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第四節  輸出晃動檢查和采取措施

一、故障原因

輸出晃動大體上可歸納為五方面故障原因,它們是:

(1)流動本身是波動或脈動的,實質上不是電磁流量計的故障,僅如實反映流動狀況;

(2)管道未充滿液體或液體中含有氣泡;

(3)外界雜散電流等的電磁干擾;

(4)液體物性方面(如液體電導率不均勻或含有較多顆粒/纖維的漿液等)的原因;

(5)電極材料與液體匹配不妥。

二、檢查程序

圖7-3所示是檢查電磁流量計輸出晃動的流程。先按流程圖全面考慮作初步調查和判斷,然后再逐項細致檢查和試排除故障。流程所列檢查順序的先后原則是:①可經觀察或詢問了解無須作較大操作的在前、即先易后難;②按過去現場檢修經驗,出現頻率較高而今后可以出現概率較高者在前;③檢查本身的先后要求。若經初步調查確認是后幾項故障原因,可提前作細致檢查。

      三、故障檢查和采取措施

本節分別討論上述五個方面故障原因的檢查方法和采取措施。

1.流動本身的波動(或脈動)

 檢查流程圖第1項。若流動本身波動,儀表輸出晃動則是如實反映波動狀況。檢查方法可在使用現場向操作人員和流程工藝人員詢問或巡視是否波動源。管系流動波動(或脈動)的原因通常有三個方面:(1)電磁流量計上游的流動動力源采用了往復泵或膜片泵(經常用于精細化工、食品、醫藥和給水凈化等加注藥液),這些泵的脈動頻率通常在每分鐘幾次到百余次之間;(2)儀表下游的控制閥流動特性和尺寸選用不妥,從而產生獵振(hunt-ing),這可觀察控制閥閥桿是否有振蕩性移動;(3)其他擾動源使流動波動,例如:電磁流量計上游管道中有否阻流件(如全開蝶閥)產生旋渦(如渦街流量計旋渦發生體產生的渦列,傳感器進口端墊圈伸入流通通道,墊圈條片狀碎塊懸在液流中擺動等等)。

在有脈動流動源的管線上,要減緩其對流量儀表測量的影響,通常采取流量傳感器遠離脈動源,利用管流流阻衰減脈動;或在管線適當位置裝上稱作被動式濾波器的氣室緩沖器,吸收脈動。

2.管道未充滿液體或液體中含有氣泡

 檢查流程圖第2項,本類故障主要是管網工程設計不良使傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝不妥所致,應采取措施避免安裝如圖6-17所示a,e位置和以虛線管排放時b位置,改裝到c,d位置。

傳感器下游無背壓或背壓不足,如裝在位置e,液流經下游很短一段管段即排入大氣,若閥門2全開,傳感器測量管內有可能未充滿液體。有時候流程的流量較大能充滿而儀表運行正常,流量減小就有可能液體不滿而使儀表失常。

液體中含有氣體   液體中泡狀氣體形成有從外界吸入和液體中溶解氣體(空氣)轉變成游離狀氣泡兩種途徑。液體中含有氣泡數量不多且氣泡球徑遠小于電極直徑,雖然減少了部分液體體積,但不會使電磁流量計輸出晃動;較大氣泡則因擦過電極能遮蓋整個電極,使流量信號回路瞬間開路,則輸出信號晃動更大。

液流中微小氣泡在流動過程中會逐漸在高點或死角積聚,若電磁流量計裝在管系高點,潴留氣體減少傳感器內液體流通面積而影響測量準確度,潴留較多時還會產生干擾信號;若傳感器裝在高點下游,高點積聚氣體超過容納量或因受壓力波動,氣體以泡狀或片狀隨液體流動,遮蓋電極而造成輸出晃動。

外界吸入空氣常見途徑在給水公用事業方面主要有因江河原水含有氣泡,或吸入口水位高度過低(通常要求有2~5倍以上吸入口直徑的距離,視吸入流速而異)形成吸入旋渦卷進空氣,在流程工業方面的配比混合容器攪拌時混入空氣以及泵吸入端或關系其他局部產生密封不良的場所吸入空氣等。這類故障在實踐中也常會碰到。

液體中溶解空氣分離或游離氣泡   管系壓力降低,原溶解的空氣(或氣體)會分離成游離氣泡。例如充滿液體管系二端閥門關閉,停止運行后逐漸冷卻,由于熱漲冷卻,由于熱膨脹系數不同,液體收縮比管系收縮大得多,管系中形成收縮空間,形成局部真空狀態。液體中溶解空氣便分離出來形成氣泡,積聚于管系高點。重新啟動,夾入氣泡的液體流過電極表面就可能使電磁流量計輸出晃動。這可能是管系啟動運行初期電磁流量計輸出晃動,然后趨于穩定的這一現象的原因之一。又如水在1個大氣壓0℃時最多可溶解約0.3%V/V空氣,若在流程中水溫升高,空氣就會分離成游離氣泡(到30℃時,最多只能溶解約0.15%),積聚起來也有可能出現故障現象。

3 外界電磁干擾

  檢查流程圖第3項。電磁流量計由于流量信號小易受外界干擾影響,干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場。

管道雜散電流主要靠電磁流量計良好接地保護,通常接地電阻要小于10 (或100 ),不要和其他電機和電器公用接地。有時候環境條件較好,電磁流量計不接地也能正常工作。但是我們認為即使如此還是作好接地為妥。因為一旦良好環境條件不復存在,儀表出現故障,屆時會影響使用,再作各種檢查帶來諸多麻煩。

有時候電磁流量計雖然良好接地,由于管道雜散電流過于強大(如電解工藝流程管線和有陰極保護管網)影響電磁流量計正常測量,此時卻須將電磁流量傳感器與其管道之間作電氣絕緣隔離(參見案例12)。

靜電和電磁波干擾會通過電磁流量計傳感器和轉換器間的信號線引入,通常若良好屏蔽(如信號線用屏蔽電纜,電纜置于保護鐵管內)是可以防治的。然而也曾遇到強電磁波防治無效的實例,此時將轉換器移近到傳感器附近,縮短連接的信號電纜,或改用無外接電纜的一體型儀表(參見案例10)。

磁場干擾通常只有采取電磁流量傳感器原理強磁場源。電磁流量計抗磁場的能力視傳感器的結構設計而異,如傳感器激磁線圈保護外殼由非磁性材料(如鋁、塑料)制成,抗磁場影響的能力較弱,鋼鐵制成則較強。

4.論證核查液體物性

檢查流程圖第4項。液體物性中有三種因素會使輸出晃動。它們是:(1)液體中含有固相顆;驓馀;(2)雙組分液體中二種液體電導率不同而未均勻混合,或管道化學反應尚未完全完成;(3)液體的電導率接近下限值。

   被測液體含有較多固體顆粒會像前文所述氣泡一樣,使流量信號出現尖峰脈沖狀噪聲等,造成輸出晃動。固相若是粉狀通常則不會形成輸出晃動。

   在精細化工業、食品業、醫藥業和給水處理工程經常在液內加藥液,而藥液通常是由往復泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入藥液后的主液呈現有藥液段和無藥液段相間隔的段列,若兩種電導率不同的液體沒有混合均勻,其下游測量流量的電磁流量計輸出就會呈現晃動。出現這種情況應將加液點移至下游,或將電磁流量計移至加液點移至下游,或將電磁流量計移至加液點上游;如果受現場條件限制或嫌改裝工程量大,亦可在加液點下游裝混合器補救之。但裝靜態混合器后液流將產生旋轉流,有可能造成1%或以上的額外附加誤差。然而與輸出晃動無法測量相比,是權衡兩弊取其輕的措施。

若混合液在管道內化學反應未結束就進入電磁流量計測量,也有可能出現輸出晃動現象。這種情況下只能改變測量點位置,務使測量位置在混合點上游或遠離混合段的下游。然而原理混合段的相隔距離需要很長,例如反應時間60s,液體流速3m/s,不考慮保險系數就要求相距180m。

液體電導率若接近下限值也有可能出現晃動現象。因為制造廠儀表規范(specification)規定的下限值是在各種使用條件較好狀態下可測量的最低值,而實際條件不可能都很理想。有時就會遇到測量低度蒸餾水或去離子水,其電導率接近電磁流量計規范規定的下限值5×10-6S/cm,使用時卻出現輸出晃動。通常認為能穩定測量的電導率下限值要高1~2個數量級。

液體電導率可查閱附錄E或有關手冊,缺少現成數據則可取樣用電導率儀測定,但有時候也有從管線上取樣去實驗室測定認為可用,而實際電磁流量計不能工作的情況。這是由于測電導率時的液體與管線內液體已有差別,譬如液體已吸收了大氣中CO2或NOX生產碳酸或硝酸,改變了電導率。

對于含有顆;蚶w維液體產生的噪聲漿液,采取提高激磁頻率能有效地改善輸出晃動。表7-1所示是頻率可調IFM3080F型DN300電磁流量計,測量濃度3.5%瓦愣紙板漿液,在現場以不同勵磁頻率測量所顯示瞬時流量晃動量。當頻率較低為50/32Hz,晃動高達10.7%;頻率提高到50/2Hz時,晃動降低至1.9%,效果十分明顯。

表7-1 不同勵磁頻率下瞬時流量晃動量

勵磁頻率/Hz

顯示流量(峰晃動范圍)/m3·h-1

與平均值的百分比

50/32

180~223

10.7

50/18

200~224

5.6

50/6

190~220

7.3

50/2

255~265

1.9

5.調查液體與電極材料匹配

檢查流程圖第5項。電極材料的選擇首先應考慮的是對被測液體的耐腐蝕性,若選配不妥產生電極表面效應會形成輸出晃動等故障。電極表面效應包括電極表面生成鈍化膜或氧化膜等絕緣層以及極化現象和電化學等。介質-電極材料匹配還沒有像耐腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經驗,尚待在實踐中積累。

鉭-水、堿等非酸液  鉭電極測量水流量時會形成絕緣層,使儀表失靈或運行-短時期后出現很大噪聲。在工藝流程中即使是極短時間鉭電極與水或“非酸”液接觸,如用清水沖洗管子,亦會影響儀表正常使用。氫氧化鈉等堿液亦不能選鉭電極。

哈氏合金B-高濃度鹽酸   哈氏合金B對溫度濃度不高的鹽酸已有若干應用良好的實例。然而濃度超過某值時會產生噪聲,應改用鉭電極。硝酸、硫酸等酸液也有相似效應的實踐經驗。

鉑-過氧化氫  鉑電極用于測量低壓過氧化氫(壓力低于0.3MPa)時,由于觸媒作用在電極表面產生氣霧,阻斷了電氣通路而影響工作。

鉭-濃度大于10%的鹽酸   鉭電極對濃度大于10%的鹽酸會產生噪聲,當改用鉭電極。

哈氏合金B-硫酸鋁溶液   水廠用硫酸鋁與原水混合以凝聚懸浮體。有時用哈氏合金B電極測量15%硫酸鋁溶液,出現輸出晃動,后改用耐酸鋼電極即獲得滿意的結果。

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