電磁流量計常見故障檢測判別及其解決方法

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電磁流量計常見故障檢測判別及其解決方法

液體中含有氣泡的現象流量非滿管電極腐蝕電極結垢及電極短路電導率過低

2005年8月(1)

0 引言

    電磁流量計作為當前流程工業廣泛使用的流量計,在運行中的故障判別方法受到了國內外使用者的關注。德國化工測量與調節技術標準化委員會NA-MUR曾在電磁流量計使用者和制造者中間作過電磁流量計在應用過程中主要故障及其成因的統計,就調查結果匯總了8種典型故障,并按故障發生而影響電磁流量計使用的重要程度撰寫了VDI-NAMUR-WIB2650導則,其中的第3部分2.2節為電磁流量計的故障在線診斷要求(如表1所列),包含了實際應用中的大多數故障類型。作者根據多年實踐,對電磁流量計的這些常見故障的成因、檢測判別方法以及對故障的處理方式簡要闡述,僅供廣大讀者參考。

表1  電磁流量計的故障在線診斷要求

優先程度

典型的故障

1

2

2

3

3

4

4

液體中含有氣泡

電極腐蝕

電導率過低

襯里變形

電極結垢

外部干擾磁場或電場

電極短路(金屬顆粒)

1 液體中含有氣泡的現象

   液體中含有氣泡的現場導致測量不準或測量值波動(輸出波動)。

   成因:液體中泡狀氣體的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。若液體中含有較大氣泡,則因擦過電極時能遮蓋整個電極,使流量信號輸入回路瞬時開路,導致輸出信號出現晃動。

判別方法:最簡單的判別方法是當遇到晃動時,切斷磁場的勵磁回路電流,如果此時儀表依然有顯示且不穩定時,說明大多是由于泡影響造成。如果此時以指針式萬用表測量電極電阻,可測量到電極的回路電阻要比正常時高,但該測試需要靠專業人員長期累計的測試經驗和數據。

                 圖1 更換安裝位置

解決方法:對于被測介質中含有空氣的情況,如果判斷是由安裝位置引起的,如因電磁流量計裝在管系高點而潴留氣體或外界吸入空氣造成流量計晃動的話,更換安裝位置是最徹底的解決方法,如圖1所示,在管線最低點或采用U型管安裝。但很多應用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換,建議在流量計上游安裝集氣包和排氣閥,如圖2所示。一臺DN2200口徑的電磁流量計,因氣泡造成顯示的晃動越可達20~50%,在安裝了排氣裝置后,測量即恢復正常。

            圖2  安裝有排氣裝置的電磁流量計

2 非滿管

   非滿管現象可以看作液體中含有氣泡的一種極端情況。

   成因:液體未充滿管道可分為液面高度高于測量電極水平面或低于水平面兩種情況。當管內液面高于電極水平面時,若管系的前后直管段比較理想時,電磁流量計的測量大多能夠穩定,但流量計所計量的液體體積包含了管內的氣體體積,故這種測量存在著很大的測量誤差。當管內液面高度低于電極表面時,此時電極裸露在空氣中,測量回路實際處于開路狀態。電磁流量計的測量值和輸出處于一種隨機的狀態,不停地晃動或是滿度。非滿管的情況多出現在靠流體直流或流量計后無任何背壓的直接排放口,例如在污水行業經常遇到。

   判別方法:可采用前述氣泡判別的方法,此時以指針式萬用表測量電極電阻,可發現電極的回路電阻明顯變高,若以水對比,國產MF30萬用表以×1K的量程測量,所測得得阻值不會大于100k ,大于此值,可絕對判定電極回路異常,在排除電纜開路的前提下,判定空管是可信的。如果條件允許的話,還可觀察流量計后端液體排放口(如圖3所示),當排放出的液體明顯不充滿即可判斷電磁流量計安裝為非滿管。

                      圖3  液體排放口

                      圖4  腐蝕后的電極

   解決方法:在流量計安裝時盡量避免出現非滿管的情況。如前面提及的在管線最低端安裝或有意將流量計安裝在U型管道。另外,現在市場上已有能夠在非滿管情況下測量的電磁流量計。

3 電極腐蝕

  現象:在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測量值晃動的情況,且都以傳感器失效而告終。

  成因:由于電極材料的選擇不當造成電極為被測液體所腐蝕,從而導致流量計輸出晃動。

  判別方法: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表現出來,之前通常無法判別。電極一旦被腐蝕后,所造成的結果如圖4示(右邊為完好的電極,左邊是腐蝕后的電極)。對此的解決方法,只有更換新的電極。傳統的電極腐蝕故障診斷處理都屬于事后維護處理的方法。當前市場上最新的電磁流量計從因電極腐蝕形成的電極噪聲入手,對電極腐蝕形成的噪聲進行分析處理,從而給出量化的腐蝕判斷依據。如OPTIFLUX的IFC300電磁流量計可經過噪聲量化處理軟件對流量測量信號中夾雜的噪聲信號進行分離處理,當噪聲信號超過預設值時即報警(如圖5和圖6所示)。

求和得到干擾放大值

(采樣A×信號A)+(采樣B×信號B)+……

          圖5  IFC300噪聲采樣圖

                  圖6 IFC300噪聲放大計算方法

4 電極結垢及電極短路

  現象:電極短路的判別比較簡單,若被測介質中含有金屬物質時,電極短路較易診斷,此時測量值明顯偏小或趨于零。但這種現象在日常運行中并不多見。因電磁流量計經常應用于原水和污水等計量環境,電極結垢的發生幾率較高。當電極結垢時,表現為信號逐漸減小,直至絕緣而使得信號回路開路,此時流量信號被隔絕。

   成因:當被測介質的粘度較高時,易在管壁附著和沉淀,若附著的介質是比被測液體電導率高的導電物質,則信號電勢被分流而不能工作,即電極短路,若是非導電層,就是我們日常所說的電極結垢,則使電極開路而不能工作。

   判別方法:令附著層的附加示值誤差為 ,則

  

式中:t為附著層厚度;d為測量管內徑; 分別為附著層、液體電導率。

若附著于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層,或以金屬為主要成份的染料,其電導率大于液體電導率,測得的流量值將比實際流量值低;若為碳酸鈣等水垢層,其電導率低于液體,測得的流量值將低于實際流量。若附著層電導率與液體相同,按式計算附加誤差為零,但此只局限于附著層厚度小的條件,譬如2t/d要小于10%,因為相同流量有附著層時流通截面積減小,但平均流速增加,相互間可抵消,也只能說附加誤差可忽略。

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刮除沉垢。也有暫時斷開測量電路,在電極間通以短時間的低壓大流量,焚燒清除油脂類附著層。易產生附著層的場合采用提高流速以達到自清掃管壁的目的是一個比較有效的方法,當然采用易清洗的管道連接是一個比較徹底的方法。

5電導率過低

現象:電導率低于閥值(下限值)會產生測量誤差直至不能穩定工作,使用時出現晃動現象,電導率超過閥值即使再變化時,此時測量的示值誤差幾乎恒定。通常儀表制造廠規范中規定的下限值是指在較理想的條件下可測量的最低值,而實際使用條件不可能都很理想。例如當電磁流量計規范中規定的下限值為5 ,實際使用時即出現輸出晃動。

               圖7接液電阻測量

            圖8 熱擴散現象

判別方法:液體電導率可查閱附率或有關手冊,若缺少現成數據時,則可用電導率儀取樣測定。但有時候現場并不配備電導率儀,因此,最簡單的方法可以用萬用表測出液體的接液電阻,再用同樣的方法測試現場普通自來水的接液電阻,比較兩者的測試結果,若介質的接液電阻比自來水大一個數量級,此時介質的電導率約為30~50 (自來水一般為30~50 )。

由于接液電阻和電導率是反比關系,所以直接以所測得的接液電阻的大小進行判別液可以。下式即是一接液電阻的經驗公式

         

式中: 為液體電導率,d為電極直徑。如當液體電導率為5×10-6 ,電極直徑1cm時,接液電阻R計算得200k 。所以任何接液電阻值大于該值的液體都可認為液體電導率過低不適合使用常規的電磁流量計。

解決方法:電導率過低超出了儀表所容許的測量范圍,此時唯一的解決方法是選用其它能滿足要求的低電導率電磁流量計(如電容式電磁流量計)或者是其它原理的流量計。

6 襯里變形

  現象:測量不準確或傳感器損壞。

  成因:襯里變形,大多發生在氟塑料的襯里,造成這種現象的原因有兩種:一是蒸汽滲透引起氟塑料襯里的熱擴散現象(如圖8所示),所謂熱擴散是當管道內介質(氣體或蒸汽)流過氟塑料襯里時所發生的自然的物理現象,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(當襯里的厚度增加時滲透程度則相應減?。?、襯里內外的溫差(當襯里內外溫差很大時滲透則加?。┖凸艿缐毫Φ榷鄠€因素。二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯(PTFE)襯里本身的工藝結構,因為聚四氟乙烯與管壁間僅靠壓貼,五粘結力,故不能用于負壓管道。如圖9所示為在高溫應用場合管道瞬時形成負壓后的襯里變形。

                  圖9  襯里變形

 

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