電磁流量計(jì)是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，測(cè)量流量時(shí)，導(dǎo)電性液體以速度V流過(guò)垂直于流量方向的磁場(chǎng)，導(dǎo)電性液體的流動(dòng)感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)二個(gè)或二個(gè)以上與液體直接接觸的感應(yīng)電極檢出，并通過(guò)電纜送至轉(zhuǎn)換器通過(guò)其智能化處理，實(shí)現(xiàn)流體瞬時(shí)流量、積累流量的顯示及流量數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)之間的通訊。測(cè)量管內(nèi)無(wú)活動(dòng)及阻流部件，因此幾乎沒(méi)有壓力損失，并且有很高的可靠性。
1 測(cè)量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度 L 及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度 u 成正比，如果 B，L，u 三者互相垂直，則：
e＝Blu (1)
與此相仿，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為 D 的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速 u流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線。
如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極(圖1)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：
e＝BDū (2)
式中，ū 為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量為：
由上式可見(jiàn)，體積流量 Q 與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 和測(cè)量管內(nèi)徑 D 成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 成反比，與其它物理參數(shù)無(wú)關(guān)
2 電磁流量計(jì)的安裝
電磁流量計(jì)的正確安裝對(duì)電磁流量計(jì)的正常運(yùn)行極為重要，也大大減少日后的維護(hù)工作量；電磁流量計(jì)的安裝要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1) 安裝場(chǎng)所。測(cè)量混合相流體時(shí)，應(yīng)選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所；避免安裝在電動(dòng)機(jī)、變壓器等強(qiáng)電設(shè)備附近，以免引起電磁場(chǎng)干擾；選擇測(cè)量管內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓的場(chǎng)所；避免安裝在周圍有強(qiáng)腐蝕性氣體的場(chǎng)所；環(huán)境溫度一般應(yīng)在 -25~60 ℃范圍內(nèi)，盡可能避免陽(yáng)光直射；安裝在無(wú)振動(dòng)或振動(dòng)小的場(chǎng)所。如果振動(dòng)過(guò)大，則應(yīng)在傳感器前后的管道加固定支撐；避免安裝在能被雨水直淋或被水浸沒(méi)的場(chǎng)所。
(2) 直管段長(zhǎng)度。電磁流量計(jì)對(duì)表前直管段長(zhǎng)度的要求比較低。一般，對(duì)于 90° 彎頭、 T 形三通、異徑管、全開(kāi)閥門等流動(dòng)阻力件，離傳感器電極軸中心線 ( 不是傳感器進(jìn)口端面 ) 應(yīng)有 3~5 D 的直管段長(zhǎng)度；對(duì)于不同開(kāi)度的閥門，則要求有 10 D 的直管段長(zhǎng)度；傳感器后一般應(yīng)有 2 D 的直管段長(zhǎng)度。當(dāng)閥門不能全開(kāi)時(shí)，如果使閥門截流方向與傳感器電極軸成 45° 安裝，可大大減小附加誤差。
(3) 安裝位置和流動(dòng)方向。電磁流量計(jì)可以水平、垂直或傾斜安裝。水平安裝時(shí)，電磁流量計(jì)電極軸必須水平放置。這樣可以防止由于流體所夾帶的氣泡而產(chǎn)生的電極短時(shí)間絕緣；也可防止電極被流體中沉積物覆蓋。不應(yīng)將電磁流量計(jì)安裝在高點(diǎn)，以免有氣體積聚，安裝在管系**高處，為不良的安裝位置，應(yīng)予以避免。垂直安裝時(shí)，應(yīng)使流動(dòng)方向向上，這樣可使無(wú)流量或流量很小時(shí)，流體中所夾帶的較重的固體顆粒下沉，而較輕的脂肪類物質(zhì)上升離開(kāi)傳感器電極區(qū)。測(cè)量泥漿、礦漿等液固二相流時(shí)，垂直安裝可以避免固相覺(jué)沉淀和電磁流量計(jì)襯里不均勻磨損。傳感器安裝處應(yīng)具有一定背壓，電磁流量計(jì)出口直接排空易造成測(cè)量管內(nèi)液體非滿管，為不良的安裝位置，應(yīng)予以避免。為了防止傳感器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，電磁流量計(jì)應(yīng)安裝在泵的后面，而不應(yīng)安裝在泵的前面。
(4) 安裝旁路管。為了便于液流靜止時(shí)檢查和調(diào)整零點(diǎn)，中小管徑應(yīng)盡可能安裝旁路管。在測(cè)量含有沉淀物流體時(shí)，應(yīng)考慮便于清洗電磁流量計(jì)的安裝方式。
即便是在生產(chǎn)中也可以切出來(lái)，進(jìn)行維護(hù)和處理。
(5) 接地。
由于電磁流量計(jì)的工作原理和特性，接地屏蔽外界電磁干擾特別重要；同時(shí)為了使測(cè)量準(zhǔn)確和電極不會(huì)發(fā)生電流腐蝕，電磁流量計(jì)必須單獨(dú)接地，并使傳感器和流體大約處于相同電位。分離型電磁流量計(jì)，原則上接地應(yīng)在流量計(jì)側(cè)，轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)，在大多數(shù)情況下，流量計(jì)的內(nèi)裝參比電極或金屬管能確保所許的電位平衡。因此，可以通過(guò)內(nèi)裝的參比電極和金屬管將管中流體接地，將流量計(jì)的接地片與接地線相連。如果傳感器安裝于帶陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了流量計(jì)和接地環(huán)一起接地外，還要用粗銅線繞過(guò)流量計(jì)跨接在管道的兩法蘭上，使陰極保護(hù)電流與流量計(jì)之間隔離。對(duì)于金屬非接地管道，應(yīng)用粗銅線連接，保證法蘭至法蘭和法蘭到流量計(jì)是連通的。對(duì)于非導(dǎo)電的塑料管或襯里管，如果沒(méi)有參比電極或由于電位平衡電流的存在，需將流體通過(guò)接地環(huán)接地。
3 電磁流量計(jì)在煤化工生產(chǎn)中的常見(jiàn)問(wèn)題
電磁流量計(jì)作為當(dāng)前流程工業(yè)廣泛使用的流量計(jì)，在應(yīng)用過(guò)程中依據(jù)其故障與成因分為五類，下面就電磁流量計(jì)的這些常見(jiàn)故障的成因、檢測(cè)判別方法以及對(duì)故障的處理方式簡(jiǎn)要闡述。
3.1 液體中含有氣泡和非滿管的現(xiàn)象
液體中含有氣泡的現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)或測(cè)量值波動(dòng) ( 輸出波動(dòng) ) ，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(zhuǎn)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(guò)電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極，使流量信號(hào)輸入回路瞬時(shí)開(kāi)路，導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。非滿管現(xiàn)象可以看作液體中含有氣泡的一種情況。液體未充滿管道可分為液面高度高于測(cè)量電極水平面
或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時(shí)，若管系的前后直管段比較理想時(shí)，電磁流量計(jì)的測(cè)量大多能夠穩(wěn)定，但流量計(jì)所計(jì)量的液體體積包含了管內(nèi)的氣體體積，故這種測(cè)量存在著很大的測(cè)量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時(shí)，此時(shí)電極裸露在空氣中，測(cè)量回路實(shí)際處于開(kāi)路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動(dòng)或是滿度。這也是在非工作狀態(tài)即管道無(wú)液體介質(zhì)時(shí)，電磁流量計(jì)指示隨機(jī)值，工藝人員有時(shí)會(huì)認(rèn)為流量計(jì)出故障。
簡(jiǎn)單的判別方法是當(dāng)遇到波動(dòng)時(shí)，切斷磁場(chǎng)的勵(lì)磁回路電流，如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時(shí)，說(shuō)明大多是由于氣泡或非充滿管的影響造成。如果此時(shí)以萬(wàn)用表測(cè)量電極電阻，可測(cè)量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高；引起這方面的現(xiàn)象的多數(shù)還是在安裝方面的原因，電磁流量計(jì)的安裝合適與否直接影響到測(cè)量效果，同時(shí)對(duì)于被測(cè)介質(zhì)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(jì)裝在管道的高點(diǎn)而滯留氣體或外界吸入空氣造成流量計(jì)波動(dòng)的話，更換安裝位置是***的解決方法，在管線**低點(diǎn)或采用 U 型管安裝。但很多應(yīng)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(jì)上游安裝集氣包和排氣閥，在安裝了排氣裝置后，測(cè)量即恢復(fù)正常。在流量計(jì)安裝時(shí)盡量避免出現(xiàn)非滿管的情況，如前面提及的在管線**低端安裝或有意將流量計(jì)安裝在 U 型管道和垂直管道上。典型故障：煤氣化 33 單元 P-3301AB 出口流量，由于安裝在泵的出口高處水平管道上，造成工藝水沒(méi)充滿電磁流量計(jì)，造成指示波動(dòng)大，即測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動(dòng)或是滿量程；工藝無(wú)法參考，把電磁流量計(jì)改裝到垂直管道或合適的水平管線上，才能*解決問(wèn)題；存在同樣問(wèn)題的還有 33FT-0002 、 36FT-0001 、36FT-0002 ，都是由于安裝位置不合適造成指示波動(dòng)大。
3.2 電極腐蝕
在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測(cè)量值晃動(dòng)的情況，且都以傳感器失效而告終。
由于電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測(cè)液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計(jì)輸出波動(dòng)。電極一旦被腐蝕后，所造成的結(jié)果對(duì)此的解決方法，只有更換新的電極。
3.3 電極結(jié)垢及電極短路
電極短路的判別比較簡(jiǎn)單，若被測(cè)介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí)，電極短路較易診斷，此時(shí)測(cè)量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見(jiàn)。因電磁流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于原水和污水等計(jì)量環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時(shí)，表現(xiàn)為信號(hào)逐漸減小，直至絕緣而使得信號(hào)回路開(kāi)路，此時(shí)流量信號(hào)被隔絕。
當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的粘度較高時(shí)，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測(cè)液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號(hào)電勢(shì)被分流而不能工作，即電極短路，若是非導(dǎo)電層，就是我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的電極結(jié)垢，則使電極開(kāi)路而不能工作。結(jié)合工藝工況拆下清洗電磁流量計(jì)是一個(gè)比較*的方法。
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