电磁流量计在化工生产中应用
电磁流量计在化工生产中的应用
摘.. 要: 电磁流量计( 以下简称EMF) 是化工生产中测量导电液体流量的工具。简述了EMF 的工作原理, 讨论了EMF 的特点及在各产业的应用, 分析了EM F 选用的考虑要点和注意事项, 详细介绍了仪表的安装条件、环境条件、维护方法及使用技巧。
关键词: 电磁感应; 电导率; 流量特性; 体积流量
.. .. 流量是化工生产中重要的测定参数之一, 就测量导电液体流量而言, 不管目的是监控还是计量, EMF 都能做到测量稳定、可靠、精度高、易维护。在仪表选型和使用时, 笔者结合实际应用总结一些要点介绍给大家供参考。
1 .. EMF的工作原理
EMF 的基本原理是法拉第电磁感应定律, 即导体在磁场中切割磁力运动时在其两端产生感应电动势。如图1 所示, 在EMF 测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆, 上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时, 则会产生感应电势, 由管道内部的两个电极测量并引出感应电压。测量管道通过不导电的内衬( 橡胶, 特氟隆等) 实现流体与测量电极的电磁隔离。假设电磁感应线圈产生磁场强度B( T) 为恒定, 产生的感应电压Ue( V) 正比于流体平均速度v ( m/ s) , 系数为k, 测量管内径L( m) 为已知, 则体积流量Qv ( m3 / s) 可通过如下公式计算: Ue= kBL v ( 1. 1) Qv= ..L2v/ 4= ( ..L/ 4kB) Ue ( 1. 2) EMF 由流量传感器和变送器两大部分组成。传感器测量管上下装有励磁线圈, 通励磁电流后产生磁场穿过测量管, 一对电极装在测量管内壁与液体相接触, 引出感应电势, 送到变送器。励磁电流则由变送器提供。
2 .. 智能电磁流量计的特点
1) 结构简单, EMF 的测量管道是一段无阻流扰动件或节流件的光滑直管, 不易发生堵塞、磨损等问题。因此, EMF 特别适用于含固体颗粒或纤维的液图1 .. 测量原理固两相流体, 如纸浆、泥浆、矿浆、煤水浆和污水等。
2) 由于没有节流件, 仪表几乎无压力损失, 仅消耗10~ 20W 的电功率, 这点与节流的差压式流量计相比, 其节能效果成为EMF 发展的一大优势。
3) EMF 所得的体积流量, 实际上不受流体密度、粘度、温度、压力、雷诺数以及在一定范围内电导率变化的影响。
4) EMF 测量范围很大, 通常为20 .. 1~ 50 .. 1, 每个量程又可从2% ~ 99%线性测量, EMF 的测量范围可涵盖紊流和层流两种速度分布状态, 这是其他流量计不能与之相比拟的。
5) 测量原理是线性的, 测量精确度高, 反应速度快, 可测脉动流量和快速累积总量, 可测正反双向流量, 传感器前后直管段要求低。
6) 耐腐蚀性能好, 使用可靠, 维护方便, 寿命长。但是, EMF 不能测量电导率很低的液体, 如石油制品和有机溶剂等; 不能测量气体、蒸汽、和含有较多较大气泡的液体; 受衬里材料和电极绝缘材料的温度限制, 不能测量较高温度的液体。
3 .. 智能电磁流量计的选型考虑要点
在石油化工设计中, 要选择适合的流量仪表要考虑的因素很多, 具体到EMF 的特点, 重点要求考虑四个方面的因素, 即仪表性能、流量特性、安装条件和环境条件。
3. 1 .. 仪表性能
市场上EMF 的功能差别也很大, 简单的就只是测量单向流量, 只输出模拟信号带动后位仪表; 多功能仪表有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表的串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片( ASIC) , 以连接HART 协议系统、PROFTBUS、Modbus、FF 现场总线等。EMF 的口径范围比其他品种流量仪表宽, 如E + H 公司提供W、P、H 三种类型的传感器, 分别应用于水和污水行业( W 型) , 化工、食品行业( P 型) , 食品、制药行业( H 型) , 口径范围从2 毫米到2 米。变送器可提供10、50、23、53 多种选择, 10 针对于水行业开发的经济型, 50 为普通型, 53 为增强型, 23 为两线制。精度可有0. 5% , 0. 2% 两种选择。可测正反双向流量, 也可测脉动流量。用于易粘附、沉积、结垢等介质, 流速要求应不低于2m/ s, 提高到3~ 4m/ s 或以上, 起到自清洗、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨蚀性强的流体, 流速应低于2~ 3m/ s, 以降低衬里和电极的磨损。衬里、电极和接地环材料的选择也很关键, 可查阅适合不同介质的有关.. 材料手册.., 如..自控常用材料器件手册..。
3. 2 .. 流体特性
使用电磁流量计 的前提是被测液体必须是导电的, 不能低于阈值( 即下限值) 。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用, 超过阈值即使变化也可以测量, 示值误差变化不大, 通用型EMF 的阈值在10- 4 ~ ( 5 .. 10- 6 ) S/ cm 之间, 视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容, 制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。工业用水及其水溶液的电导率大于10- 4 S/ cm, 酸、碱、盐液的电导率在10- 4 ~ 10- 1 S/ cm 之间, 使用不存在问题, 低度蒸馏水为10- 5 S/ cm 也不存在问题。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低, 认为不能使用, 然而实际工作中会遇到因含有杂质而能使用的实例, 这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液, 资料中的电导率是用纯水配比在实验室测得的, 实际使用的水溶液可能用工业用水配比, 电导率将比查得的要高, 也有利于流量测量。
3. 3 .. 安装条件
按EMF 自身的转换器与传感器组装方式分类, 有分离型和一体型两种。如在污水厂中大口径流量计传感器大多安装在地下, 所以建议选择IP68 ( 防尘防潜水级) , 如果安装在地上, 建议选择IP67 ( 防尘防溅水级) 。小口径以一体式为多。通常EMF 对安装场所要求有: a. 测量混合相流体时, 选择不会引起相分离的场所; 测量双组分液体时, 避免装在混合尚未均匀的下游; 测量化学反应管道时, 要装在反应充分完成段的下游; 尽量满足前后直管段分别不小于5D 和2D; b. 尽可能避免测量管内变成负压; c. 选择震动小的场所, 特别对一体型仪表; d. 避免附近有大电机、大变压器等, 以免引起电磁场干扰; e. 易于实现传感器单独接地的场所; f. 尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体; g. 尽可能避免受阳光直照
3. 4 .. 环境条件
一般仪表应用于爆炸性危险环境应按标准GB3836. 1..爆炸性环境电气设备通用要求..的规定, 选择适应使用场所环境的气氛、爆炸性混合物的分级分组、设备类型以及其他安全规则或标准的仪表。另外, 外界磁场、电气干扰、环境温度和湿度也是EMF 选型的考虑要点。
4 .. 结束语
EMF 使用方便, 维护量小, 主要是电极的清洗和更换, 也有无电极型的EMF 几乎无需维护。当然对EMF 定期进行在线标定和检查也是非常必要的。只要对EMF 性能、特点有了全面深入的了解, 有了应付各种工况的策略, EMF 一定会成为化工测量中的得力助手。
参考文献: [ 1] .. 纪纲. 流量测量仪表应用技巧. 化学工业出版社. [ 2] .. 陆德民. 石油化工自动控制设计手册. 化学工业出版--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
