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双频励磁的电磁流量计在水煤浆测量中的应用

双频励磁的电磁流量计在水煤浆测量中的应用简要介绍了电磁流量计的工作原理和双频励磁的原理及优点;电磁流量计在实际安装中应满足仪表的接地要求和前后直管段的需要、流量计导管的安装方向要求,并注意保护电极的绝缘性能,电磁流量变送器周围不应有强的电磁场;另外介绍了变送器流量系数修正方法并针对在气化装置的实际应用中遇到的问题,叙述了所采取的处理措施,提出了电磁流量计的安装建议和体会,对电磁流量计在实际工程应用中有一定的参考价值。
    在化工生产过程中,参与生产过程的各种物料必须以一定的量或比例投入,才不会造成资源和能源的浪费或者发生危险,各个工序的物料传递及进出工厂或单位的产品及半成品需要进行计量,因此,流量测量是生产过程控制和工业计量中的一个极为重要的方面。流量测量方法有很多种,但在测量象浆类等含有颗粒的特殊介质,而且要求压力损失尽量小的化工生产过程中,可选用的高精度测量仪表就寥寥可数了。只要所测介质具有一定的电导率(电导率值不小于20μs/cm),采用电磁流量计就是一种值得考虑的选型方案。
    1 电磁流量计的工作原理
    电磁流量计由电磁流量变送器(主要包括测量导管、电极、励磁线圈等部分)和信号转换器组成。前者是将介质流量的变化转换成感应电势的变化,起传感器的作用;后者是将微弱的感应电势(正常情况下为几毫伏到几十毫伏,流量小时,变送器的测量信号输出电压只有几十微伏)放大并转换成标准信号(4~20 mA DC或1~5 V DC或脉冲)输出,起到信号转换调整的作用。
    1·1 电磁流量计变送器的工作原理
    变送器的工作原理依据电磁感应定律,当一个导体在磁场中运动时,如果导体的运动方向与磁场方向相互垂直,那么在导体上就会产生一个与导体的运动方向及磁场方向都垂直的感应电势(Ex),该感应电势的大小与导体的运动速度(v)及磁感应强度(B)成正比,方向符合右手定则。同理,在磁场中作切割磁力线运动的导电液体也会产生同样的感应电势,只要具备以下条件:
    1)测量导管是非磁性材料,导管内壁是电绝缘性的绝缘衬。
    2)介质的流速对导管轴线是轴对称的,介质的电气性质是均匀的,并且是非磁性的。
    3)在导管轴线方向上,在至少2·5倍的管道直径的范围内,磁场是均匀的。
    4)介质的流动方向,磁场方向,引出感应电势的电极所在平面,三者相互垂直。
    1·2的双频励磁原理
    在电磁流量计变送器中采用双频励磁,在电磁流量计导管内形成一个具有高频和低频两重成分的双频电磁场,高频成分励磁抗介质噪音,低频成分励磁具有极佳的零点稳定性。每一个频率周期均对两种成分的信号进行检测,将检测到的信号进行合成运算,即得到流量信号。
    励磁波形:励磁波形是一个低频方波上叠加一个比商用频率高的高频波,见图1所示。
    1·3 电磁流量计的测量原理
    具有由高低两种频率成分合成波形的励磁电压,通过励磁线圈作用于具有一定电导率的工艺流体介质时,在导管的介质中有感应电势生成。在该感应电势中,低频成分通过时间常数较大的积分电路,得到一个平滑的流速信号,这个信号就是具有高度零点稳定性的平均流速信号;另一方面,由于当导电性低的介质通过导管时,由于存在浆类介质的噪音和流动噪音,产生的感应电势中必然存在低频成分,这些低频成分由不受低频噪音影响的高频励磁成分进行检测,通过具有和积分电路相同时间常数的微分电路而得到流速信号的变化成分。因此,将由双频励磁电路而得到的双频成分信号进行加运算形成的合成信号,不受噪音影响,零点稳定性高,响应速度快。这样的信号能够反应介质流量的真实工况,其测量原理见图2所示。
    变送器应安装在任何时候测量导管内都能充满液体介质的地方;电磁流量计的测量管最好是垂直安装,使流体介质自下而上通过测量管。这样可以避免在测量管内沉积介质或介质中积有气泡而影响测量精度。如不能垂直安装,也可水平安装,但要使两个电极处在一个水平面上。注意介质在电磁流量计导管内的流向应与要求的允许介质流向一致,见图3所示。
    变送器应安装在远离大用电设备的地方,以避免电磁场干扰;所安装的管道上应接地良好,避免管道上存在较大的杂散电流。仪表的实际运行情况表明,即使变送器接地良好,当周围大的用电设备开启或进行电焊时,都会影响电磁流量计的正常运行。
    此外,应避免电磁流量计介质导管内积垢,以及介质导管内的绝缘衬里损坏和电极锈蚀。一旦发现流量信号越变越小甚至骤然下降,就应及时检查并确定原因予以解决。
    2 应用中遇到的问题与处理方法
    安徽淮化集团有限公司180 kt/a合成氨300kt/a尿素改扩建工程中造气部分采用具有20世纪80年代先进水平的德士古水煤浆加压气化工艺,共设有3台气化炉,每个系列中装两台煤浆流量计。其测量值和通过高压煤浆泵的转速计算得来的流量值,以及纯氧流量值一起参与氧/煤比的控制,控制气化炉气化过程反应温度及参与每个系列的开停车联锁。因此,这6台煤浆流量计的测量精度将直接关系到三个系列的装置能否正常生产,设备的安全和寿命,造气的质量;其重要性可见一斑。经过考查,并根据工艺专利商、基础工艺设计单位以及详细工程设计单位的推荐,最终选定了日本横河电机公司生产的ADMAG型电磁流量计。
    在调试中发现,6台电磁流量计都存在输出信号波动大,测量值偏差严重的问题。该电磁流量计的允许测量范围是0~6·36m3/h(min),0~636 m3/h(max),允许的介质流速是0·8~10 m/s;实际应用范围是0~45 m3/h,实际允许的介质流速是7·9 m/s。笔者曾多次校对过零点,零点一直是稳定而且准确的,首先检查了变送器,发现由于安装不规范,雨水沿着电缆进入变送器的接线盒,导致一台电磁流量计变送器电极生锈。经过除锈处理并对电缆进口进行密封处理,发现效果仍然不理想,经过讨论分析,认为有以下3种情况存在:变送器和信号转换器不配套;周围有大的用电设备,由于变送器送到信号转换器的信号很弱(大流量时为毫伏级信号,小流量时是微伏级信号),信号受到电磁场的干扰;接地不符合制造商的要求。针对这些疑问进行了如下处理:
    1)检查变送器和信号转换器中的流量系数,发现有4台仪表不配套,参照变送器铭牌上的流量系数H,L值,对应修改信号转换器的设定值。
    2)经检查电磁流量计周围没有大的用电设备。
    3)根据电磁流量计使用手册,接地要求如下:流量计变送器、信号转换器、二次仪表(包括DCS/PLC操作站、控制站)均要进行可靠的三类接地,接地电阻100Ω(max);如果根据实际情况,使用了避雷器,为保证仪表回路的正常工作,须满足特殊的3类接地要求,接地电阻100Ω(max);JIS防爆仪表必须满足JIS I类接地要求,接地电阻10Ω(max),用铜螺丝钉连接接地线或焊接。
    按照指导手册上的要求,进行了接地处理,电磁流量计的测量值波动小了一些,偏差仍然较大,效果并不明显;向生产厂家进行了技术咨询,技术人员认为可能有3种情况需检查核实后处理。
    1)电极的绝缘受到了破坏,抗干扰能力已降低,再进行一次绝缘处理,今后注意加强对电极的保护。
    2)电磁流量计导管到信号转换器之间的电缆太长,电磁流量计的测量信号受到了电磁干扰的影响;电磁流量计导管到信号转换器之间的专用电缆可长达200 m。如果实际使用的电缆长度比订购的电缆短,应将多余的电缆剪掉,而不能将其盘起,并按要求进行端部处理;如果采购的电缆长度比实际需要的电缆短,不能使用中间接线端子板来延伸电缆的长度,这种做法将会影响电缆的屏蔽性能,必须按照实际长度需要更换所需规格的整根电缆。我们订购的电缆长度是50m,实际上电磁流量计导管距离信号转换器的安装位置只有23 m左右,按照长度要求剪去多余的电缆。
   3)如果以上两种方法能够解决电磁流量计的测量值的波动问题,那么信号偏小,可以通过修改流量系数的方法解决;流量系数减小(H,L均减小),测量输出值同比例地增加,流量系数需按比例逐步校正,譬如,当前值乘以98%,信号仍然偏小,然后再乘以96%试算,…逐渐减小,直至电磁流量计的输出值与校验计量泵测量值一致。需说明的是:修改流量系数应作为最后的处理办法,只有在别的处理方法均实施完毕,电磁流量计的测量输出信号仍然偏小的情况下方可使用,而且要求计量泵的精度要高于0·5级。
    注:在实际的现场处理中,我们只实施方案1)和2),即达到了预期的效果,没有修改流量系数。
    3 措施和体会
    由于该装置正在运行,在以后大修期间,我们将在电缆桥架中对所有6根电磁流量计导管到信号转换器之间的电缆,使用防电磁干扰的金属穿线管,以进一步加强电磁流量计的抗电磁干扰能力。在安装施工和使用中几点体会如下:
    1)仪表安装单位应在仪表安装之前仔细阅读仪表安装指导手册,严格按照制造商的要求进行接地、接线等安装工作。
    2)仪表安装工程中一定要注意进线和出线的端口方位,应防止雨水进入接线盒造成接线端子的锈蚀而影响表正常工作;仪表的电源电缆及信号电缆应自下而上进入仪表接线盒;如使用了穿线管,应在最低处设有雨水排放口。
点击次数:  更新时间:2017-06-03 18:26:44  【打印此页】  【关闭