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金鼎浅谈在工业管道系统中使用电磁流量计的应用
发布时间: 13/05/10     浏览次数:     大小:  16px  14px  12px

1.电磁流量计的工作原理
  
  电磁流量计主要由信号转换器与传感器构成,其原理是基于法拉利电磁感应定律,在传感器中与被测管轴线垂直方向安装一对检测电极,当流量计接入液态介质管道,导电液态物质沿管轴侧运动时,导电液体作切割磁力线运动而产生感应电动势,此感应电动势由检测电极测出,其理论数值为:
  
  E=kVBd
  
  式中:E为感应电动势;k为调整系数,因仪表构造而异;V为被测液体平均流速;B为磁感应强度;d为被测管内径。
  
  原理图如图1所示,测量流量时,流体流过垂直于流动方向的磁场,导电性流体的流动感应出一个与平均流速成正比的电势。其感应电压信号通过两个电极检出,并通过电缆传送至转换器,经过信号处理及相关运算后,将累计流量和瞬时流量显示在转换器的显示屏上。

2.电磁流量计的安装
  
  2.1安装准备工作
  
  电磁流量计安装前,应仔细核对其参数,主要核对其口径、内衬、电极等参数是否符合设计要求,有集中BA控制的应确认其与控制系统的匹配性。
  
  在安装前,应对已安装好的管道进行防腐处理,法兰接口处应清理干净,在确认被测物质流向之后,按流量计上所标定的方向准备安装。
  
  2.2安装方位的选取
  
  由于电磁流量计安装于流体管道上,其测量数据的准确性与其内部液态物质的充满度有关,故在选取安装位置时,应注意以下几点:
  
  1)流量计不得安装在泵的抽吸侧,如图2所示;
  
  2)开口排放的管道,流量计应装在可存储液体的底段,以免倒吸空气影响测量精度,如图3所示;
  
  3)电磁流量计附近需装阀门时,阀门应装于流量计的下游;
  
  4)管道落差较大时,需在流量计的下游设置上弯及排所阀;
  
  5)安装电磁流量计时,应充分考虑管道中产生气泡的可能性,予以避免。
  
  2.3电磁流量计安装及接地
  
  电磁流量计的安装方式一般为法兰式,利用与其匹配的法兰即可连接管道。在安装前应确保管道的吹扫、试压等工作已完成。
  
  由于电磁流量计的测量感应电流很小,电压较低,易受外界电磁噪声的影响,故在安装时应进行可靠的接地连(跨)接。金属管道电磁流量计接地连(跨)接方法如图4所示,带阴极保护的电磁流量计重复接地连接方法如图5所示。

3.概述
  
  电磁流量计是一种常用的流量测量仪表,随着现代精细化工技术的迅猛发展,越来越广泛地应用于石化、造纸、冶金、环保、食品等行业领域。电磁流量计用于对复杂的工业管道系统进行流体监测[1]、对系统的原料及成品情况进行实时监控、为系统的自动化控制提供依据等等。
  
  由于电磁流量计分布分散,运行环境较为复杂,其安装工艺极可能影响其运行工况和发生故障的机率,从而影响整个仪表控制系统的运行。故对电磁流量计原理的分析、安装工艺的研究,以及调试技术的不断总结和更新十分必要。

4.电磁流量计接线及调试
  
  4.1接线
  
  在电磁流量计接线前,应确认其安装方位、方向准确无误,并进行现场清扫,无积尘后方可接线。电磁流量计的接线包括电源线、输入/输出信号线、传感信号线和工作接地线的连接。综合接线如图6所示。
  
  在上述接线过程中,应重视以下几种类型线路的接线。
  
  1)输入/输出信号。大部分电磁流量计均可通过外带的PLC进行编程、检测,也可通过通信总线接受主控制系统的输入指令,故电磁流量计设置了信号输入接点、测量值临界报警指令等接入点。输出信号可通过模拟点接出,也可与输出信号组合通过RS-232通信接口实现与PC的联机。
  
  2)传感器连线。若流量计与传感器为分体式安装,流量计与传感器之间还需进行连线,用于将传感电流通过流量计的测量终端(实际上是磁极与电压测量单元),用以测量各被测参数。
  
  3)接地线。由于电磁流量计的工作电流较小,极易受外界电场变化的干扰,所以其电源、信号线均须配套接地线,以确保测量数据的准确,消除测量过程中数据的频繁振荡[4]。
  
  4.2调试
  
  1)调试前检查及准备
  
  电磁流量计在调试前,应对管道及流量计进行彻底检查,包括管道杂物等清理,油性介质管道还需进行干燥处理。
  
  调试前的检查还包括电气线路的检查,首先应对线路的接地进行检测,确保接地可靠后方可进行其它线路的测试检查,以免造成线路容性效应,储存电量,或是测量电源对仪器产生破坏作用。另外,还需进行绝缘电阻及接地电阻测试。
  
  2)通水调试
  
  无论是测量水性介质、混悬液体,还是测量油性介质的仪表,在正式调试前,均应模拟实际测量介质的温度、压力、流速等条件进行通水调试。若在通水试验过程中发生异常,或是参数缺失,应对仪表进行单体检测或送出产单位进行校验。
  
  3)系统调试
  
  电磁流量计在进行完单项功能通水测试,控制主机各项预备调试完成后,可进行系统调试。油性介质管道需进行干燥后方可通入被测介质进行系统运转。
  
  系统调试时,主机系统应预先对各个测量点进行编码扫描,确保各仪表部件均在正常工作状态后方可进行功能性调试。功能性调试时,由主机系统对各仪表分别进行参数的读取,临界值报警试验等,然后进行控制数据的写入。逐一进行调试,并将相关数据发送到相关上机位进行分析。
  
  主机在系统各仪表调试完成后,可进行仪表终端单体PLC编程调试。PLC编程调试对仪表调试具有重要意义,它可在不影响主机工作状态的情况下,对单个仪表进行数据读取、参数写入和调整。现代PLC技术的发展,使其在电磁仪表调控中的应用显得更加方便,大部分的电磁流量计均可选购与其产品相配套的PLC编程控制器,通过专门的接口,可进行单个仪表的调试。
  
  调试完成后,应在连续的工况条件下进行24小时的不间断测量,观察其测量数据的稳定性、可靠性,并结合其它测量方式进行校对,直至系统各电磁仪表均能按设计要求运行,方可进行系统预验收。

5.电磁流量计的选型
  
  5.1口径选择
  
  选择电磁流量计时一般通过流体的性质、流速等因素来确定其选用口径。
  
  一般而言,当管道流速在0.5~1.5m/s为经济流速,若流体介质对侧壁磨损性较小,建议长期流速大于3m/s,但应小于7m/s,此时可选取小于管径的流量计。
  
  5.2内衬材料选择
  
  电磁流量计主要用于测量流体物质的流量,而根据被测物质的腐蚀性、磨损性、温度及凝结性等特点,应选择不同内衬材料的流量计[2]。
  
  电磁流量计通常所用的内衬材料及其特点分述如下。
  
  1)天然橡胶,其耐温范围为-10℃~70℃,耐磨损、绝缘性能好,耐腐蚀性能一般。
  
  2)氯丁橡胶,较天然橡胶具有更好的弹性,也更耐磨,但耐寒性较差。
  
  3)聚氨脂橡胶,适用温度较天然橡胶更低,可达-25℃。
  
  4)丁晴橡胶,较天然橡胶更耐高温,更耐磨,弹性较差,但耐油性能相当好。
  
  5)聚四氟乙烯,是塑料的一种,它耐酸、碱性能极好,但对部分液态氟、氧、臭氧等非常态物质的腐蚀及负压等抵抗力较差,耐磨损性能也较差。
  
  5.3电极材料的选择
  
  电磁流量计的电极装于其管道内壁,与被测物质直接接触,故应根据被测物质的腐蚀性选定。一般用于制造电极的材料包括:钛(Ti),耐强酸性;钽(Ta),测量精度高;铂-铱(Pt-Yi)合金,耐腐蚀能力强;哈氏合金C(HC),可用于高温次氯酸盐、硫酸、硝酸的测量;316L,耐腐蚀能力一般,但价格低廉。
  
  在选择电磁流量计时,应根据测量的精密度要求、被测物腐蚀性、价格承受能力来进行电极材料的选取[3]。
  
  5.4其它参数的选择
  
  电磁流量计的选择还应考虑防护等级、连接法兰及电缆等因素。
  
  电磁流量计的连接法兰选择应根据管道确定,特别对于腐蚀性流体管道,不允许随意对管道进行现场加工焊接,应慎重选择。

6.总结  
  通过电磁流量计在工业管道控制系统的应用,在仪表的选型、安装工艺的调整、试验等方面进行总结,为提高工业管道控制系统中电磁仪表安装、调试的成功率积累了一定的技术经验,为工业管道控制系统更高程度的集成化、自动化提供了实践经验。

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