未充滿管道可分為液面高度高于測量電極水平面或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時(shí),若管道的前后是直管段時(shí),電磁流量計(jì)的測量大多也能夠穩(wěn)定,但流量計(jì)所計(jì)量的液體體積包含了管道內(nèi)的非滿管部分體積,故這種測量存在著很大的測量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時(shí),此時(shí)電極裸露在空氣中,測量回路實(shí)際處于開路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測量值和輸出處于--種隨機(jī)的狀態(tài),不停地波動(dòng)或是滿度。非滿管的情況多出現(xiàn)在靠流體直流或流量計(jì)后無任何背壓的直接排放口。判斷方法:可采用前述氣泡判斷的方法,此時(shí)以指針式萬用表測量電極電阻,可發(fā)現(xiàn)電極的回路電阻明顯變高。解決方法:在流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)盡量在管道最低端安裝或有意將流量計(jì)安裝在U型管道。另外，現(xiàn)在市場上也有能夠在非滿管情況下測量的電磁流量計(jì)。
3)電極腐蝕。因電極腐蝕而造成測量值波動(dòng)的情況。故障原因:由于流量計(jì)電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計(jì)輸出波動(dòng)。判斷方法:由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會(huì)表現(xiàn)出來,之前通常無法判別。對此問題的解決方法,只有更換新的電極。--般電極腐蝕故障診斷處理都屬于事后維護(hù)處理的方法。
4)電極結(jié)垢及電極短路。電極短路的判斷比較簡單,若被測介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí),電極短路較易診斷,此時(shí)測量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見。電極結(jié)垢,因電磁流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于原水或水質(zhì)較差等環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時(shí),表現(xiàn)為信號(hào)逐漸減小,直至絕緣而使得信號(hào)回路開路,此時(shí)流量信號(hào)被隔絕。故障原因:當(dāng)被測水質(zhì)的雜質(zhì)較高時(shí),易在管壁附著和沉淀,若附著的介質(zhì)是比被測液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),則信號(hào)電勢被分流而不能工作,即電極短路,若是非導(dǎo)電層，就是我們?nèi)粘Ｋf的電極結(jié)垢,則使電極開路而不能工作。判斷方法:若附著于襯里管璧積垢層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成份的雜質(zhì),其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率,測得的流量值將比實(shí)際流量值低;若為碳酸鈣等水垢層,由于其電導(dǎo)率低于被測介質(zhì),則測得的流量值將低于實(shí)際流量。假若附著層電導(dǎo)率與液體被測介質(zhì)相同,那么附加誤差為零,但此只局限于附著層厚度較小的情況，因?yàn)橄嗤髁坑懈街鴮訒r(shí)流通截面積減小,但平均流速增加,相互間可抵消,因此附加誤差可以忽略。該故障解決方法:建議選用不易附著的尖形或半球形突出電極可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除沉垢。也有暫時(shí)斷開測量電路,在電極間通以短時(shí)間的低壓大流量,焚燒清除油脂類附著層。亦可在易產(chǎn)生附著層的場合采用提高流速以達(dá)到自行清掃管壁的目的,也是-個(gè)比較有效的方法,當(dāng)然采用易清洗的管道連接是-一個(gè)比較徹底的方法。
5)電導(dǎo)率過低。電導(dǎo)率低于閥值(下限值)會(huì)產(chǎn)生測量誤差甚至不能穩(wěn)定工作,使用時(shí)測量出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象,電導(dǎo)率超過閥值即使再變化時(shí),此時(shí)測量的示值誤差幾乎恒定。通常儀表制造廠規(guī)范中規(guī)定的下限值是指在較理想的條件下可測量的最低值,而實(shí)際使用條件不可能都很理想。判斷方法:液體電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊,若缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)時(shí),則可用電導(dǎo)率儀取樣測定。若沒有配備電導(dǎo)率儀,最簡單的方法可以用萬用表測出液體的電阻,再用同樣的方法測試現(xiàn)場普通自來水的電阻,比較兩者的測試結(jié)果。對于液體電導(dǎo)率過低產(chǎn)生的測量誤差解決方法:電導(dǎo)率過低超出了儀表所容許的測量范圍,此時(shí)唯一的解決方法是選用其它能滿足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計(jì)(如電容式電磁流量計(jì))或者是其它原理的流量計(jì)。.
6)襯里變形。可導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確或傳感器損壞。故障原因:襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里,造成這種現(xiàn)象的原因有兩種:-是蒸汽滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散現(xiàn)象,所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)(氣體或蒸汽)流過氟塑料襯里時(shí)所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象,通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸汽的類型、襯里的厚度當(dāng)襯里的厚度增加時(shí)滲透程度則相應(yīng)減小)、襯里內(nèi)外的溫差當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時(shí)滲透則加劇)和管道壓力等多個(gè)因素。二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯(PTFE)襯里本身的工藝結(jié)構(gòu),因.為聚四氟乙烯與管壁間僅靠壓貼,無粘結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。判斷方法:襯里變形在現(xiàn)場一般無法判別,現(xiàn)用的判斷方法是,在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)覺流量誤差較大時(shí),即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀察,但此時(shí)襯里的故障往往已經(jīng)形成。解決方法:用隔熱絕緣的方法,法蘭和線圈盒間增加隔熱措施,減少溫差、減小熱擴(kuò)散,這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況,從而降低滲透率和蒸汽在測量管壁內(nèi)的凝聚;加厚聚四氟乙烯(PTFE)襯里厚度;提供其它形式的襯里，如PFA和陶瓷襯里。
7)外部強(qiáng)電磁場干擾。電磁流量計(jì)信號(hào)失真,輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線性或信號(hào)波動(dòng)。故障原因:由于流量計(jì)流量信號(hào)小,易受外界干擾影響，而干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場等。電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)制造應(yīng)符合電磁兼容性要求,在規(guī)定輻射電磁環(huán)境下能正常工作。但現(xiàn)場應(yīng)用表明,強(qiáng)磁場干擾會(huì)導(dǎo)致磁場回路飽和及外部磁:場進(jìn)入電磁流量計(jì)的磁場回路并形成雜散磁場而影響輸出信號(hào)的線性度。電場干擾則是由于噪聲破壞測量管內(nèi)的電勢平衡造成輸出信號(hào)波動(dòng)異常。判斷方法:當(dāng)輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線性時(shí)，可通過專用的模擬信號(hào)儀來判斷,如電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的輸出為線性,可判斷為外界的磁場干擾影響,反之也有可能是電磁流量計(jì)本身的電器故障。對電場干擾,可在先不加激磁電流時(shí)用示波器測量兩極間的電勢,其值應(yīng)為零，如測得有交流電勢,則可判別為漏電流等電場干擾。解決方法:防止磁場干擾，通常只有將電磁流量計(jì)傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場源。強(qiáng)電場干擾的防止,可采取增強(qiáng)屏蔽等措施。如仍無效,則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣。
8)電纜的故障。流量計(jì)在運(yùn)行一段時(shí)間后(←般不是新裝用表),出現(xiàn)工作異常,具體表現(xiàn)為測量值變大或變小,或者是不停地波動(dòng),且經(jīng)現(xiàn)場檢查已排除管道不滿管.介質(zhì)含氣等.上述現(xiàn)象的可能性。故障原因:這類問題的產(chǎn)生一般與安裝維護(hù)不當(dāng)有關(guān)。未徹底做好電纜接頭處的防潮防水)等處理.且接頭處常用絞接的方法連接。
使用日久,且處于一個(gè)潮濕的環(huán)境中,潮氣侵入電纜接頭,可能造成以下--些故障:
①信號(hào)線對地絕緣下降,引起倍號(hào)衰減,最終是測量結(jié)果偏小。
②信號(hào)電纜接地處按觸電阻變大,使測量值變小,若該接觸電阻不穩(wěn)定,則測量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾。
③勵(lì)磁線圈對地絕緣下降,造成測量結(jié)果偏小。
④勵(lì)磁回路電纜連接處接觸電阻變大,使轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁回路處于非恒流工作區(qū)域，勵(lì)磁電流下降,同樣造成測量結(jié)果偏小。
⑤信號(hào)線.勵(lì)磁線對地絕緣性能下降,使得測量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)。如這種干擾不穩(wěn)定,對儀表的影響也變化不定,繼而出現(xiàn)波動(dòng)。
⑥信號(hào)電纜.勵(lì)磁電纜兩個(gè)連接頭相靠較近,就會(huì)產(chǎn)生耦合作用。通常能使實(shí)際運(yùn)行結(jié)果增大幾成,此時(shí)儀表的零點(diǎn)變化就是由干擾引起的。判斷方法:對于這類異常情況,在排除流量計(jì)其它幾類故障的可能性后,就應(yīng)檢查電纜是否有問題,尤其是電纜曾有中間接頭處。對于勵(lì)磁回路電纜的故障,儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場的勵(lì)磁回路電阻測量值與廠“方提供的數(shù)據(jù)作比較即可得知問題所在,繼而采取措施。對于由于信號(hào)線、勵(lì)磁線對地絕緣性能下降的故障,可由儀表維護(hù)人員在斷開一根勵(lì)磁線的情況下,觀察儀表的顯示或輸出信號(hào)此時(shí)儀表應(yīng)處于零流量的狀態(tài),若測量值偏大,則可確定是信號(hào)線.勵(lì)磁線的絕緣不良或有耦合。解決方法:對于這種由于電纜的接頭或絕緣等引起的故障,解決方法只有更換電纜.
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