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电磁流量计

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电磁流量计使用中常见和罕见故障例

来源:作者:发表时间:2018-08-23 09:53:12

 摘  要  将电磁流量计在使用中发生的故障经归纳划分为调试期故障和运行期故障两大类 ,并按产生原因从安装 、环境条件和流体特性等方面作扼要论述 。最后列举了管道强杂散电流 、强无线电波干扰 、积聚空气 、淤泥沉淀层和电极材料等 10 个使用故障实例和解决办法 。
 
1  故障类型
本文讨论的仪表故障不是指电磁流量计(以下简称 电磁流量计(EMF))本身元器件损坏等引起的故障, 而是指安装不妥 、选用不当等应用技术,以及环境条件和流体特性方面造成输出晃动等不正常现象或仪表损坏。电磁流量计(EMF)使用中的故障可分为两种类型:初始装用试运行时出现的调试期故障和正常运行一段时期后出现的运行期故障。这些故障中有些是出现频度颇高的常见故障,而有些是难得遇到的罕见故障 。罕见故障中 ,个别故障原因对某有 30余年售后服务经验的 电磁流量计(EMF) 制造厂来讲亦仅遇到1~ 2次 。
 
2  调试期故障
每当 电磁流量计(EMF) 安装 、调试时这类故障就会发生, 但一经改进排除故障后, 在相同条件下一般不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响等三方面原因。
 
2.1  安装方面
通常是因电磁流量传感器安装位置不正确所引起的故障,常见实例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点 ;流量传感器后无背压 ,液体迳直排入大气 ,形成其测量管内非满管 ;装在自上向下流的垂直管道上,可能出现排空等 。
 
2.2  环境方面
主要是指管道杂散电流干扰、空间电磁波干扰 、大电机磁场干扰等 。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量 ,但如遇管道有强杂散电流(如电解车间管道)亦不一定能克服, 须采取流量传感器与管道绝缘的措施(见下文实例 1)。空间电磁波干扰会从信号电缆引入 , 通常采用单层或多层屏蔽予以保护,但也曾遇到屏蔽保护还不能克服(见实例 2)。
 
2.3  流体方面
液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,唯所测得体积流量是液体和气体两者之和 ,气泡增大会使输出信号波动, 若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面 ,使电极信号回路瞬时断开,输出信号将产生更大波动 。
 
低频(50/8 ~ 50/4Hz)矩形波激磁 电磁流量计(EMF) 测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声 ,输出信号亦会有一定程度波动。
 
两种或两种以上液体作管道混合工艺时 ,若两种液体电导率(或各自与电极间电位)有差异 , 在混和未均匀前即进入流量传感器进行流量测量 , 输出信号亦会产生波动。
 
电极材质与被测介质选配不善, 产生钝化或氧化等化学作用,电极表面形成绝缘膜 ,以及电化学和极化现象等均会妨碍正常测量(见实例 5)。
 
3  运行期故障
电磁流量计(EMF) 经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障 。常见故障原因有:流量传感器内壁附着层,雷电击 ,环境条件变化
 
3.1  内壁附着层
由于用 电磁流量计(EMF) 测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其它流量仪表多, 出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高 。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号, 只是改变流动面积 ,若附着层厚度不均匀将形成测量误差的隐性故障 ;若是高电导率附着层, 电极间电动势将被短路 ;若是绝缘性附着层, 电极表面被绝缘而断开测量电路 。后两种现象均会使仪表无法工作(见实例 4、5)。
 
3.2  雷电击
雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流, 进入仪表就会损坏仪表 。某生产厂近年在现场维修中,遇到若干次属于雷电造成的故障。雷电击损 电磁流量计(EMF) 有 3条引入途径:电源线 、传感器与转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析, 引起故障的感应高电压和浪涌电流绝大部分是从控制室电源线路引入的 ,其它两条途径可谓绝无仅有 。还从发生 电磁流量计(EMF) 雷击事故现场了解到, 不仅 电磁流量计(EMF) 出现故障,控制室中其它仪表也常常同时出现雷击事故 。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现在已有若干设计单位认识和探索解决这一问题,如齐鲁石化设计院[ 1]。
 
3.3  环境条件变化
主要原因同上节调试期故障环境条件 , 只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的 电磁流量计(EMF) , 调试期因无干扰源 , 仪表运行正常 ,然而在运行期出现新干扰源(例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊)干扰仪表正常运行 ,出现输出信号大幅度波动。
 
4  故障实例
4.1  管道强杂散电流 [ 2]
浙江省某市自来水公司安装 2 台 DN900mm 大管径电磁流量计(EMF) ,于 1997 年启用 。其中 1 台运行正常 ,另 1 台在1 ~ 2 小时周期内 ,仪表输出出现 0~ 50%满度值幅度波动的不正常现象。分析管网运行状况 , 排除了流动波动的可能性 ,认为是流量测量方面的问题 。勘察现场, 电磁流量计(EMF) 安装、电气连接和接地保护基本符合要求 。与流量传感器连接的管道是有水泥衬里的钢管, 流量传感器上下游紧接一段长 0.5m 的无衬里短钢管代替接地环。转换器和传感器相距约 10m。有一几百 kVA 的三相变压器装在 电磁流量计(EMF) 附近, 它离电磁流量传感器和转换器的距离分别约为 8m 和2m 。
 
分析原因有以下两种可能性:①大功率变压器产 生的磁场干扰;②管道上杂散电流干扰 。要证明是否是变压器磁场干扰影响, 因要关闭变压器涉及面广 ,安排为第二步检查 ,首先检查是否是管道杂散电流干扰。在不加激磁电流情况下测量两电极间电势 , 其值应该为零, 而本实例测得波形畸变的交流电势 ,峰值 V pp 高达1V。初步判断管网上杂散电流是主要原因。
 
采取使电磁流量传感器与其连接管道间电气绝缘的措施,这样流量传感器与管道电气绝缘而与被测水流处于同电位。电磁流量计(EMF) 投入运行输出显示稳定正常, 同时排除了电力变压器磁场干扰影响的可能性 。间接验证了相隔 8m 的数百 kVA 的电力变压器对 电磁流量计(EMF) 的影响,在通常情况下可以忽略。这一措施也可在有阴极保护电流管网上 ,作为排除电流干扰影响的方法。
 
本实例属调试期故障 ,虽是罕见故障,但在一些相仿的应用场所, 有可能出现同样故障。
 
4.2  强无线电波干扰
福建省某市水厂装用数台 电磁流量计(EMF) 测量水的流量。其中 1台流量传感器与转换器相距 50m, 两者以置于铁管内的屏蔽电缆相连 。用户反映该 电磁流量计(EMF) 输出大幅度晃动 。经检查仪表本身完好正常, 但在现场测得共模干扰信号却高达 1.7V。分析干扰来源 ,可能原因之一是管道上有大杂散电流。先采取排干扰源措施, 即按上一实例的方法将电磁流量传感器浮空不接地, 与管道间电气隔离 ,流量传感器上下游管道间则用粗导线跨接。复测共模干扰信号有所降低, 但仍有 0.6V。显然还存在其它干涉源影响着仪表正常运行 。
 
再分析现场环境状况, 还有哪些干扰源 ? 得悉距水厂数十米处有强无线电发射台, 强电磁波是否为另一干扰源? 传感器和转换器均有金属保护外壳 ,信号电缆又设置在铁管内, 应该具有良好的保护性 。但进一步分析认为 50m 长的信号电缆还是有可能引入干扰信号 。为证实这一分析原因是否存在 , 将转换器移至传感器附近, 连接电缆长度缩短到仅 3m, 复测共模干扰信号小于 0.1V, 虽还觉偏大, 但仪表运行趋于正常,可认为该故障得到了排除 。
 
本实例揭示 ,分离型 电磁流量计(EMF) 在现场有较大共模干扰时,分析故障原因应考虑强无线电波是否干扰的可能性。本实例属调试期罕见故障 。
 
4.3  原水输水管积聚空气
近年国家为加强用水管理 ,推动计划和节约用水,要向水资源汲水者计量收费。因此用 电磁流量计计量江河原水日益增多。经验证明从江河汲取的原水 ,在输水管道上部会积聚气泡。例如 1997 年检查上海某水厂从黄浦江汲取原水装用 DN1600mm 电磁流量计(EMF) 时, 发现流量传感器测量管内壁顶部有周长 300~ 400mm 明显积聚气层的痕迹, 减少了约 0.3%流通面积, 影响流量测量值还不太大。
 
人们已注意到原水易积聚气体问题 ,称之“窝气”问题。为消除窝气对流量测量的影响, 要求在流量仪表上游适当位置(例如 5~ 30倍管径距离,取决于流量仪表品种)装排气阀 [ 3] 。哈尔滨自来水公司曾测定气体排放前后流量测量值的变化。 超声流量计装在DN600mm管道上 , 仪表前置有自动排气阀 , 排气阀每隔一段时间自动排气数分钟, 每小时排气数次 。排气前后流量值竟相差 9.57%[ 4], 窝气现象比前一实例严重得多。但尚有部分人士还未认识此隐性故障的严重性,许多新设计水厂的原水输水管测量点上游仍未装集气包和自动排气阀 。
 
4.4  沉积层
上海某水厂从30 余 km 外的黄浦江上游以矩形管引水 ,再以 2 根 DN1600mm 圆管泵送原水进厂 ,用 2 台DN1600mm 三畅电磁流量计(EMF) 计量水量。1991 年启用使用正常, 但到1993 年感到计量减少,经检查排除了仪表开放部分的故障原因;检查流量传感器两电极对地电阻值不对称,分析流量传感器出现故障的可能性较大, 因不能断流而无法检查隐蔽部分。直到 1997 年 4 月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况 , 内壁沉积淤泥最厚处超过 10mm, 电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖,与周围淤泥层平齐。经铲刷清洗后 ,仪表即恢复正常运行。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致 。本实例向人们揭示 , 原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥 ,是否影响测量只是时间长短而已 ,本例水质条件运行 3 年已感到流量测量值减少。为此,测量江河原水的 电磁流量计(EMF) 必须要定期清洗。超声流量计和文丘利管流量计等其它流量仪表, 至少同样有沉积层减小流通面积影响测量精度问题, DN1600mm 管沉积10mm 流量值要变化 1.2%~ 2.5%。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策 , 例如提高测量位置流速以延长清洗周期;预置进入管内清洗的检查孔等 。本实例属运行期常见故障 。
 
4.5  导电沉积层短路效应例
电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质, 流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积,本类故障通常不会出现在调试期而要运行一段时期后才显现出来 。
 
在某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上,用 DN80mm SCLDE系列电磁流量计(EMF) 测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常 ,间断使用两个月后 ,发现流量示值越来越小 , 直至接近于零。现场检查 ,发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈 ,擦试清洁后仪表运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。
 
本实例属运行期故障 ,虽非常见故障,然而若黑色金属管道锈蚀严重, 有出现本类故障的可能性 。
 
4.6  电极材料不适应介质例
电极材料对介质适应性的选择, 首先考虑的是耐腐蚀性。有时候一种电极材料对某一介质的耐腐蚀性是无懈可击,但却因产生电极表面效应而无法工作 ,需另择其它电极材料。本类实例属调试期常见故障 。下文例举若干非腐蚀原因电极不适用实例 。
 
① 盐酸—哈氏合金 B
哈氏合金 B 对温度 、浓度不高的盐酸是有耐腐蚀性的 ,已有若干应用良好的实例,然而当盐酸的浓度超过某值时会产生噪声 。我们曾在现场做过改变盐酸浓度的试验 , 浓度逐渐增加, 超过 15%~ 20%时仪表输出随之晃动起来 ,浓度达到 25%输出晃动高达 20%。对这类使用场所改用钽电极后故障迎刃而解。硝酸、硫酸等酸液也有相似效应的实例。
 
② 硫酸铝液—哈氏合金 B
水厂常用硫酸铝液与原水混和以凝聚悬浮体, 混合配比采用三畅电磁流量计(EMF) 测量硫酸铝液, 选用耐酸钢电极即可获得满意的结果 。我们曾遇到测量 15%硫酸铝偶然使用哈氏合金 B 电极 电磁流量计(EMF) 的实例 ,使用过程中也出现输出晃动现象, 后改用耐酸钢电极 ,工作即趋正常 。
 
③ 盐酸—铂铱合金
铂铱合金电极或铂电极对盐酸有良好的耐腐蚀性,铂电极 电磁流量计(EMF) 多处用于测量盐酸获得满意的结果。然而测量浓度较高的盐酸(10%以上)却产生严重的噪声,应改用钽电极。
 
④ 过氧化氢(双氧水)—铂
铂电极用于测量压力低于 0.3MPa 的低压过氧化氢,由于触媒作用会在电极表面产生气雾,阻断了流量信号电气通路而影响工作 。
 
⑤ 水溶液和“非酸”液—钽
钽对水是绝对耐腐蚀的 。但若使用钽电极 电磁流量计(EMF)测量水溶液流量 ,钽电极表面会形成绝缘层, 使仪表失灵或运行一短时期后出现很大噪声 。氢氧化钠等碱液亦不能选用钽电极。在工艺流程中即使是极短时间钽电极与水或“非酸”液接触 ,如用水清洗管道, 均会影响仪表正常使用。
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