电磁流量计故障的原因分析及选型安装注意事项

摘要：分析了电磁流量计故障的原因，提出了解决方法，并介绍了在选择、安装和使用中应注意的问题。
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制造的。用于测量电导率大于一定值的导电液体的体积流量，特别适用于测量各种高腐蚀性固液两相不混溶介质的流量，如工业污水、泥浆、酸性混合物、矿浆等。近年来，随着低频矩形波、双频矩形波激励技术和微处理器技术的发展，电磁流量计的抗干扰能力和测量精度都有了很大的提高，使其应用更加广泛。然而，缺点是对工艺介质和安装质量要求较高。如果这些问题得不到很好的解决，仪器的故障率将会很高。例如，某厂化工厂开工一年多来，现场使用的几十个电磁流量计中有近一半发生了故障，对工厂的正常运行造成了很大影响。针对这种情况，采取了各种改进措施，实施后取得了显著效果。
1.流量计故障的主要原因
1.1中高温引起的衬砌变形
电磁流量计的测量管一般由非磁性高电阻材料(如不锈钢)制成。同时，在测量导管的内壁和电极之间安装绝缘衬里，以防止两个电极被金属导管短路，并防止导管被腐蚀，使内壁光滑。衬里材料因工作温度而异。如果测量的介质温度长时间超过该温度，流管的衬里材料将膨胀、变形并发生质的变化，最终流管将被损坏。例如，某仪器测得的介质温度为155，所选流量管的最高工作温度为130。仪器投入使用后不到10分钟，线圈断裂，导致流量管损坏。当工艺人员用蒸汽吹扫管道时，如果管道上的流量管没有提前拆除，很容易造成这种情况。这种现象有两个原因：一是蒸汽渗透导致氟塑料内衬热扩散，这是管道中介质(气体或蒸汽)流经氟塑料内衬时的自然物理现象。一般来说，渗透程度主要取决于内衬材料、液体和蒸汽的种类、内衬的厚度(渗透程度随内衬厚度的增加而相应降低)、内衬内外温差(内衬时)。其次，氟塑料内衬的工艺结构，特别是聚四氟乙烯内衬本身，不能用于负压管道，因为聚四氟乙烯与管壁只靠压粘，没有附着力。
1.2电极结垢和电极短路
由于电磁流量计通常用于测量脏流体或介质中含有颗粒的流体，当被测介质的粘度较高时，流量计在运行一段时间后往往会粘附并沉淀在管壁上。如果附着的介质是电导率高于被测液体的导电物质，则信号电位被分流而不能工作，即电极短路；如果它是一个非导电层，也就是我们每天所说的电极结垢，它会使电极打开而无法工作。如果附着在衬管上的异物层是以金属为主要成分的氧化锈层或染料，其电导率大于液体的电导率，测得的流量值将低于实际流量值；如果是碳酸钙等垢层，其电导率低于液体的电导率，测得的流速将低于实际流速。如果粘附层的电导率与液体的电导率相同，则由公式计算的附加误差为零，但仅限于粘附层厚度较小的情况，例如2t/d应小于10%，因为在相同流速下，流动横截面积随着粘附层的增加而减小，但平均流速增加，这可以相互抵消，只能说附加误差可以忽略不计。
1.3环境温度的影响
化工厂使用的电磁流量计大多用于测量含有固体颗粒和泥浆的混合物的流量，介质温度大多在100以上。为了保证泥浆不凝固，一般在管道外设计伴热管道，两条管道用厚保温材料包裹在一起。由于结构不合理，许多电磁流量计的流量管都包在里面，甚至伴热管道都要绕流量管缠绕几次。伴热一般使用0.35兆帕的蒸汽，温度达到150左右。因此，流量管周围的最大环境温度在100以上，而电磁流量计要求周围环境的最大温度为60。仪器在高温环境下长时间工作，导致仪器故障率高。
1.4指示晃动
流量计输出波动是最常见的故障类型，主要是由于仪表安装不当或过程流体的影响造成的。流量计安装改造图如图1所示。
常见故障原因有：
在有脉动流源或多股流体汇集的管道上，如果汇集地点靠近流量计，会对流量计产生很大影响。

例如，图1(a)显示了我们遇到的流量计的安装。流量计测量A、B、C三种流体的总流量，其中A股流体来自流量计安装位置以上10米以上的缓冲罐，流体汇合点距离流量计入口不到2米。在使用过程中，发现流量计经常波动很大，指示总是不准确。经过分析，我们认为流量计安装过于靠近流体汇合点，不适合水平安装。因此，流量计改为图1(b)所示的安装方式，投入使用后，流量计基本能够正常工作。因此，为了尽可能地减少流体对流量计测量的影响，通常需要使流量传感器远离脉动源，利用管道流阻来减弱脉动，或者在管道的适当位置安装被动过滤器来吸收脉动。
管道未充满液体或液体含有气泡。这种故障主要是由于管网工程设计不良，使传感器的测量管没有充满液体或传感器安装位置不当造成的。管网应根据安装要求进行安装或改造；此外，应注意避免在混合容器中混合空气，并避免在泵的吸入端或管道系统密封不良的其他地方吸入空气。
外部杂散电流和其他电磁干扰。电磁流量计容易受到外部磁场的干扰，导致指示波动，这种波动往往是不规则的。因此，安装时应进行接地保护。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。
测量双组分或多组分液体时，如果液体的电导率不同，液体混合不均匀，或者管道中的化学反应还没有完全完成，流量计的指示会波动。在这种情况下，填充点应该向下游移动，或者电动势应该向上游移动。液体的电导率接近下限。在这种情况下，需要改变介质特性。如果工作条件不能改变，应选择其他类型的流量计。
电极材料与液体匹配不当。在选择电极材料时，应首先考虑被测液体的耐腐蚀性。如果电极材料选择不当，会产生电极表面效应，导致输出抖动等故障。
1.5接地不当和外部干扰影响流量计的正常运行
电磁流量计信号弱，满量程时只有2.5 ~ 8毫伏，流量很小，输出只有几微伏，测量精度会受到轻微的外部干扰。因此，电磁流量计有严格的接地要求，变送器外壳、屏蔽线、测量导管和导管两端的管道应接地，并设置单独的接地点。在放指令的初始阶段
电磁流量计的工作接地与电机和电气设备共同接地或连接到上下水管，使电力设备的泄漏电流通过公共接地线引入电磁流量计。
周围电气设备的电磁场对信号传输线和电子电路的干扰。
(4)对于输送腐蚀性介质的绝缘管或绝缘内衬管，由于在绝缘管中流动的液体与管壁之间的摩擦而产生静电，静电被传送到电磁流量计的测量电极，然后被传送到测量线上，从而干扰流量信号的测量。
电磁流量计本身的变压器效应引起的正交干扰。
2.改进措施
2.1某些流量计的重新选择
在承包商和设计部门的指导下，重新选择一些因温度过高而不符合使用条件的流量计。如罗斯蒙特公司生产的8705聚四氟乙烯衬里的流量管用于高过程介质的测量仪器，温度范围为-20 ~ 177。此外，当用蒸汽吹扫工艺管道时，应及时拆除流管，以免过热蒸汽损坏流管。此外，尖头或半球形突出电极、可更换电极、刮垢清洁电极等。在更换车型时，应尽可能选择不容易坚持的。刮板式电极可用于定期手动刮除传感器外部的水垢。测量电路也暂时断开，电极之间短时间的低电压和高电流传导，以及焚烧去除油脂粘附层。在易产生粘附层的情况下，提高流速是实现管壁自清洁的有效方法。当然，这是一种连接容易清洗的管道的彻底方法。
2.2改进仪器伴热
拆除缠绕在所有流管上的蒸汽伴热线，使伴热线绕过流管，并拆除仪器的外部绝缘，使仪器能在要求的温度范围内工作。此外，法兰和盘管箱之间将增加隔热措施，以减少温差和热量扩散，这将大大改善内衬内外的温差，从而减少测量管壁的渗透性和蒸汽凝结；加厚聚四氟乙烯衬里的厚度；提供其他形式的衬里，如全氟辛烷磺酸和陶瓷衬里。
2.3改变仪器安装模式
就安装而言，试着将它安装在垂直管道上，流体从底部流向顶部。虽然传感器的安装方向可以是水平的、垂直的或倾斜的，但不限于此，最好是垂直安装固液两相流体，并从下往上流动，以避免水平安装时衬管下半部局部磨损严重和低流速固相析出的缺陷。如果必须安装在水平或倾斜的管道上，使电极的轴线平行于地平线，而不是垂直于地平线，因为底部的电很容易被沉积物覆盖，顶部的电很容易被覆盖电极表面的液体中偶尔出现的气泡擦除，导致输出信号波动。仪表安装的管道图如图2所示。

位置不合适，b可能没有充满液体，a和e可能容易积聚气体，e处传感器后面的管道部分可能没有充满。c也是固液两相流的不利位置。此外，流量控制阀应安装在电磁流量计的下游，以避免气泡或管道故障。从操作方面来说，尽量避免由于电磁流量计上游设备的操作而将气泡带入流量计，如关小泵吸入阀，或让液体流暴露在空气中，从而将空气带入液体流中。此外，一些流管两端的工艺管道增加了支撑，并保证两端的连接法兰在同一水平面上，使流管尽可能不受力。同时，更换直管段长度达不到要求的工艺管道。
2.4改善和改造接地
确保液体电位与地电位相同。实现传感器的参考电位(终端电位)，转换器/放大器的参考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。接地点应尽可能远离电气接地、防雷接地和其他设备的保护接地。接地装置和传感器之间的距离应尽可能短。传感器一般有三种接地措施：传感器安装在金属管上，如果金属管内壁没有绝缘层，接地导体可以连接到两个管法兰上，通过金属管与液体保持可靠的接地。如果干扰太强，接地不足以抵消干扰，接地导体应从两个管道法兰沿金属管向外延伸至干扰可消除的地方。当将传感器连接到塑料管或具有绝缘内壁(油漆、涂料、衬里)的管道时，将两个接地环与传感器法兰连接，然后将其接地；当传感器安装在阴极保护管道上时，具有电流保护的管道通常内外绝缘，因此液体对地没有导电接地。此时，传感器必须使用接地环。接地环应安装在传感器的两端面，并与连接管法兰绝缘。两个连接管法兰用铜线连接，绕过传感器，以隔离传感器的阴极保护电位。此外，传感器转换器和二次仪表之间的回路接地和屏蔽接地也应引起足够的重视。
电磁流量计应安装在尽可能远离一些电机、变压器或其他容易产生感应干扰的电源备件的附近。
对于“变压器效应”的正交干扰，可通过仪器调零或类似热电偶三线连接的方法进行补偿，以消除其影响。
2.5加强检查和维护
每天两次巡视检查所有电磁流量计，及时处理问题，定期清理流量管内的沉积物。
3.结束语
通过采取上述措施，取得了明显的效果。从改造到现在两年，所有电磁流量计运行良好，操作人员反映的读数准确，操作简单，不仅为技术人员操作该装置提供了准确的数据，也为电磁流量计在公司的应用提供了重要依据。