電磁流量計因管道流體而導致運行故障及案例說明

    電磁流量計能夠做到對于流量的測量，管道內的液體介質的特性如何對于測量數據的影響是特別大的，尤其是如果不能做到滿管測量時，甚至沒有充足的液體流經電極，流量計就無法做到正常工作了。這一篇主要針對管道內流體的各種狀況做出分析。根據我們工程師的經驗，總結下來源自流體方面引起電磁流量計故障主要有：

1、液體中含有氣體，

2、液體中含有固體，

3、接觸件材料匹配失當，

4、電導率不均勻液體，

5、流動噪聲。

    液體中含有溶解氣體不會影響流量測量，游離氣體（即氣泡）則會影響測量并可能引起故障。液體中游離氣體有3方面來源：①管道內空氣未排凈，②從管系外吸入，③溶解氣體轉化。前二者上一小節已有所述，后者因管內液體溫度壓力變化等所致。

    在流程工業中管道液體壓力／溫度常會變動，當液體壓力降低或溫度升高，溶解氣體為轉化成游離氣泡．例如低于室溫液體，靜止在管道中滯留一段時期（如停車），所溶解空氣有可能轉化成氣泡；高于室溫液體靜止在兩端密閉的管道中逐漸冷卻收縮，形成局部真空，溶解空氣或氣化蒸氣形成氣泡。這樣形成的氣泡在流程重新開車初始階段往往會出現輸出晃動現象，運行一段時間即趨正常。控制閥開度很小時，易氣化液體有時會氣化，也會形成氣泡。

 

    液體中含有粉狀、顆粒、或纖維等固體，可能產生故障有：①漿液噪聲，②電極表面染污，③導電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里，④襯里被磨損或被沉積，改變流通面積。

    案例---導電沉積層短路效應 電磁流量傳感器測量管絕緣襯里表面若沉積導電物質，流量信號將被短路而儀表失效。由于導電物質是逐漸沉積，本類故障通常不會出現在調試期，而要運行一段時期后才顯示露出來。

    某柴油機廠工具車間電解叨削工藝試驗裝置上，用DN80mm儀表測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取佳切削效率。起初該儀表運行正常，間斷使用兩個月后，感到流量顯示值越來越小，直到流量信號接近為零。現場檢查，發現絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹，擦拭清潔后儀表就運行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。

    本實例屬運行期故障，雖非多見故障然而若黑色金屬管道銹蝕嚴重，沉積銹層，也會有此短路效應。凡是開始運行正常，隨著時間推移，流量顯示越來越小，就應分析有類故障的可能性。

    案例----淤泥沉積層上海某水廠從30余公里外的黃浦江上游以矩形管引水，再以兩DNl600mm圓管泵送原水進廠，用兩臺DNl600mm電磁流量計計量水量。1991年啟用，使用正常，但到1993年感到計量減少，經檢查排除了儀表開放部分的故障原因；檢查流量傳感器兩電極對地電阻值不對稱，分析流量傳感器出現故障的可能性較大，因不能斷流而無法檢查隱蔽部分。1997午4月才有機會進入管道檢查流量傳感器測量管內部狀況， 內壁沉積淤泥厚處超過10mm，電極表面亦被淤泥沉積層所覆蓋，與周圍淤泥層平齊。經鏟刷洗后，儀表運行即恢復正常。確認故障原因系內部管壁沉積淤泥所致。

    本實例向人們揭示，原水計量的流量儀表通道內壁總會沉積淤泥，是否影響測量只是時間長短而已，本例水質條件運行3年已感到流量測量值減少。為此測量江河原水電磁流量計必須要定期清洗。其他流量儀表如超聲流量計和文丘利管流量計至少同樣有沉積減小流通面積，影響測量精度的問題，DNl600mm管沉積10mm流量值要變化1.2％－2.5％。同時在工程設計時要考慮長期運行沉積淤泥影響的對策，例如：提高測量位置流速以延長清洗周期；預置進入管內清洗的檢查孔等。本實例屬運行期常見故障

 

    與液體接觸件材料產生匹配失當故障的有電極與接地環。匹配失當除耐腐蝕問題外，主要是電極表面效應。表面效應有：①化學反應（表面形成鈍化膜等），②電化學和極化現象（產生電勢），③觸媒作用（電極表面生成氣霧等），前文第三節已有所述（見第10頁）。接地環也有這些效應，但影響程度要小些。

    案例---上海某化工（冶煉廠用20余臺哈氏合金B電極電磁流量計測量濃度較高鹽酸溶液，出現輸出信號不穩的晃動現象。現場檢查確認儀表正常，也排除了會產生輸出晃動的其他干擾原因。但是在多處其他用戶用哈氏合金BI乜極化表測量鹽酸時運行良好。在分析故障原因是否叮能由鹽酸濃度差別上引起的，因當時尚無鹽酸濃度對電極表面效應影響方面的經驗，尚不能作出判斷。為此儀表制造廠和使用單位-起利用化工廠現場條件，做改變鹽酸濃度的實流試驗。鹽酸濃度逐漸增加，低濃度時儀表輸出穩定，當濃度增加到15％-20％時，儀表輸出開始晃動起來，濃度到25％時，輸出晃動量高達20％。改用鉭電極電磁流量計后就運行正常。

    配比流程中常有在液內注入"加藥"液，而注入液常用往復泵加入。若注入液與主液電導率不同，而混合液尚未混合均勻，電磁流量傳感器若裝其下游，因電導率急劇變化會使儀表輸出晃動，雖然液體電導率大于閾值而緩慢變化足不會影響電磁流量計正常測量。這一現象在給水處理工程原水加凝聚劑工藝中是經常發生的。

 

    1、不銹鋼電極的耐腐蝕是在其表面具有一個極薄的鈍化層，使得電化學反應達到平衡狀態。流體中的固體物撞擊電極，使得電極表面鈍化層被破壞，失掉電化學平衡。而金屬材料與流體介質接觸具有重新恢復生成表面鈍化層保持電化學平衡的能力。在達到電化學平衡期間，金屬和流體中的游離離子在信號電場作用下不斷進行著電化學反應。固體顆粒撞擊電極，不斷破壞保護的鈍化層；電化學反應又反復生成鈍化層，于是形成了電極間的電位不斷大幅度地變化，這種變化的電位造成流量信號中的流體噪聲。這種情況也即電磁流量計中通常講的漿液噪聲。理論和實踐表明，影響電化學反應信號電場變化的頻率升高，可使流體噪聲幅度迅速下降，這就是高頻勵磁和雙頻勵磁可以解決漿液測量的原因。

    2、流體摩擦襯里和電極，流體中發生的正、負離子從電解質流體中分離。襯里和電極表面越粗糙，游離的離子濃度就越高。見圖2，受電極信號電場的作用，一部分離子會向電極移動，形成噪聲電壓，這種噪聲被稱為流動噪聲。流動噪聲在低電導率測量時表現比較突出。流動噪聲與外電場強度有關，高流速時感應信號越大，噪聲幅度也越大，輸出就會很不穩定。

    3、流體電導率和pH 值的急劇變化也會形成流動噪聲，流量計上游加藥表現的測量不穩定就是典型例子。原因是不同介質在不均勻混合時，流體中容易分離出正、負離子，受電極信號電場的作用，一部分離子會向電極移動，形成了流動噪聲電壓，造成輸出的不穩定。

    4、由于高流速流動流體靠近襯里和電極部位的層流邊界層厚度變得很薄，襯里和電極的粗糙度高度突破了流速層流邊界層的厚度，流體撞擊這部分粗糙度高度，發生流速發散和突變。有一部分與測量管中心軸方向相同（或相反）的流速分量，受信號權重函數的作用，對電極信號產生了很大影響，形成了大的正誤差，這就是流速噪聲污水流量計。

    可見，上述流體噪聲中的流動噪聲和流速噪聲與測量管的襯里和電極表面粗糙度直接有關，極化電壓產生的漿液噪聲與電極表面粗糙度也有很大關系