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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)冷卻水量的電磁流量計(jì)都分布在高爐現(xiàn)場(chǎng)高溫高濕的惡劣環(huán)境中,因此測(cè)量精度受環(huán)境及被測(cè)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(chǎng)中切割磁力線,在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖所示,在一內(nèi)徑為D,內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為B的非導(dǎo)磁性測(cè)量管內(nèi),液態(tài)的具有導(dǎo)電性被測(cè)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(shì)U,該電勢(shì)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(duì)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(shì)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(cè)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(cè)出感應(yīng)電勢(shì)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(duì)電磁流量計(jì)使用中常見故障的成因、檢測(cè)判別方法以及對(duì)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(cè)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(chǎng)或電場(chǎng)、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(cè)量不準(zhǔn)或測(cè)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(jiǎn)單的判斷方法是當(dāng)遇到測(cè)量值波動(dòng)時(shí),可切斷磁場(chǎng)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(cè)量電極電阻,可測(cè)量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高。解決方法:對(duì)于被測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量存在著很大的測(cè)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(cè)量回路實(shí)際處于開路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測(cè)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(cè)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(chǎng)上也有能夠在非滿管情況下測(cè)量的電磁流量計(jì)。
3)電極腐蝕。因電極腐蝕而造成測(cè)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(cè)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(duì)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(jiǎn)單,若被測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),則信號(hào)電勢(shì)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(cè)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(cè)介質(zhì),則測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(cè)量誤差甚至不能穩(wěn)定工作,使用時(shí)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè),若缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)時(shí),則可用電導(dǎo)率儀取樣測(cè)定。若沒有配備電導(dǎo)率儀,最簡(jiǎn)單的方法可以用萬用表測(cè)出液體的電阻,再用同樣的方法測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)普通自來水的電阻,比較兩者的測(cè)試結(jié)果。對(duì)于液體電導(dǎo)率過低產(chǎn)生的測(cè)量誤差解決方法:電導(dǎo)率過低超出了儀表所容許的測(cè)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�？蓪�(dǎo)致測(cè)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)應(yīng)用表明,強(qiáng)磁場(chǎng)干擾會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)回路飽和及外部磁:場(chǎng)進(jìn)入電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)回路并形成雜散磁場(chǎng)而影響輸出信號(hào)的線性度。電場(chǎng)干擾則是由于噪聲破壞測(cè)量管內(nèi)的電勢(shì)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(chǎng)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(duì)電場(chǎng)干擾,可在先不加激磁電流時(shí)用示波器測(cè)量?jī)蓸O間的電勢(shì),其值應(yīng)為零，如測(cè)得有交流電勢(shì),則可判別為漏電流等電場(chǎng)干擾。解決方法:防止磁場(chǎng)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(chǎng)源。強(qiáng)電場(chǎng)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(cè)量值變大或變小,或者是不停地波動(dòng),且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)地絕緣下降,引起倍號(hào)衰減,最終是測(cè)量結(jié)果偏小。
②信號(hào)電纜接地處按觸電阻變大,使測(cè)量值變小,若該接觸電阻不穩(wěn)定,則測(cè)量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾。
③勵(lì)磁線圈對(duì)地絕緣下降,造成測(cè)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(cè)量結(jié)果偏小。
⑤信號(hào)線.勵(lì)磁線對(duì)地絕緣性能下降,使得測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)于勵(lì)磁回路電纜的故障,儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場(chǎng)的勵(lì)磁回路電阻測(cè)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(duì)于由于信號(hào)線、勵(lì)磁線對(duì)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(cè)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(duì)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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