電磁流量計的使用及故障處理

任 濤，布云雷

（鄭州市污水凈化有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

近年來，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，污水處理行業(yè)已經(jīng)成為國家建設(shè)的重要組成部分，各污水處理企業(yè)對進(jìn)入廠區(qū)的污水計量準(zhǔn)確程度要求也進(jìn)一步加強(qiáng)。計量設(shè)備主要以電磁流量計和超聲波流量計為主，管道式電磁計量以其運行穩(wěn)定、數(shù)值讀取準(zhǔn)確等優(yōu)點廣受青睞。考慮到電磁流量計的運行工況和密封要求，管道式流量計主體多為全密封式設(shè)計。本文介紹了某污水處理廠E+H 5L4CT8-1202/0 型進(jìn)水流量計的使用與維修經(jīng)驗。

1 電磁流量計測量原理

管道式流量計測量原理如圖1 所示。流動的介質(zhì)相當(dāng)于運動的導(dǎo)體，其感應(yīng)電壓Ue與介質(zhì)流速V 成比例關(guān)系，通過兩個測量電極加載在放大器上。并可以根據(jù)管道橫截面積A 計算體積流量Q。

圖1 管道式電磁流量計測量原理

感應(yīng)電壓的計算公式為：

體積流量的計算公式為：

其中，Ue為感應(yīng)電壓，B 為磁場強(qiáng)度，L 為電極間距，I 為電流，V 為流速。

2 電磁流量計主要組成

本文以E+H 5L4CT8-1202/0 型集成流量計為例進(jìn)行介紹，其主要組件有變送器、磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、殼體、襯里、連接電纜等（圖2）。

圖2 電磁流量計主要組件

（1）磁路系統(tǒng)：用來產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場。直流磁路用永磁體來實現(xiàn)，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，受交流磁場的干擾較少。直流磁場容易造成測量導(dǎo)管內(nèi)電解液極化，負(fù)極被正離子包圍，正極被負(fù)離子包圍，兩個電極之間內(nèi)阻增大，影響測量設(shè)備的準(zhǔn)確性，所以一般采用交流磁場。

（2）測量導(dǎo)管：用于被測導(dǎo)電介質(zhì)通過，一般選擇低導(dǎo)熱性、低導(dǎo)電性低，同時具備一定機(jī)械強(qiáng)度的材料，例如玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料、鋁材、不銹鋼等。

（3）電極：反饋與被測電位成正比的感應(yīng)電動勢信號。電極一般采用非磁性304 或316 不銹鋼制成，要求與流量計襯里結(jié)合平整，保證流體流動順暢。其最佳安裝位置是管道垂直方向，應(yīng)防止其被藥劑、泥砂等介質(zhì)覆蓋，影響其精度。

（4）外殼：由鐵磁材料制成，保證其磁通量的穩(wěn)定性，同時可以隔絕周圍磁場的干擾。

（5）內(nèi)襯：在流量計測量導(dǎo)管內(nèi)側(cè)及法蘭密封面上，擁有一層完整的電氣絕緣內(nèi)襯。它與被測介質(zhì)直接接觸，其作用是增強(qiáng)測量導(dǎo)管的耐酸堿性，其材料多數(shù)為耐腐蝕、耐高溫、耐磨的硬質(zhì)橡膠、聚氨酯、聚四氟乙烯塑料等。

（6）變送器：作用是將感應(yīng)電動勢信號放大成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號并抑制主要干擾信號。

（7）連接電纜：包括電極電纜及供電電纜，其敷設(shè)應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備和開關(guān)部件，電纜屏蔽層必須兩端接地，確保滿足EMC 要求。

3 電磁流量計故障類型及檢查流程

以E+H 5L4CT8-1202/0 型分體式流量計為例，介紹流量計內(nèi)部結(jié)構(gòu)及本體電極分布情況（圖3、圖4）。在流量計的使用過程中，常見故障有無流量信號輸出、輸出信號晃動等，檢查步驟如下。

圖3 流量計內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 本體電極分布情況

3.1 無流量信號輸出

檢查流程為：①檢查變送器電源是否通電、熔絲及各級電源是否正常，變送器內(nèi)部電路板是否正常、是否報錯；②勵磁和信號電纜是否導(dǎo)通、接線是否正確，電纜屏蔽層是否接地、電纜阻抗是否正常；③檢查本體電極及線圈的絕緣性、勵磁線圈是否完好、電極是否銹蝕、內(nèi)部接線是否斷線、襯里是否磨損；④被測液體與電極材料之間是否產(chǎn)生表面效應(yīng)，例如電化學(xué)和極化現(xiàn)象、觸媒作用形成氣霧等。

3.2 輸出信號晃動

檢查流程為：①檢查安裝電磁流量計傳感器的管系是否有脈動流動擾動源；②管體內(nèi)是否充滿液體、液體是否含有氣泡；③檢查變送器電源是否通電，熔絲及各級電源是否正常，變送器內(nèi)部電路板是否正常、是否報錯；④檢查傳感器是否可靠接地、是否有空間電場或磁場干擾，勵磁和信號電纜屏蔽層是否接地；⑤被測液體與電極材料之間是否產(chǎn)生表面效應(yīng)，如電化學(xué)和極化現(xiàn)象、觸媒作用形成氣霧等；⑥檢查本體電極及線圈的絕緣性、檢查勵磁線圈是否完好、電極是否銹蝕、內(nèi)部接線是否斷線、襯里是否磨損。

3.3 零點不穩(wěn)定

檢查流程為：①檢查安裝電磁流量計傳感器的管系是否有脈動流動擾動源；②管體內(nèi)是否充滿液體、液體是否含有氣泡；③檢查傳感器是否可靠接地、是否有空間電場或磁場干擾，勵磁和信號電纜屏蔽層是否接地；④液體電導(dǎo)率是否均勻、電極是否存在污染等問題；⑤信號回路絕緣性是否正常。

4 電磁流量計維修案例分析

保證管道式電磁流量計計量穩(wěn)定、準(zhǔn)確的工作從設(shè)計和安裝階段就開始進(jìn)行。流量計的安裝應(yīng)滿足其對前、后直管段的要求，應(yīng)保證流量計上游直管段長度≥5D（D 為管徑），下游直管段長度≥3D，以消除安裝位置造成的測量誤差，同時應(yīng)減少晃動、規(guī)避干擾源，且管道中不能出現(xiàn)非滿管、紊流等問題。如果流量計安裝現(xiàn)場不能滿足上述要求，就可能造成流量計計量波動。

結(jié)合故障案例進(jìn)行分析：1 號進(jìn)水流量計瞬時數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，在同工況下計量值與其他3 臺流量計數(shù)值對比有明顯偏差。4 臺流量計每日累計數(shù)據(jù)值見表1。

表1 各流量計單日累計統(tǒng)計 m3

由表1 可以看出，1 號流量計與其他3 臺流量計累計計值偏差較大，且數(shù)值波幅較大。對電磁流量計的變送器電路板（電源板、信號板、通信板）進(jìn)行檢測，對設(shè)備內(nèi)檢（heartbeat 心跳技術(shù)）等進(jìn)行校核，效果均不明顯?？紤]到數(shù)據(jù)傳輸電纜曾經(jīng)受過損傷，更換了連接電纜。

對測量傳感器本體絕緣情況進(jìn)行檢查，觀測絕緣阻值是否正常、電極是否銹蝕、線圈是否銹斷。1 號電磁流量計本體電極參數(shù)見表2。

表2 1 號電磁流量計本體電極參數(shù)（維修前）

由表2 可以看出，線圈和4 個電極對地絕緣性能均已嚴(yán)重超出出廠允許的誤差范圍，因此初步判定故障原因為絕緣下降。

根據(jù)管道式電磁流量計本體電極及線圈絕緣原理，基本判定是勵磁線圈和電極絕緣性能不良，導(dǎo)致測試結(jié)果顯示異常。搜集、查閱相關(guān)資料，并綜合考慮現(xiàn)場工況，認(rèn)為對直徑Φ1800 mm 流量計不能拆除維修。經(jīng)過充分討論，決定在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行維修，并制定出維修實施方案。

考慮到該管道流量計的防護(hù)等級為IP67，根據(jù)其本體內(nèi)部構(gòu)造確定開腔形式、位置、尺寸，在其上部開大窗（1500 mm×500 mm），以滿足保證電磁線圈在拆裝過程中不受損；中部左右電極位置開小窗（500 mm×500 mm），便于接線和再次密封；下部由于位置較低，很難操作，決定開大窗（1500 mm×1200 mm），便于狹窄空間開口和再次密封。

打開密封后，發(fā)現(xiàn)1 號電極位置有進(jìn)水現(xiàn)象，導(dǎo)致電磁線圈和電極安裝部位發(fā)生銹蝕、絕緣失效。對1 號電極進(jìn)行除銹處理并壓緊，對其他3 個電極安裝環(huán)進(jìn)行除銹，同時更換所有連接導(dǎo)線，再次測試電磁流量計本體電極參數(shù)（表3）。

表3 1 號電磁流量計本體電極參數(shù)（維修后）

由表3 可以看出，電極絕緣性能恢復(fù)至允許的誤差范圍內(nèi)。

電極絕緣性能修復(fù)后，按維修方案對其進(jìn)行復(fù)位，其中上蓋采取密封條加螺絲固定，下蓋和左右開口采取點焊固定強(qiáng)度，防水結(jié)構(gòu)膠填縫。對流量計本體進(jìn)行焊接及密封，設(shè)備功能已基本恢復(fù)。修復(fù)后的流量計從數(shù)據(jù)連續(xù)上觀察，1 號流量計的波動幅度和日累計值與其他3 臺流量計數(shù)據(jù)相差極小，說明設(shè)備功能已恢復(fù)正常，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 修復(fù)后各流量計單日累計統(tǒng)計 m3

5 結(jié)束語

管道式電磁流量計原理簡單，在一般情況下故障率極低，但因其防護(hù)等級較高，管道主體制造過程中又采用整體焊接工藝，導(dǎo)致維修人員往往不了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。出現(xiàn)故障后，很難維修人員快速找到故障原因。本文結(jié)合設(shè)備故障案例，根據(jù)故障現(xiàn)象逐步檢查判斷，發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備出現(xiàn)的問題。