電磁流量計使用中的三點注意事項

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電磁流量計使用中的三點注意事項

操作工藝的影響和處理介質中氣泡的影響和處理防止凝露導致的絕緣下降

電磁流量計在啤酒行業的應用和注意事項2004年1月(2)

灌裝:灌裝的啤酒生產的最后一步工序,其中灌裝要求每瓶(罐、桶)灌裝量的準確控制(業界標準為±10ml)。就占市場絕大多數的玻璃瓶裝啤酒來說,這種工藝對設備制造成本低,投資少,國內啤酒企業絕大多數采用這種方法,但存在誤差較大的問題,由于啤酒瓶生產的離散性,其容積差別較大的問題,由于啤酒瓶生產的離散性,其容積差別較大,造成最終所灌裝的啤酒量存在有較大誤差。根據生產實踐中所掌握的情況,最大可達±30ml!若為減少這種誤差,采用專用于灌裝生產線所設計的批量控制電磁流量計,可有效解決這個問題。這類流量計具有較高的精度和快速響應的性能,能快速、準確地控制每瓶啤酒的灌裝量。通常,這類電磁流量計的口徑較小,一般在DN2.5~DN40之間,體積小巧,具有0.3s的響應速度。目前,市場上已有商品提供,如Krohne的BatchFlux(見圖3)、Heinrichs的MID-NFD型等。這種專用于批量控制的電磁流量計,其最小的批處理能力為10ml(對于10mm口徑的儀表),實際使用的控制精度很高(可達±0.2%)。但目前國內啤酒企業目前常用的灌裝設備極少采用這種電磁流量計,只有在進口的啤酒生產線上看到過隨設備進口的這類儀表,其主要原因首先是啤酒的灌裝量誤差還不會馬上影響到啤酒生產;第二就是目前所使用的設備成本低,已能滿足生產的需求。但隨著用PET替代玻璃瓶灌裝啤酒技術的擴大應用,這類配備批量控制電磁流量計的設備必將取代目前的等液位灌裝設備。

廢水處理:啤酒生產過程中有一些洗瓶和刷罐所產生的廢水,根據環保角度要求,必須進行有效處理后再排放。啤酒行業這種相對小型的廢水處理系統已趨于成熟,中間處理過程以及排放所用的流量計可有多種選擇,諸如電磁流量計和明渠流量計,不過從用戶應用的信息反饋看,選用電磁流量計是比較合適的,盡管價格要比明渠流量計貴,但其運行時的可靠性要高一些。

上述各種用途的電磁流量計管道連接方式多樣,如用于廢水處理工藝的電磁流量計用法蘭連接,而其它工藝所用流量計所用流量計絕大多數也是采用法蘭連接,但也有采用如食品、醫藥行業所特有的快速連接方式,如圖3所示。這類快速連接方式結構,通常是用于要經常拆卸的場所。而從國內實際使用的情況看,許多用戶在合理設計好工藝的安裝位置后,流量計一般是不會經常拆卸的,故沒有必要在這方面投入更多,法蘭連接方式占絕對的多數,而快速連接結構有時反而存在容易滲漏的缺點,如國產的扣環,幾次使用后即有可能發生變形而無法鎖緊。

                     圖3

3  幾點應用注意事項

3.1 操作工藝的影響和處理

食品行業因產品衛生要求,需定期用消毒介質對工藝管道(包括流量計)進行消毒,采用的介質有熱水(85℃以上)、蒸汽、堿水(50℃以上)以及雙氧水等。對此我們需要注意用上述具有較高溫度介質的消毒過程,這對帶有襯里的電磁流量計具有一定危險性,如果操作稍有不慎,容易損壞儀表。

從防腐、耐溫和衛生角度考慮,電磁流量計襯里材料選用聚四氟乙烯(PTFE)為廣大食品行業用戶所接受,能夠勝任眾多苛刻的運行要求。但是,在實際的使用中,由于在較高溫度介質和長時間(一般在0.5~1.0h)沖洗下,工藝管道內的空氣發生膨脹,同時PTFE襯里也有所軟化。假如此時安裝有流量計工藝管道上兩端閥門誤關閉,管道溫度隨著時間而下降,管內空氣或液體也隨之收縮產生負壓損壞襯里。電磁流量計襯里對負壓承受能力與介質工藝參數有關,且與襯里材料的特性而異。表1是Krohne公司不同口徑電磁流量計襯里耐壓數據表。因管道內所產生的負壓作用到PTFE襯里,襯里不能承受而使之向管中心收縮,輕者襯里變形,重者電極部位密封破壞甚至襯里開裂,從而造成傳感器的損壞。在筆者的實踐中已多次遇到相似的例子,與用戶討論時一般并不認為工藝操作中會有負壓發生,但實際的故障現象證明是負壓所起作用,圖4是一家啤酒企業變形PTFE襯里的照片,凸起位置在兩電極中間,因尚未開裂,儀表沒有發生滲漏情況,用戶未發現此故障現象,只是發現使用時計量偏大。因襯里向內凸起變形,除了引起局部的流態畸變外,實際流通面積變小,電極處流速增加,造成傳感器的特性變化,導致最終的測量結果出現偏大的誤差。

                        表    1

襯里

口徑

最低運行壓力/Pa

DN/mm

≤40℃

≤60℃

≤100℃

≤140℃

≤180℃

PFA

DN25~DN150

0

0

0

0

0

PTFE

DN10~DN20

DN200~DN300

DN350~DN600

0

5·104

8·104

0

7·104

1·105

0

1·105

1·105

0

1·105

1·105

0

1·105

1·105

Soft

rubble

DN200~DN300

DN350~DN1200

5·104

6·104

       

 

                 圖  4

對于這種工藝中偶然有負壓發生的情況,可選用陶瓷襯里(導管)電磁流量計,以避免負壓所導致的襯里變形故障的發生,但劇烈的溫度變化對陶瓷襯里(導管)是不合適的,容易發生陶瓷材料的開裂(特別是電極部位)。通常流量計生產廠家對陶瓷襯里(導管)電磁流量計在實際使用中容許介質溫度的突變也是有規定的,如Krhone的IFM5080系列陶瓷襯里電磁流量計,其口徑為25~100mm的傳感器所容許的溫度變化速度是上升段為每10min變化150℃,下降段為每10min變化100℃。然而在實際操作過程中,要按這個溫度變化率來控制工藝是不現實的,所以也排除陶瓷襯里(導管)電磁流量計在這類需要高溫消毒領域的應用可能性。

對于這種有負壓運行場合,一般情況下是在容易產生負壓的地方安裝負壓防止閥,用來避免發生負壓,但因受到衛生要求的限制而無法采用。改進消毒工藝以及注意操作步驟的規范執行也能避免這些失誤,但電磁流量計良好的結構設計和襯里材料的選取可徹底避免這種情況的發生。例如,選用帶不銹鋼絲襯網的氟塑料襯里(見圖5)電磁流量計是一個很適用的方法。其結構是一成型的不銹鋼絲襯網用焊接的方法固定在測量管的內壁上,再用澆注方法加工襯里,成型的襯里與鋼絲襯里形成一體,繼而和測量管內壁緊密相粘聯,這樣就能承受負壓而保證襯里不被損壞。帶絲網PFA襯里的電磁流量計已在先前普通PTFE襯里電磁流量計發生過故障的場所使用,如安徽華潤啤酒公司,目前運行狀態正常。

       圖5  帶絲網PFA襯里

3.2  介質中氣泡的影響和處理

除極少產所應工藝需要安裝視境外,實際使用的工藝管道都是不透明的,因而無法觀察到管道內流動情況。但在許多的場所,因工藝或介質本身的原因,所測液體常含一些氣泡。電磁流量計屬于速度型的測量方式,氣泡在管道圓截面中所占據的面積百分率,幾乎就等同于氣泡對流量測量的影響量。此外會產生尖峰脈沖干擾電勢,其值遠大于正常的流量信號。通常電磁流量轉換器無法有效地處理如此的干擾,輕者導致測量值不穩定,情況嚴重時儀表根本無法工作。在一些缺乏經驗的用戶僅從測量的要求出發,對電磁流量計的安裝位置沒有考慮防止氣泡等工藝上的特點,容易發生一些運行方面的問題。例如有一啤酒廠,用電磁流量計對麥汁進行計量,電磁流量計安裝在麥汁的冷卻器后,投用后反映出麥汁測量值偏大,而最終獲得的啤酒產量又偏小,導致生產工藝前后工段交接的計量糾紛。經過現場的查勘,發現安裝測量麥汁的流量計位置前有一個氣體注入口,其目的是增加發酵所需的含氧量,此時通過流量計的流體是麥汁和氣體的混合物,很明顯其測量的結果是要偏大的,顯示的瞬時流量值極不穩定,上下波動極快,無法看清流量計顯示屏上的瞬時流量值,因該用戶僅對最終的累計總量感興趣,沒有注意到瞬時流量的異常波動。在將氣體注入口移到電磁流量計下游后,計量趨于正常,消除了交接糾紛,啤酒產量和麥汁消耗量之比符合了工藝指標。

3.3  防止凝露導致的絕緣下降

     啤酒生產工藝過程中大部分時間介質處于較低溫度,如啤酒在灌裝時其溫度常低于室溫,在2℃左右,此時工藝管道與空氣接觸的部位很容易產生冷凝水。另外,由于特定的生產要求,許多生產車間一直處于極其潮濕的環境。在這種比較嚴酷的條件下,如果流量計外殼的密封不良,注入接線盒,以及一些非焊接氣密級密封結構的外殼,天長日久冷凝水容易積聚在電磁流量計傳感器的接線盒中、或透過密封不良的結合面滲入流量計殼體中。由于電磁流量傳感器的流量信號極其微弱(通常是幾個mV),凝露水電阻的存在,直接的后果是導致電磁流量轉換器輸入回路阻抗下降,衰減了欲輸往放大器的流量信號;或者是破壞勵磁回路和信號回路的絕緣,將高到幾十V的勵磁電壓引入到低電勢的信號回路中,造成流量計的嚴重故障。此時正確的方法應該是選用分體式、具有IP67或IP68防護等級的電磁流量計,由于這種防護等級的傳感器是完全密封,無論環境如何惡劣,電磁流量計將不會再有產生冷凝水憂慮。若在現場已經安裝普通防護型儀表,為避免可能產生的后遺癥,則可在接線盒中灌注絕緣材料,如變壓器油、中性的硅膠以及一些現場可固化的聚氨酯橡膠,也不失為一種比較有效的補救措施。

 

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