歸納總結(jié)了電磁流量計(jì)使用中的故障，分為調(diào)試時(shí)的故障和操作時(shí)的故障兩類，并根據(jù)原因?qū)Π惭b，環(huán)境條件和流體特性進(jìn)行了簡(jiǎn)要討論。以下列出了10個(gè)使用失敗的示例和解決方案，例如強(qiáng)管道雜散電流，強(qiáng)無(wú)線電波干擾，積聚的空氣，淤泥沉積層和電極材料。
1 故障類型
本文討論的儀表故障不是指電磁流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱 電磁流量計(jì)(EMF))本身元器件損壞等引起的故障, 而是指安裝不妥 、選用不當(dāng)?shù)葢?yīng)用技術(shù),以及環(huán)境條件和流體特性方面造成輸出晃動(dòng)等不正?，F(xiàn)象或儀表?yè)p壞。電磁流量計(jì)(EMF)使用中的故障可分為兩種類型:初始裝用試運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的調(diào)試期故障和正常運(yùn)行一段時(shí)期后出現(xiàn)的運(yùn)行期故障。這些故障中有些是出現(xiàn)頻度頗高的常見(jiàn)故障,而有些是難得遇到的罕見(jiàn)故障 。罕見(jiàn)故障中 ,個(gè)別故障原因?qū)δ秤?30余年售后服務(wù)經(jīng)驗(yàn)的 電磁流量計(jì)(EMF) 制造廠來(lái)講亦僅遇到1～ 2次 。
2 調(diào)試期故障
每當(dāng) 電磁流量計(jì)(EMF) 安裝 、調(diào)試時(shí)這類故障就會(huì)發(fā)生, 但一經(jīng)改進(jìn)排除故障后, 在相同條件下一般不會(huì)再度出現(xiàn)。常見(jiàn)調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響等三方面原因。
2.1 安裝方面
通常是因電磁流量傳感器安裝位置不正確所引起的故障,常見(jiàn)實(shí)例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn) ;流量傳感器后無(wú)背壓 ,液體逕直排入大氣 ,形成其測(cè)量管內(nèi)非滿管 ;裝在自上向下流的垂直管道上,可能出現(xiàn)排空等 。
2.2 環(huán)境方面
主要是指管道雜散電流干擾、空間電磁波干擾 、大電機(jī)磁場(chǎng)干擾等 。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨(dú)接地保護(hù)可獲得滿意測(cè)量 ,但如遇管道有強(qiáng)雜散電流(如電解車間管道)亦不一定能克服, 須采取流量傳感器與管道絕緣的措施(見(jiàn)下文實(shí)例 1)。空間電磁波干擾會(huì)從信號(hào)電纜引入 , 通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù),但也曾遇到屏蔽保護(hù)還不能克服(見(jiàn)實(shí)例 2)。
2.3 流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測(cè)量,唯所測(cè)得體積流量是液體和氣體兩者之和 ,氣泡增大會(huì)使輸出信號(hào)波動(dòng), 若氣泡大到流過(guò)電極遮蓋整個(gè)電極表面 ,使電極信號(hào)回路瞬時(shí)斷開(kāi),輸出信號(hào)將產(chǎn)生更大波動(dòng) 。
低頻(50/8 ～ 50/4Hz)矩形波激磁 電磁流量計(jì)(EMF) 測(cè)量液體中含有固體超過(guò)一定含量時(shí)將產(chǎn)生漿液噪聲 ,輸出信號(hào)亦會(huì)有一定程度波動(dòng)。
兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時(shí) ,若兩種液體電導(dǎo)率(或各自與電極間電位)有差異 , 在混和未均勻前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測(cè)量 , 輸出信號(hào)亦會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。
電極材質(zhì)與被測(cè)介質(zhì)選配不善, 產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用,電極表面形成絕緣膜 ,以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等均會(huì)妨礙正常測(cè)量(見(jiàn)實(shí)例 5)。
3 運(yùn)行期故障
電磁流量計(jì)(EMF) 經(jīng)初期調(diào)試并正常運(yùn)行一段時(shí)期后在運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障 。常見(jiàn)故障原因有:流量傳感器內(nèi)壁附著層,雷電擊 ,環(huán)境條件變化
3.1 內(nèi)壁附著層
由于用 電磁流量計(jì)(EMF) 測(cè)量含有懸浮固相或污臟體的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)比其它流量?jī)x表多, 出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對(duì)較高 。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近,儀表還能正常輸出信號(hào), 只是改變流動(dòng)面積 ,若附著層厚度不均勻?qū)⑿纬蓽y(cè)量誤差的隱性故障 ;若是高電導(dǎo)率附著層, 電極間電動(dòng)勢(shì)將被短路 ;若是絕緣性附著層, 電極表面被絕緣而斷開(kāi)測(cè)量電路 。后兩種現(xiàn)象均會(huì)使儀表無(wú)法工作(見(jiàn)實(shí)例 4、5)。
3.2 雷電擊
雷電擊在線路中感應(yīng)瞬時(shí)高電壓和浪涌電流, 進(jìn)入儀表就會(huì)損壞儀表 。某生產(chǎn)廠近年在現(xiàn)場(chǎng)維修中,遇到若干次屬于雷電造成的故障。雷電擊損 電磁流量計(jì)(EMF) 有 3條引入途徑:電源線 、傳感器與轉(zhuǎn)換器間的流量信號(hào)線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析, 引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流絕大部分是從控制室電源線路引入的 ,其它兩條途徑可謂絕無(wú)僅有 。還從發(fā)生 電磁流量計(jì)(EMF) 雷擊事故現(xiàn)場(chǎng)了解到, 不僅 電磁流量計(jì)(EMF) 出現(xiàn)故障,控制室中其它儀表也常常同時(shí)出現(xiàn)雷擊事故 。因此使用單位要認(rèn)識(shí)設(shè)置控制室儀表電源線防雷設(shè)施的重要性?，F(xiàn)在已有若干設(shè)計(jì)單位認(rèn)識(shí)和探索解決這一問(wèn)題,如齊魯石化設(shè)計(jì)院[ 1]。
3.3 環(huán)境條件變化
主要原因同上節(jié)調(diào)試期故障環(huán)境條件 , 只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運(yùn)行期間再介入的。例如一臺(tái)接地保護(hù)并不理想的 電磁流量計(jì)(EMF) , 調(diào)試期因無(wú)干擾源 , 儀表運(yùn)行正常 ,然而在運(yùn)行期出現(xiàn)新干擾源(例如測(cè)量點(diǎn)附近管道或較遠(yuǎn)處實(shí)施管道電焊)干擾儀表正常運(yùn)行 ,出現(xiàn)輸出信號(hào)大幅度波動(dòng)。
4 故障實(shí)例
4.1 管道強(qiáng)雜散電流 [ 2]
浙江省某市自來(lái)水公司安裝 2 臺(tái) DN900mm 大管徑電磁流量計(jì)(EMF) ,于 1997 年啟用 。其中 1 臺(tái)運(yùn)行正常 ,另 1 臺(tái)在1 ～ 2 小時(shí)周期內(nèi) ,儀表輸出出現(xiàn) 0～ 50%滿度值幅度波動(dòng)的不正常現(xiàn)象。分析管網(wǎng)運(yùn)行狀況 , 排除了流動(dòng)波動(dòng)的可能性 ,認(rèn)為是流量測(cè)量方面的問(wèn)題 ?？辈飕F(xiàn)場(chǎng), 電磁流量計(jì)(EMF) 安裝、電氣連接和接地保護(hù)基本符合要求 。與流量傳感器連接的管道是有水泥襯里的鋼管, 流量傳感器上下游緊接一段長(zhǎng) 0.5m 的無(wú)襯里短鋼管代替接地環(huán)。轉(zhuǎn)換器和傳感器相距約 10m。有一幾百 kVA 的三相變壓器裝在 電磁流量計(jì)(EMF) 附近, 它離電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器的距離分別約為 8m 和2m 。
分析原因有以下兩種可能性:①大功率變壓器產(chǎn) 生的磁場(chǎng)干擾;②管道上雜散電流干擾 。要證明是否是變壓器磁場(chǎng)干擾影響, 因要關(guān)閉變壓器涉及面廣 ,安排為第二步檢查 ,首先檢查是否是管道雜散電流干擾。在不加激磁電流情況下測(cè)量?jī)呻姌O間電勢(shì) , 其值應(yīng)該為零, 而本實(shí)例測(cè)得波形畸變的交流電勢(shì) ,峰值 V pp 高達(dá)1V。初步判斷管網(wǎng)上雜散電流是主要原因。
采取使電磁流量傳感器與其連接管道間電氣絕緣的措施,這樣流量傳感器與管道電氣絕緣而與被測(cè)水流處于同電位。電磁流量計(jì)(EMF) 投入運(yùn)行輸出顯示穩(wěn)定正常, 同時(shí)排除了電力變壓器磁場(chǎng)干擾影響的可能性 。間接驗(yàn)證了相隔 8m 的數(shù)百 kVA 的電力變壓器對(duì) 電磁流量計(jì)(EMF) 的影響,在通常情況下可以忽略。這一措施也可在有陰極保護(hù)電流管網(wǎng)上 ,作為排除電流干擾影響的方法。
本實(shí)例屬調(diào)試期故障 ,雖是罕見(jiàn)故障,但在一些相仿的應(yīng)用場(chǎng)所, 有可能出現(xiàn)同樣故障。
4.2 強(qiáng)無(wú)線電波干擾
福建省某市水廠裝用數(shù)臺(tái) 電磁流量計(jì)(EMF) 測(cè)量水的流量。其中 1臺(tái)流量傳感器與轉(zhuǎn)換器相距 50m, 兩者以置于鐵管內(nèi)的屏蔽電纜相連 。用戶反映該 電磁流量計(jì)(EMF) 輸出大幅度晃動(dòng) 。經(jīng)檢查儀表本身完好正常, 但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得共模干擾信號(hào)卻高達(dá) 1.7V。分析干擾來(lái)源 ,可能原因之一是管道上有大雜散電流。先采取排干擾源措施, 即按上一實(shí)例的方法將電磁流量傳感器浮空不接地, 與管道間電氣隔離 ,流量傳感器上下游管道間則用粗導(dǎo)線跨接。復(fù)測(cè)共模干擾信號(hào)有所降低, 但仍有 0.6V。顯然還存在其它干涉源影響著儀表正常運(yùn)行 。
再分析現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況, 還有哪些干擾源 ? 得悉距水廠數(shù)十米處有強(qiáng)無(wú)線電發(fā)射臺(tái), 強(qiáng)電磁波是否為另一干擾源? 傳感器和轉(zhuǎn)換器均有金屬保護(hù)外殼 ,信號(hào)電纜又設(shè)置在鐵管內(nèi), 應(yīng)該具有良好的保護(hù)性 。但進(jìn)一步分析認(rèn)為 50m 長(zhǎng)的信號(hào)電纜還是有可能引入干擾信號(hào) 。為證實(shí)這一分析原因是否存在 , 將轉(zhuǎn)換器移至傳感器附近, 連接電纜長(zhǎng)度縮短到僅 3m, 復(fù)測(cè)共模干擾信號(hào)小于 0.1V, 雖還覺(jué)偏大, 但儀表運(yùn)行趨于正常,可認(rèn)為該故障得到了排除 。
本實(shí)例揭示 ,分離型 電磁流量計(jì)(EMF) 在現(xiàn)場(chǎng)有較大共模干擾時(shí),分析故障原因應(yīng)考慮強(qiáng)無(wú)線電波是否干擾的可能性。本實(shí)例屬調(diào)試期罕見(jiàn)故障 。
4.3 原水輸水管積聚空氣
近年國(guó)家為加強(qiáng)用水管理 ,推動(dòng)計(jì)劃和節(jié)約用水,要向水資源汲水者計(jì)量收費(fèi)。因此用 電磁流量計(jì)計(jì)量江河原水日益增多。經(jīng)驗(yàn)證明從江河汲取的原水 ,在輸水管道上部會(huì)積聚氣泡。例如 1997 年檢查上海某水廠從黃浦江汲取原水裝用 DN1600mm 電磁流量計(jì)(EMF) 時(shí), 發(fā)現(xiàn)流量傳感器測(cè)量管內(nèi)壁頂部有周長(zhǎng) 300～ 400mm 明顯積聚氣層的痕跡, 減少了約 0.3%流通面積, 影響流量測(cè)量值還不太大。
人們已注意到原水易積聚氣體問(wèn)題 ,稱之“窩氣”問(wèn)題。為消除窩氣對(duì)流量測(cè)量的影響, 要求在流量?jī)x表上游適當(dāng)位置(例如 5～ 30倍管徑距離,取決于流量?jī)x表品種)裝排氣閥 [ 3] 。哈爾濱自來(lái)水公司曾測(cè)定氣體排放前后流量測(cè)量值的變化。 超聲流量計(jì)裝在DN600mm管道上 , 儀表前置有自動(dòng)排氣閥 , 排氣閥每隔一段時(shí)間自動(dòng)排氣數(shù)分鐘, 每小時(shí)排氣數(shù)次 。排氣前后流量值竟相差 9.57%[ 4], 窩氣現(xiàn)象比前一實(shí)例嚴(yán)重得多。但尚有部分人士還未認(rèn)識(shí)此隱性故障的嚴(yán)重性,許多新設(shè)計(jì)水廠的原水輸水管測(cè)量點(diǎn)上游仍未裝集氣包和自動(dòng)排氣閥 。
4.4 沉積層
上海某水廠從30 余 km 外的黃浦江上游以矩形管引水 ,再以 2 根 DN1600mm 圓管泵送原水進(jìn)廠 ,用 2 臺(tái)DN1600mm 三暢電磁流量計(jì)(EMF) 計(jì)量水量。1991 年啟用使用正常, 但到1993 年感到計(jì)量減少,經(jīng)檢查排除了儀表開(kāi)放部分的故障原因;檢查流量傳感器兩電極對(duì)地電阻值不對(duì)稱,分析流量傳感器出現(xiàn)故障的可能性較大, 因不能斷流而無(wú)法檢查隱蔽部分。直到 1997 年 4 月才有機(jī)會(huì)進(jìn)入管道檢查流量傳感器測(cè)量管內(nèi)部狀況 , 內(nèi)壁沉積淤泥**厚處超過(guò) 10mm, 電極表面亦被淤泥沉積層所覆蓋,與周圍淤泥層平齊。經(jīng)鏟刷清洗后 ,儀表即恢復(fù)正常運(yùn)行。確認(rèn)故障原因系內(nèi)部管壁沉積淤泥所致 。本實(shí)例向人們揭示 , 原水計(jì)量的流量?jī)x表通道內(nèi)壁總會(huì)沉積淤泥 ,是否影響測(cè)量只是時(shí)間長(zhǎng)短而已 ,本例水質(zhì)條件運(yùn)行 3 年已感到流量測(cè)量值減少。為此,測(cè)量江河原水的 電磁流量計(jì)(EMF) 必須要定期清洗。超聲流量計(jì)和文丘利管流量計(jì)等其它流量?jī)x表, 至少同樣有沉積層減小流通面積影響測(cè)量精度問(wèn)題, DN1600mm 管沉積10mm 流量值要變化 1.2%～ 2.5%。同時(shí)在工程設(shè)計(jì)時(shí)要考慮長(zhǎng)期運(yùn)行沉積淤泥影響的對(duì)策 , 例如提高測(cè)量位置流速以延長(zhǎng)清洗周期;預(yù)置進(jìn)入管內(nèi)清洗的檢查孔等 。本實(shí)例屬運(yùn)行期常見(jiàn)故障 。
4.5 導(dǎo)電沉積層短路效應(yīng)例
電磁流量傳感器測(cè)量管絕緣襯里表面若沉積導(dǎo)電物質(zhì), 流量信號(hào)將被短路而儀表失效。由于導(dǎo)電物質(zhì)是逐漸沉積,本類故障通常不會(huì)出現(xiàn)在調(diào)試期而要運(yùn)行一段時(shí)期后才顯現(xiàn)出來(lái) 。
在某柴油機(jī)廠工具車間電解切削工藝試驗(yàn)裝置上,用 DN80mm SCLDE系列電磁流量計(jì)(EMF) 測(cè)量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取**佳切削效率。起初該儀表運(yùn)行正常 ,間斷使用兩個(gè)月后 ,發(fā)現(xiàn)流量示值越來(lái)越小 , 直至接近于零?，F(xiàn)場(chǎng)檢查 ,發(fā)現(xiàn)絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹 ,擦試清潔后儀表運(yùn)行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。
本實(shí)例屬運(yùn)行期故障 ,雖非常見(jiàn)故障,然而若黑色金屬管道銹蝕嚴(yán)重, 有出現(xiàn)本類故障的可能性 。
4.6 電極材料不適應(yīng)介質(zhì)例
電極材料對(duì)介質(zhì)適應(yīng)性的選擇, 首先考慮的是耐腐蝕性。有時(shí)候一種電極材料對(duì)某一介質(zhì)的耐腐蝕性是無(wú)懈可擊,但卻因產(chǎn)生電極表面效應(yīng)而無(wú)法工作 ,需另?yè)衿渌姌O材料。本類實(shí)例屬調(diào)試期常見(jiàn)故障 。下文例舉若干非腐蝕原因電極不適用實(shí)例 。
① 鹽酸—哈氏合金 B
哈氏合金 B 對(duì)溫度 、濃度不高的鹽酸是有耐腐蝕性的 ,已有若干應(yīng)用良好的實(shí)例,然而當(dāng)鹽酸的濃度超過(guò)某值時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲 。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)做過(guò)改變鹽酸濃度的試驗(yàn) , 濃度逐漸增加, 超過(guò) 15%～ 20%時(shí)儀表輸出隨之晃動(dòng)起來(lái) ,濃度達(dá)到 25%輸出晃動(dòng)高達(dá) 20%。對(duì)這類使用場(chǎng)所改用鉭電極后故障迎刃而解。硝酸、硫酸等酸液也有相似效應(yīng)的實(shí)例。
?、?硫酸鋁液—哈氏合金 B
水廠常用硫酸鋁液與原水混和以凝聚懸浮體, 混合配比采用三暢電磁流量計(jì)(EMF) 測(cè)量硫酸鋁液, 選用耐酸鋼電極即可獲得滿意的結(jié)果 。我們?cè)龅綔y(cè)量 15%硫酸鋁偶然使用哈氏合金 B 電極 電磁流量計(jì)(EMF) 的實(shí)例 ,使用過(guò)程中也出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象, 后改用耐酸鋼電極 ,工作即趨正常 。
?、?鹽酸—鉑銥合金
鉑銥合金電極或鉑電極對(duì)鹽酸有良好的耐腐蝕性,鉑電極 電磁流量計(jì)(EMF) 多處用于測(cè)量鹽酸獲得滿意的結(jié)果。然而測(cè)量濃度較高的鹽酸(10%以上)卻產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲,應(yīng)改用鉭電極。
?、?過(guò)氧化氫(雙氧水)—鉑
鉑電極用于測(cè)量壓力低于 0.3MPa 的低壓過(guò)氧化氫,由于觸媒作用會(huì)在電極表面產(chǎn)生氣霧,阻斷了流量信號(hào)電氣通路而影響工作 。
?、?水溶液和“非酸”液—鉭
鉭對(duì)水是很好耐腐蝕的 。但若使用鉭電極 電磁流量計(jì)(EMF)測(cè)量水溶液流量 ,鉭電極表面會(huì)形成絕緣層, 使儀表失靈或運(yùn)行一短時(shí)期后出現(xiàn)很大噪聲 。氫氧化鈉等堿液亦不能選用鉭電極。在工藝流程中即使是極短時(shí)間鉭電極與水或“非酸”液接觸 ,如用水清洗管道, 均會(huì)影響儀表正常使用。
