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电磁流量计的确选择和使用
发布时间:2016-03-28   点击次数:884次

 电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体的体积流量计,它在上世纪五十年代初就实现了工业化的应用。经过几十年的不断发展和改进,目前已经成为一种性能优异,在冶金、化工、轻工、给排水等许多行业应用极为广泛的流量计量仪表,特别是大口径的电磁流量计在给排水工程、港口疏浚和工业废水处理系统等部门得到了很好的推广应用。但是要真正发挥电磁流量汁的高精度、高稳定性等优异性能,必须要注意它的正确选择和正确使用。下面就这两方面的问题谈一些建议:

  1 电磁流量计的正确选择

  电磁流量计由传感器、转换器和连接电缆组成。

  在决定选用电磁流量计作为流量计量表以后,首先需要确定下述几个工艺参数,然后根据参数正确选用仪表。

  这些工艺参数分别是:被测介质的性质(是否为导电液体*,是否有腐蚀性,是否含固体颗粒);工艺管道内径,材质(是否为非金属管道或内部涂敷绝缘材料的管道);被测介质的温度、压力、流量;仪表安装位置和场所(室内或室外,地上或地下,以便决定防水等级和防爆要求);仪表形式(一体或分体,分体型传感器与转换器之间电缆长度)等。

  1.1 口径与量程的选择

  电磁流量计是一种作为直管段连接在工艺管道上的流量计,因此必须首先确定它的口径,传感器口径不一定与工艺管道口径相同,应视流量而定。

  下面分三种情况考虑:

  (1)对于粘度不高的液体(例如水),管道流速大多设计成经济流速,即1.5~3m/s,在这种管道, 一般来说都选用传感器口径与管道口径相同或者略小一些(可在传感器前后安装变径管)。选择传感器口径时,让传感器内满度流量时的流速在1.0~10m/s之间。上限流速在原理上应是不受限制的,但是流速太高,使衬里受到较强的冲刷,容易被损坏。建议流速不超过5m/s,超过10m/s的流速就极为罕见了,因此传感器口径也不能选得太小。满度流量时的流速下限一般为1m/s,zui小也要大于0.5m/s,否则不能保证测量精度。
  (2)对于粘度稍大或有沉积物的液体,选用传感器口径时应使流速不低于2m/s,选用3~4m/s或更高些,以便用液体自清洁,防沉积。
  (3)对于矿浆等磨损性强的液体,常用流速应低于2m/s,zui大不超过3m/s,以降低对衬里和电极的磨损。
  (4)对于接近阈值的低电导率液体,在选用传感器口径时,尽可能使用较低流速(略小于0.5m/s,zui大不超过1m/s),因为流速提高,流动噪声会增加,而出现输出晃动现象(关于流动噪声见电极材料-节电极表面效应部分)。

  1.2 衬里材料的选择

  传感器常用的衬里材料有氟塑料、氯丁橡胶、聚氨脂橡胶、氧化铝陶瓷和玻璃钢等。氟塑料包括聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙丙烯(F-46或FEP)、改性聚四氟乙烯(PFA)、四氟乙烯与乙烯共聚物(F-40)。根据介质的情况可选用不同的衬里,下面就常用衬里作一简介。

  (1)聚四氟乙烯 在氟塑料中有zui优的耐化学腐蚀特性,除三氟化氯、液氟、液氧等,可以抗所有化学介质的腐蚀。可耐180℃的高温介质,适宜腐蚀性介质,但耐磨损性能差。由于它与测量管不能粘接,也不能注塑,只能与测量管紧贴配套,因此不能用于负压状态。它内表面光滑,不易附着沉积层,也适宜卫生类介质。
  (2)改性聚四氟乙烯 性能与聚四氟乙烯基本相同,它可以模压或注塑成型,与测量管有较强的粘接力,能用于管道负压状态。
  (3)氯丁橡胶 耐一股低浓度酸、碱、盐介质的腐蚀,有极好的弹性,高强的扯断力,耐磨性能好。可耐80℃以下的介质温度。不耐氧化性的介质的腐蚀。较多用于水和一股污水。
  (4)聚氨脂橡胶 有极好的耐磨性能,相当天然橡胶的10倍。耐腐蚀性差,不能用于酸、碱液和有机溶剂混合液。适用于较低的温度( 一般在40℃以下)。使用于含固体颗粒的矿浆等介质。
  (5)氧化铝陶瓷 耐磨性能约为聚氯脂橡胶的10倍。高温高压下不变形,但不耐介质温度剧变,耐腐蚀。

  1.3 电极材料和电极形式的选择

  (1)电极材料的选择

  对测量介质的耐腐蚀是选择电极材料首先考虑的因素,其次是考虑钝化等表面效应及所形成的噪声。

  电磁流量计电极的耐腐蚀性要求很高,不允许腐蚀,或严格地说只允许极低的腐蚀速率,否则会破坏电极与衬里间的密封性。若介质泄漏,轻则破坏绝缘使仪表不能工作,重则完全毁坏传感器。

  常用电极材料有含钼不锈钢(Mo2Ti) 哈氏合金(HC,HB)、钛、钽、铂铱合金等。此外还有导电橡胶、导电氟塑料等低噪声电极。下面就它们的适用范围作简单介绍:

  a.含钼不锈钢(0Cr18Ni12Mo2Ti)

  本钢种与一般铬镍不锈钢相似,但是由于加入了2%~4%的钼,所以在许多方面比铬镍不锈钢更为优越,耐腐蚀能力比铬镍不锈钢好得多(与美国ΛISI的型号317类似,比316L的成分多了钛元素,对晶间腐蚀有较强的抗力)。主要用于生活和工业用水、原水、废水、稀酸、稀碱等弱腐蚀性酸碱盐液。

  b.哈氏合金 是镍铬铁钼合金,按不同化学成分又分为HA、HB、HC、HD、HF、HN等,用得zui广泛的合金是HC和HB,其次是HD。

  HB:哈氏B合金含有钼,对沸点下的盐酸有良好的耐腐蚀性,也耐硫酸、氢氟酸、有机酸等非氧化性酸、碱、盐的腐蚀。一股用于低浓度的盐酸等非氧化性酸、碱、盐介质,不适用硝酸等氧化性酸。

  HC:哈氏C合金含有铬,因此能耐氧化性酸,如硝酸、混酸、铬酸与硫酸的混合物等的腐蚀。也耐氧化性的盐类,如Fe+++、Cu++或含其他氧化剂的环境的腐蚀,如高于常温的次氯酸盐溶液等。它对海水的抗腐蚀力非常好,但是在盐酸中则不及哈氏B合金。适用于常温硝酸、其他氧化性酸、氧化性盐液等,不适用于盐酸等还原性酸和氯化物等介质。

  c.钛(Ti)

  钛本质是活性金属,但是在常温下能生成保护性很强的氧化膜,因而具有非常优良的耐腐蚀性能。能耐各种氧化性酸、碱的腐蚀,不耐较纯的还原性酸(如硫酸、盐酸)的腐蚀,但如果酸中含有氧化剂(如硝酸、Fe+++、Cu++)时,则耐腐蚀性大为降低。适用于氯化物、次氯酸盐、海水、常温硝酸等介质,不适用于盐酸、硫酸等氧化性酸。

  d.钽(Ta)

  钽的耐腐蚀性非常优良,和玻璃相似。除了氢氟酸、发烟硫酸、碱外,几乎能耐一切化学介质的腐蚀。酸中如含微量的氟时,则腐蚀率加大。在碱中不耐腐蚀。适用于大部分酸性介质,不适用于氢氧化钠等碱液。

  e.铂(Pt)

  铂由于本身不容易离子化,所以极耐腐蚀。适用于几乎所有的酸、碱液,但不能用于王水、铵盐、卤素等介质。

  f.电极表面效应

  电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素,但是电极的表面效应又是影响使用的一个因素,有时材料对介质有很好的耐腐蚀性,却不一定是适用的电极材料,还要考虑电极表面效应的问题。

  电极表面效应分为表面化学反应、电化学及极化现象、电极的触媒作用等三个方面。

  化学反应是指电极表面与被测介质接触后形成钝化膜和氧化层的反应。它们对耐腐蚀性能可能起到保护作用,但是有可能增加表面接触电阻,例如钽与水接触就会被氧化,生成绝缘层。

  电化学及极化现象会产生干扰电势而形成噪声。浆液噪声和流动噪声即是电极表面噪声的表现。浆液噪声是在测量泥浆等液固双相导电液体时,固体颗粒(或液体中气泡)擦过电极表面,电极表面接触电化学电势突然变化,使输出流量信号中出现的尖峰脉冲状噪声。流动噪声是在测量较低电导率(100×10-6s/cm以下)的介质时,电极的电化学电势定期变化,产生随流量增加而频率增加的随机噪声,它会引起输出量出现波动现象。为降低电极表面噪声,可选配与被测液体电化学和极化电势作用小的材料以及低噪声电极。

  触媒作用是被测介质在电极的作用下产生化学反应而影响测量的现象。例如铂电极在测量双氧水时在电极表面生成气雾,在流量为零时也会显示波动。

  对于避免或减轻电极表面效应的介质与电极材料的匹配,还没有充足的资料可查,尚待在实践中积累。

  (2)电极形式的选择

  电极形式一般分为标准型、可清洗型和可更换型三种类型。

  标准型电极是不可清洗的,需在安装前将电极清洗干净,清除油污。这种电极适用于无沉积物、无油污、无结晶物的流体,如自来水,啤酒,一般酸、碱溶液等。

  可清洗型电极用于测量容易粘附或沉淀结垢的流体。电极受到沾污后有沉积物时,将会产生零点漂移,这主要是因为粘附物或沉积物往往与被测介质的电导率不同,使得电极间的阻抗发生了变化。因此,对于容易粘附或沉淀结垢的流体,需要使用可清洗型电极,以便在流量测量不间断的情况下清除粘附物或沉积物,以保证测量精度。

  可更换型电极一般用于电极沉积物较难清洗的流体。

  可清洗型电极一般又分为机械清洗(如刮刀型,钢丝刷型等)、电化学清洗和超声波清洗。

  电化学清洗是将直流电加到电极和被测介质之间,使电极带负电,被测介质带正电。因为在污水中带负电荷的物质较多,电极带负电可以阻碍污泥等物质在电极上附着。

  1.4 关于接地环的选用

  电磁流量计的工作,要求被测介质必须是地电位,一般是通过管道或管道法兰接地,若连接传感器的工艺管道相对被测介质是绝缘的(塑料管道或有绝缘衬里的管道),就必须选用接地环或带接地电极的传感器,使被测介质处于地电位。

  接地环的形式又分普通型和保护型,一般使用普通型,若被测介质是磨损性的,宜使用带颈的保护接地环,以保护进出口端的衬里,延长使用寿命。若口径在200mm以下的电磁流量计,选用聚四氟乙烯衬里时,应选用接地环,以保证在与管道连接安装时保护衬里不受损坏。

  接地环的材质应与被测介质的腐蚀性相适应,但比对电极材质的要求低,因为它受到腐蚀后可以更换。接地环通常是不锈钢或HC合金的。

  1.5 特殊要求的电磁流量计

  有时电磁流量计需要工作在特殊的场合,如需要特殊压力,需要高温,需要防水,需要防爆,要求卫生或是介质的导电率极低等情况,就要考虑特殊选择。

  (1)特殊压力—传感器的耐压与其内径有关。按国家有关标准规定,对于标准型钢管及法兰,其zui大耐压如下:

  ф10~80                  4.0M Pa
  ф100~150                1.6MPa
  ф200~1000               1.0MPa
  ф1200~2000              0.6MPa
  ф2200~3000              0.25M Pa

  如果传感器内流体的压力超过上述zui大耐压,就属于加压型,一般传感器制作可以提高两级压力。

  另外,除了聚四氟乙烯衬里的传感器以外,其他衬里的传感器都可以工作在管道负压的状态下。

  (2)防水—电磁流量计的防水要求一般可以分成GB4208规定的IP65(防尘防喷水型)、IP67(防尘防浸水型)和IP68(防尘防潜水型)三个等级,一般传感器zui高可以做到IP68,而转换器zui高只能做到IP67,所以一体型电磁流量计zui高也只能做到IP67。可以根据现场情况选用不同的防水等级。

  (3)防爆—电磁流量计的防爆要求按照GB3836-1.2.3的规定分成不同等级。用规定的代码表示,如代码EXdeqib ⅡCT3-T6中:

  Ⅱ—是可燃气体类别的代码。把所有气体排队分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其中:Ⅰ为煤矿井下的气体, Ⅱ为一般化工气体,Ⅲ为带粉尘类的气体。

  C—是按照允许气体透过的zui大间隙(zui大安全试验间隙δmax)和点燃火花所需要的zui小能量(以甲烷为标准取zui小电流相对值,即zui小电流比MICR),分为A、B、C三个级别,C级zui严。

  T—表示设备允许的表面温度。根据气体自燃的温度,分为T3-T6几个级别,T6为zui,温度zui低,仪器的表面温度必须低于气体的自燃温度。公司的转换器为T6,传感器为T3-T6。

  ib—表示为本安防爆,传感器的电极信号部分为本安防爆。(ib)加括号表示只有电极信号这一关连部分是本安防爆的。

  d—表示加隔爆措施,如防爆型转换器IFC090-Ex是将端盖螺纹加长,盖子加厚,材质廊不含镁,玻璃窗加厚为10mm(一般为5mm)等。安装放大器等电子线路板的腔体为隔爆的。

  q—表示为充砂防爆措施,在传感器的线圈之间充填600-800μ的玻璃砂,其作用是占据所有空隙,减少可燃性气体进入的可能及爆炸威力。

  e—表示增安,如线圈加绝缘层,包硅橡胶,转换器加过热保护装置。安装接线端子的腔体、电缆引入装置与传感器的接线盒为增安结构。

  (4)导电率极低的介质—被测的导电介质通过电磁场时,产生电动势的大小与电导率之值无关,只与流速有关,但是若介质电导率过于小(小于5μS/cm),相当于传感器内阻过大,则信号准于传输出来。传感器的内阻是指运行时两电极间的电阻,主要决定于两个电极表面与液体接触面上的电阻,液体电导率越小,该电阻越大。因此,只有加大转换器的输入阻抗,才可以降低介质电导率的下限。目前是用电容耦合大面积非接触式电极的电磁流量计,使转换器的输入阻抗可达1012Ω之多,而接触式电极的输入阻抗只有107~108Ω。一般非接触式电极的电磁流量计是把电容器的一个电极粘结在衬里的外侧,导电液体是电容器的另一个极,两个电极之间的绝缘衬里是电介质。制作时把前置放大器放在传感器中,靠近导出电极。

  KROHNE公司生产的IFM 5080K-CAP就是非接触式电极的电磁流量计。被测介质的电导率可以低到0.05μS/cm。

  (5)卫生型—食品、医药等行业要求电磁流量计与液体接触的材料是无毒无害的,如衬里应是聚四氟乙烯,传感器外壳与连接法兰应是不锈钢的。结构上要求便于拆卸和清洗灭菌,与管道连接的部位应能快速装卸,如用活接头连接,而不宜用法兰连接。

  1.6 流量计类型的选择

  电磁流量计按组装方式有分体型和一体型两种类型。

  (1)分体型是电磁流量计较普遍的应用形式。传感器单独接在工艺管道上,转换器安装在相距数米或百余米的其他地方,中间用电缆相连接。分体型的流量计可以使得转换器远离环境比较恶劣的现场,也便于观测和调整设定的参数。

  (2)一体型是将转换器和传感器组装在一起成为一个整体,连接线在仪表内部,使用比较简便,而且由于不用长电缆,外界干扰也比较小。一体型的流量计一般用于小口径的仪表,但是若传感器安装在高处或难于观测的场合,高温或有较大振动的场合,转换器的电子元件较难承受,则不宜使用一体型的电磁流量计。

  2 电磁流量计的正确使用

  2.1 电磁流量计的安装

  (1)安装原则

  —传感器测量管在使用中被测介质必须满管工作
  —被测介质在测量管中必须处于地电位
  —安装位置不会在测量管内造成负压
  —安装位置不会使测量管内存在气泡
  —在测量管中介质电导率分布要求大体均匀,传感器安装要避开容易产生电导率不均匀的场所,如在水中加入药液选在传感器的下游实施
  —被测介质为混合物时,其在测量管中的分布应力求均匀

  (2)传感器的安装

  a.安装场所

   —测量混合相流体时,选择不会引起相分离的场所
  —尽量避免测量管内变成负压
  —选择振动小的场所,特别是对一体型的流量计
  —避免附近有大电机、大变压器等,以免对流量计电磁场有干扰
  —选择易于实现使传感器能单独接地的场所
  —尽可能避开有高浓度腐蚀性气体的环境
  —安装环境的温度和湿度要在仪表规定的范围之内
  —在雨淋或浸水的安装环境中,要注意仪表的防水等级

  b.安装位置和流动方向

  —传感器安装的位置要求前后都有一定长度的直管段,以保证流体平稳,一般要求直管段长度是前5D,后3D (D为传感器内径)
  —传感器安装方向可以水平、垂直或倾斜,不受限制。但是测量固液两相流体时垂直安装并自下而上流动,不要水平安装,以避免衬里下半部磨损严重,或低流速时固相沉淀等问题
  —水平安装时要使电极轴线平行于地平线,以免电极被流体中的沉积物覆盖,或液体中偶存气泡擦过或遮住电极表面,使信号不稳定
  —传感器上流一侧要远离阀门、弯头等影响流体流动的装置,下流一侧不能安装水泵,以防止形成负压
  —安装位置尽量考虑便于人员现场维修

  c.传感器的接地

  —为避免外界寄生电势的干扰,传感器必须单独接地,接地电阻要低于10欧母
  —被测介质流过传感器时要处于地电位。在连接传感器的管道内若涂有绝缘层或是非金属管道时,传感器两侧应装接地环或接地电极

  (3)转换器的安装

  —注意防水、防尘和防震
  —周围环境不含有腐蚀性气体
  —转换器一般安装在室内,或防雨、保温箱内
  —转换器与传感器之间的连线长度越短越好,

  以减少分布电容的影响,zui长不能超过150米,在100米以上要用特殊的连接自举电路的B型电缆。为避免干扰,信号电缆必须单独穿在有接地保护的钢管内。

  2.2 电磁流量计的使用

  (1)在运行前首先检查安装和接线是否正确。
  (2)被测介质必须是导电率超过5μS/cm的导电液体。
  (3)慢慢开启传感器两侧的阀门,使液体流过。
  (4)使被测介质充满传感器的测量管。
  (5)关闭两侧阀门,在液体静止状态下检查和调整零输出。
  (6)开启阀门,进行测量。
  (7)在运行一个阶段后,应对仪表做定期检验,以保证仪表正常工作。

  在使用中不允许任意修改流量计的GK值。

  2.3 电磁流量计的校验

  电磁流量计的传感器和转换器是分别校验的,用刻度好的传感器的GK值将电磁流量计的传感器和转换器配套完成校验。

  (1)电磁流量计的校验

  将传感器安装在校验装置上,用标准体积法校准,由于传感器在制造过程中总有一定差别,在标称口径、激磁电流和流量相同的条件下,输出的感应电动势也不会相同,因此每个传感器都要在高精度设备的校准中给出它的GK值,此GK值在与其配套的并已经校准好的转换器中参加运算。给出GK值的公式为:

   

  (2)转换器的校准

  用高精度模拟信号发生器将每台转换器的输出分别调到同一水平。

  (3)传感器和转换器配套

  将已经校准好的传感器的GK值输入到与其配套的转换器中(该GK值在转换器中参加运算),即完成了电磁流量计的配套校准。

  (4)GK值是每个传感器所固有的,只能在较高精度的校准条件下才能改变和修正,否则将影响测量的准确性。

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