因安裝問題和現(xiàn)場情況導(dǎo)致的淡水流量計故障的分析
點擊次數(shù)：2842 發(fā)布時間：2021-09-08 01:42:13
摘要：本文主要講述了淡水流量計故障類型，以及在丙烯酸裝置中因為安裝問題和現(xiàn)場情況導(dǎo)致的淡水流量計故障的分析，從而幫助用戶對淡水流量計安裝的有關(guān)問題能有更加深刻的認(rèn)識。
1、淡水流量計原理與結(jié)構(gòu)
1.1概述
淡水流量計(以下簡稱EMF)是利用法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來**范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)的5%～6.5%。70年代以來出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用。
1.2原理與機構(gòu)
EMF的基本原理是法拉*電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如下式：E=kBDV
式中：E---感應(yīng)電動勢，即流量信號，V；
k---系數(shù)；
B---磁感應(yīng)強度，T；
D---測量管內(nèi)徑，m；
V---平均流速，m/s。
設(shè)液體的體積流量為，則式中：k---儀表常數(shù)，k=4KB/πD。EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
2、淡水流量計故障類型
電磁流量汁運行中產(chǎn)生故障的*一類為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障；*二類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結(jié)垢等。本文重點討論的是應(yīng)用方面和上述*二類外界原因的故障。按照故障發(fā)生時期分類，可分為：①調(diào)試期故障；②運行期故障。調(diào)試期故障出現(xiàn)在新裝用后調(diào)試初期，主要原因是儀表選用或設(shè)定不當(dāng)，安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時期后出現(xiàn)，主要原因有流體中雜質(zhì)附著電極襯里，環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。按故障外界源頭分析來自3個方面：①管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的；②環(huán)境方面引起的；③流體方面引起的。來源①主要在調(diào)試期表現(xiàn)出來；來源②和③則在調(diào)試期和運行期均會出現(xiàn)。
2.1調(diào)試期故障
本類故障在淡水流量計初始裝用調(diào)試時就出現(xiàn)，但一經(jīng)改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現(xiàn)。常見調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響3方面原因。
2.1.1管道系統(tǒng)和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點；流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內(nèi)非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空等。
2.1.2環(huán)境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)信號電纜引入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服。
2.1.3流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產(chǎn)生更大波動。低頻(50/16Hz～50/6Hz)矩形波激磁淡水流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產(chǎn)生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導(dǎo)率(或各自與電極間電位)有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產(chǎn)生波動。電極材質(zhì)與被測介質(zhì)選配不善，產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等，均會妨礙正常測量。
2.2運行期故障
經(jīng)初期調(diào)試并正常運行一段時期后在運行期間出現(xiàn)的故障，常見故障原因有：流量傳感器內(nèi)壁附著層，雷電擊，環(huán)境條件變化。
2.2.1內(nèi)壁附著層
由于淡水流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠(yuǎn)比其他流量儀表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。
2.2.2雷電擊
雷電擊在線路中感應(yīng)瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線，傳感器勺轉(zhuǎn)換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場了解到，不僅淡水流量計出現(xiàn)故障，控制室中其他儀表電常常同時出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認(rèn)識設(shè)置控制室儀表電源線防雷設(shè)施的重要性。
2.2.3環(huán)境條件變化
主要原因同上節(jié)調(diào)試期故障環(huán)境方面，只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的淡水流量計，調(diào)試期因無廠擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現(xiàn)新干擾源(例如測量點附近管道或較遠(yuǎn)處實施管道電焊)干擾儀表正常運行，出現(xiàn)輸出信號大幅度波動。
3、丙烯酸裝置中淡水流量計簡介及故障分析
3.1淡水流量計簡介
丙烯酸裝置中采用的一種淡水流量計，其為淡水流量計是基于數(shù)十年現(xiàn)場經(jīng)驗實踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作?？筛鼡Q電極和電極粘污度診斷功能的結(jié)合大大提高了系統(tǒng)可維護性。LDE采用能消除流體噪音的“雙頻勵磁法”和為惡劣環(huán)境下使用新增的可選“增強型雙頻勵磁法”，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。
3.2淡水流量計的安裝問題
3.2.1直管段長度問題
為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游要有一定長度直管段，但其長度與大部分其他流量儀表相比要求較低。90°彎頭、T形管、全開閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線(不是傳感器進口端連接面)5倍直徑(5D)長度的直管段，不同開度的閥則需10D；下游直管段為2～3D或無要求；但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內(nèi)。各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長度亦不一致，這是由于為保證達到當(dāng)前0.5級精度儀表的要求。
3.2.2安裝位置和流動方向問題
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體*好垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴(yán)重，低流速時固相沉淀等缺點。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于地步的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。
3.3強流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的淡水流量計，其安裝位置如圖1所示。淡水流量計安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長度均符合要求。但裝置投運后，很長時間工作不正常。從DCS趨勢圖上看出流量波動很大，趨勢圖雜亂，而經(jīng)反復(fù)檢查，儀表安裝，電極及接地均無問題。后又檢查工藝上游工業(yè)管道安裝的情況，主管道的流束由三股流束F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3組成，其中F3來自一個高位槽，和淡水流量計安裝位置標(biāo)高差了約20m。而D段管道長約1m，H段管道長約1.5m。F3流束從高位槽下來后，由于其巨大的位能轉(zhuǎn)還成動能，使得F3未能和F1，F(xiàn)2混合好而直接穿過淡水流量計，也即有2種不同流束的流體穿過淡水流量計。這股流束形成了對主流體的干擾，使淡水流量計指示紊亂波動。找到原因后，將淡水流量計從A位置移到B位置，B位置距原管道彎曲部分約2m。改進安裝位置后，這一難題終于得到解決。
3.4容器內(nèi)部局部阻力變化對流量的干擾
丙烯酸裝置內(nèi)有一臺淡水流量計，其原安裝位置如圖2所示。淡水流量計其前后直管段長度及接地均符合要求，但是開車后流量示值一直跳動，且查不出來原因。一個偶然的機會，母液罐的攪拌器停止運行后卻發(fā)現(xiàn)淡水流量計示值穩(wěn)定了。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，此攪拌器示側(cè)壁安裝，且位置距淡水流量計管線出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。淡水流量計出口到容器壁的距離D1約1.5m，由于距離太短，攪拌波浪使管道出口的壓力波動，從而使淡水流量計出口流速不穩(wěn)，使淡水流量計示值產(chǎn)生跳動。后將淡水流量計從A位置移到B位置，距原安裝約10m，淡水流量計才得以正常運行。
4、總結(jié)
丙烯酸裝置中，在淡水流量計現(xiàn)實安裝中遇到了很多問題，經(jīng)過筆者不斷地學(xué)習(xí)和對有經(jīng)驗師傅的請教，從而對淡水流量計安裝的有關(guān)問題有了較為深刻認(rèn)識。
1、淡水流量計原理與結(jié)構(gòu)
1.1概述
淡水流量計(以下簡稱EMF)是利用法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來**范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)的5%～6.5%。70年代以來出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用。
1.2原理與機構(gòu)
EMF的基本原理是法拉*電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如下式：E=kBDV
式中：E---感應(yīng)電動勢，即流量信號，V；
k---系數(shù)；
B---磁感應(yīng)強度，T；
D---測量管內(nèi)徑，m；
V---平均流速，m/s。
設(shè)液體的體積流量為，則式中：k---儀表常數(shù)，k=4KB/πD。EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
2、淡水流量計故障類型
電磁流量汁運行中產(chǎn)生故障的*一類為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障；*二類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結(jié)垢等。本文重點討論的是應(yīng)用方面和上述*二類外界原因的故障。按照故障發(fā)生時期分類，可分為：①調(diào)試期故障；②運行期故障。調(diào)試期故障出現(xiàn)在新裝用后調(diào)試初期，主要原因是儀表選用或設(shè)定不當(dāng)，安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時期后出現(xiàn)，主要原因有流體中雜質(zhì)附著電極襯里，環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。按故障外界源頭分析來自3個方面：①管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的；②環(huán)境方面引起的；③流體方面引起的。來源①主要在調(diào)試期表現(xiàn)出來；來源②和③則在調(diào)試期和運行期均會出現(xiàn)。
2.1調(diào)試期故障
本類故障在淡水流量計初始裝用調(diào)試時就出現(xiàn)，但一經(jīng)改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現(xiàn)。常見調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響3方面原因。
2.1.1管道系統(tǒng)和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點；流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內(nèi)非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空等。
2.1.2環(huán)境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)信號電纜引入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服。
2.1.3流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產(chǎn)生更大波動。低頻(50/16Hz～50/6Hz)矩形波激磁淡水流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產(chǎn)生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導(dǎo)率(或各自與電極間電位)有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產(chǎn)生波動。電極材質(zhì)與被測介質(zhì)選配不善，產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等，均會妨礙正常測量。
2.2運行期故障
經(jīng)初期調(diào)試并正常運行一段時期后在運行期間出現(xiàn)的故障，常見故障原因有：流量傳感器內(nèi)壁附著層，雷電擊，環(huán)境條件變化。
2.2.1內(nèi)壁附著層
由于淡水流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠(yuǎn)比其他流量儀表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。
2.2.2雷電擊
雷電擊在線路中感應(yīng)瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線，傳感器勺轉(zhuǎn)換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場了解到，不僅淡水流量計出現(xiàn)故障，控制室中其他儀表電常常同時出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認(rèn)識設(shè)置控制室儀表電源線防雷設(shè)施的重要性。
2.2.3環(huán)境條件變化
主要原因同上節(jié)調(diào)試期故障環(huán)境方面，只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的淡水流量計，調(diào)試期因無廠擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現(xiàn)新干擾源(例如測量點附近管道或較遠(yuǎn)處實施管道電焊)干擾儀表正常運行，出現(xiàn)輸出信號大幅度波動。
3、丙烯酸裝置中淡水流量計簡介及故障分析
3.1淡水流量計簡介
丙烯酸裝置中采用的一種淡水流量計，其為淡水流量計是基于數(shù)十年現(xiàn)場經(jīng)驗實踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作?？筛鼡Q電極和電極粘污度診斷功能的結(jié)合大大提高了系統(tǒng)可維護性。LDE采用能消除流體噪音的“雙頻勵磁法”和為惡劣環(huán)境下使用新增的可選“增強型雙頻勵磁法”，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。
3.2淡水流量計的安裝問題
3.2.1直管段長度問題
為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游要有一定長度直管段，但其長度與大部分其他流量儀表相比要求較低。90°彎頭、T形管、全開閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線(不是傳感器進口端連接面)5倍直徑(5D)長度的直管段，不同開度的閥則需10D；下游直管段為2～3D或無要求；但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內(nèi)。各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長度亦不一致，這是由于為保證達到當(dāng)前0.5級精度儀表的要求。
3.2.2安裝位置和流動方向問題
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體*好垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴(yán)重，低流速時固相沉淀等缺點。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于地步的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。
3.3強流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的淡水流量計，其安裝位置如圖1所示。淡水流量計安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長度均符合要求。但裝置投運后，很長時間工作不正常。從DCS趨勢圖上看出流量波動很大，趨勢圖雜亂，而經(jīng)反復(fù)檢查，儀表安裝，電極及接地均無問題。后又檢查工藝上游工業(yè)管道安裝的情況，主管道的流束由三股流束F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3組成，其中F3來自一個高位槽，和淡水流量計安裝位置標(biāo)高差了約20m。而D段管道長約1m，H段管道長約1.5m。F3流束從高位槽下來后，由于其巨大的位能轉(zhuǎn)還成動能，使得F3未能和F1，F(xiàn)2混合好而直接穿過淡水流量計，也即有2種不同流束的流體穿過淡水流量計。這股流束形成了對主流體的干擾，使淡水流量計指示紊亂波動。找到原因后，將淡水流量計從A位置移到B位置，B位置距原管道彎曲部分約2m。改進安裝位置后，這一難題終于得到解決。
3.4容器內(nèi)部局部阻力變化對流量的干擾
丙烯酸裝置內(nèi)有一臺淡水流量計，其原安裝位置如圖2所示。淡水流量計其前后直管段長度及接地均符合要求，但是開車后流量示值一直跳動，且查不出來原因。一個偶然的機會，母液罐的攪拌器停止運行后卻發(fā)現(xiàn)淡水流量計示值穩(wěn)定了。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，此攪拌器示側(cè)壁安裝，且位置距淡水流量計管線出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。淡水流量計出口到容器壁的距離D1約1.5m，由于距離太短，攪拌波浪使管道出口的壓力波動，從而使淡水流量計出口流速不穩(wěn)，使淡水流量計示值產(chǎn)生跳動。后將淡水流量計從A位置移到B位置，距原安裝約10m，淡水流量計才得以正常運行。
4、總結(jié)
丙烯酸裝置中，在淡水流量計現(xiàn)實安裝中遇到了很多問題，經(jīng)過筆者不斷地學(xué)習(xí)和對有經(jīng)驗師傅的請教，從而對淡水流量計安裝的有關(guān)問題有了較為深刻認(rèn)識。
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