开封市中仪流量仪表有限公司
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阅读：54发布时间：2021-12-20
电磁流量计在酸性废水处理中的应用
摘要: 介绍Khrone公司生产的电磁流量计在不锈钢酸性废水处理中的应用, 探讨了电磁流量计的测量原理和结构, 以及安装技术要求和常见的故障, 对于掌握该流量计的使用方法和性能具有一定的指导作用, 为电磁流量计在线测量提供了一定的参考。
关键词: 电磁流量计; 流量; 测量
0.. 引言
在不锈钢制造过程中, 为了去除退火后带钢表面的氧化铁皮, 一般采用由硝酸和氢氟酸配成的混酸进行表面清洗。酸洗后的废水除了含有硝酸、氢氟酸和游离的金属离子外, 还含有由铁离子和氟离子、铬离子和氟离子形成的络合离子及其不溶物、金属氧化物及由硝酸生成的氮化物等, 成分十分复杂。这些废水若直接排放或处理不当, 将会影响水体的自净, 使水质恶化, 污染环境。作为工业生产过程的主要检测参数.. .. .. 流量, 其测量的方法很多, 如容积式、速度式、动量式、质量流量式等; 相应的流量计种类也很多, 有孔板流量计、转子流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、质量流量计、超声波流量计等。本文主要介绍的是某不锈钢厂酸性废水处理过程中应用的Khrone 公司生产的IFM4080K 系列电磁流量计。
1.. 测量原理
电磁流量计的测量原理是法拉第电磁感应定律, 即导体在磁场中作切割磁力线运动时, 在导体中便会产生感应电势, 其大小与磁场的磁感应强度、导体在磁场内的有效长度及导体的运动速度成正比。同理, 在磁场中作切割磁力线运动的导电液体, 也会在液体中产生感应电势, 示意图如图1所示。图1.. 测量原理感应电势的方向由右手定则确定, 其大小由下式决定: E = BDv ( 1) 式中: E 为感应电势; B 为磁感应强度; D 为管道直径; v为管道内的流体速度。流量qv 等于流体流速v与管道截面积的乘积, 即qv = 14 ..D 2v ( 2)
将式( 2)代入式( 1), 可得qv = ( ..D /4B )E ( 3) 由式( 3)可知, 在磁感应强度B 不变且管道直径D 已确定时, 流量与感应电势呈线形关系。
2.. 内部结构
电磁流量计主要由磁路系统、测量导管、电极、衬里、外壳以及转换器等部分组成。
2. 1.. 磁路系统
用于产生均匀的直流或交流磁场。工业生产用的电磁流量计, 大多采用50H z工频电源激励产生交变磁场。
2. 2.. 测量导管
为使磁力线通过测量导管时磁通不被分路并减少涡流, 测量导管必须采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成, 一般可选用不锈钢( 1C r18N i9T i)、玻璃钢、铝及其他高强度塑料等。
2. 3.. 衬里
为确保感应电势不被金属测量导管管壁短路, 在测量导管的内侧及法兰密封面上必须附着一层绝缘的衬里。为增加测量导管的耐磨与耐腐蚀性, 衬里一般均选用具有耐腐蚀、耐磨、耐高温的材料, 如聚氨脂橡胶、氯丁橡胶、聚四氟乙烯等。
2. 4.. 电极
电极结构如图2所示, 作用是把由液体切割磁力线所产生的感应电势引出。为避免影响磁通分布, 电极一般选择非导磁、耐腐蚀、耐磨材料, 如不锈钢( 1C r18N i9T i) , 对于腐蚀性较强的介质, 可选用钛、铂、镀金等。1.. 电极; 2.. 螺母; 3.. 导电片; 4.. 垫圈; 5.. 绝缘套; 6.. 衬里图2.. 电极的结构
2. 5.. 外壳
一般由铁磁材料制成, 它的目的是保护励磁线圈并隔离外磁场的干扰。
2. 6.. 转换器
流体产生的感应电势十分微弱, 又有很强的干扰。转换器的目的是放大有用信号, 消除干扰, 输出标准信号。
3.. 干扰信号
智能电磁流量计干扰信号主要有三种: ( 1) 电磁耦合产生的静电感应; ( 2)被测流体介质产生的电化学干扰; ( 3)电磁流量计供电电源的电压和频率波动等电源干扰。抗干扰技术的几个发展过程如下: 70年代中期, 主要采用低频矩形波励磁技术, 改变工频干扰的形态特征。利用工频同步采样技术, 使电磁流量计获得较好的抗工频力, 可使其测量精度提高、零点稳定、可靠性增强。80年代初采用三值低频矩形波励磁技术和动态校零技术、同步励磁、同步采样技术以获得电磁流量计的零点稳定性, 进一步提高抗工频干扰和极化电势干扰的能力。80年代末采用双频矩形波励磁技术, 既克服流体介质产生的泥浆干扰和流体流动噪声, 又具有低频矩形波励磁电磁流量计的零点稳压性, 实现电磁流量计零点稳定性、抗力和响应速度的统一, 从而提高电磁流量计抗力, 是目前效的抗干扰措施。
4.. 技术特点
4. 1.. 优点
( 1) 由于测量导管内部没有活动或突出部件, 测量压力损失极小。
( 2) 一般情况, 只要是导电率大于5 .. 10- 6 S /cm 的液体均可测量。被测介质可以是含有固体颗粒或悬浮物的流体、泥浆等, 也可以是酸、碱等腐蚀性液体。
( 3) 流量计输出信号不受液体温度、压力、密度等影响, 且输出电流与体积流量成线性关系。
( 4) 量程比较高, 可达100..1; 测量口径范围大, 能测1mm ~ 2m以上; 测量精度一般优于0. 5% 。
( 5) 电磁流量计反应迅速, 可以测量脉动信号。
4. 2.. 缺点
( 1) 被测液体必须导电。
( 2) 不能测量气体、蒸汽和石油制品等。
( 3) 由于衬里采制的原因, 一般使用温度为0~ 200.. 。
( 4) 由于电极是镶装在测量导管上的, 一般工作压力为0. 25Mpa。
5.. 安装注意事项
( 1) 为减少干扰, 电磁流量计应安装在没有强电场的环境, 附近也不应有大的用电设备。
( 2) 需将传感器的..地..与转换器的.. 地..用一根导线连接起来, 并用接地线将其深埋地下。
( 3) 在电磁流量计安装完毕后, 应测量一下接地电阻, 接地电阻越小越好。若阻值偏大, 通常的做法是将传感器和转换器分别接地, 可减少由杂散电流引起的干扰电势。
( 4) 为防止传感器中沉积物或气泡积存, 传感器垂直安装, 被测液体自下而上流动。如条件不允许, 也应使传感器低于出口管, 以免积存气体; 同时应保证测量电极在同一水平线上。
( 5) 电极要求与衬里齐平, 以便流体通过时不受阻碍。电极的安装位置宜在管道的水平方向, 以防止沉淀物堆积在电极上而影响测量精度。
( 6) 为保证被测液体流速分布轴对称, 传感器前应有一定长度的直管段。上流侧如有弯头、三通、异径管等, 传感器前应有5倍管径的直管段, 如有各种阀门, 应有10倍管径的直管段; 下流侧的直管段可以短于上流侧。
( 7) 为方便检修传感器, 可增加旁路管, 这样只要关闭传感器两端管道上阀门就可以进行调零操作。
( 8) 信号线应单独穿入接地钢管, 不允许和电源线穿在一个钢管里。信号线一定要用屏蔽线, 长度不得大于30m。若要求加长信号线, 必须采用一定的措施, 如采用双层屏蔽电缆、屏蔽驱动等。
( 9) 被测液体的流动方向应为传感器规定的方向, 否则流量信号相移180.. ,相敏检波不能检出流量信号, 仪表将没有输出。
( 10) 被测流体的流速也有一定的限制, 流速不能低于仪表量程的10%, 流速不超过10m / s。
6.. 常见故障及处理方法
6. 1.. 故障类型
按照故障发生时期可分为: ( 1)调试期故障, 出现在新装用后调试初期, 主要原因是仪表选用或设定不当、安装不妥等。( 2)运行期故障, 在运行一段时期后出现, 主要原因有流体中杂质附着电极衬里、环境条件变化出现新干扰源等。
6. 1. 1.. 调试期故障
( 1) 安装方面
通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障, 如将传感器安装在易积聚气体的管网点; 安装在自上而下的垂直管上, 可能出现排空; 传感器后无背压, 流体直接排入大气造成测量管非满管。
( 2) 环境方面
通常主要是管道杂散电流干扰、空间强电磁波干扰、大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰一般可采用单独接地消除; 若遇到强大的杂散电流, 可采取另外措施使传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入, 通常采用单层或多层屏蔽予以消除。
( 3) 流体方面
通常被测液体中含有均匀分布的微小气泡不会影响电磁流量计的正常工作, 但随着气泡的增大, 仪表输出信号会出现波动。当气泡大到遮盖整个电极表面时, 会使电极回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。测量混合介质时, 如果混合未均匀就进入流量传感进行测量, 会使输出信号产生波动。电极材料与被测介质选配不当, 也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。
6. 1. 2.. 运行期故障
( 1) 传感器内壁附着层
由于智能电磁流量计常用来测量脏污流体, 运行一段时间后, 会在传感器测量导管内壁积聚附着层而产生故障, 这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。若附着物为绝缘层, 则电极回路将出现断路, 仪表不能正常工作。若附着层电导率显著高于流体电导率, 则电极回路将出现短路, 仪表也不能正常工作。
( 2) 雷电打击
雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流, 使仪表损坏。它主要通过电源线或励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入, 尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。
( 3) 环境条件变化
在调试期间由于环境条件较好, 流量计工作正常。一旦环境条件变化, 运行期间出现新的干扰源(如在流量计附近管道上进行电焊、附近安装大型变压器等) , 就会表的正常工作, 流量计的输出信号就会出现波动。
6. 2.. 故障现象及处理方法
6. 2. 1.. 通电后无流量信号输出( 1) 供电电源或接线不正确, 检查供电电源或接线是否与说明书要求一致。( 2) 保险丝熔断, 用万用表检查保险丝, 并更换。( 3) 管道内无流量, 确认阀门是否开启。( 4) 转换器内电路板损坏, 可用替代法进行检查, 并更换。
6. 2. 2.. 管道内无流量却有信号输出( 1) 电磁波干扰, 检查信号电缆, 进行屏蔽处理。( 2) 杂散电流干扰, 检查接地电阻, 重新接地。.( 3) 传感器参数设置不正确, 重新设置参数, 减少增益。
6. 2. 3.. 输出信号波动大( 1) 被测液体内含有大量的气泡或被测液体未混合均匀, 改变传感器安装位置。( 2) 管道震动或抖动大, 在流量计上流2~ 3D 处加装固定支架。( 3) 电极材料选型不恰当, 重新选择电极。
6. 2. 4.. 测量值与真实值偏差大( 1) 安装位置不正确, 按要求重新进行安装。( 2) 传感器测量导管内有附着物, 拆下清洗。( 3) 传感器衬里磨损严重, 检查并更换。( 4) 参数设置不正确, 根据实际情况重新设定参数。
7.. 结束语
由于电子技术的飞速发展, 元器件的集成化、小型化、智能化, 使电磁流量计转换器的体积大大减小。矩形波激磁和非均匀磁场等技术的使用, 使传感器要求使用测量直管长度也进一步缩短, 体积缩小, 重量减轻。近几年电磁流量计的主攻方向是口径为200mm 以下、传感器与转换器结合在一起的智能型电磁流量计。参考文献: [ 1] 李新光, 张华, 孙岩, 等. 过程检测技术[M ] . 北京: 机械工业出版社, 2004. [ 2] 杜维, 张宏建, 乐嘉华. 过程检测技术及仪表[M ]. 北京: 化学工业出版社, 1998. [ 3] 蔡武昌. 流量计应用指南丛书[M ]. 北京: 中国石化出版社, 2004. [ 4] 刘欣荣. 流量计[M ] . 第二版. 北京: 水利电力出版社, 1989. [ 5] 梁国伟, 蔡武昌. 流量测量技术及仪表[M ]. 北京: 机械工业出版社, 2002. (许雪军编发)--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：
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