电磁流量计因管道流体而导致运行故障及案例说明

    电磁流量计能够做到对于流量的测量，管道内的液体介质的特性如何对于测量数据的影响是特别大的，尤其是如果不能做到满管测量时，甚至没有充足的液体流经电极，流量计就无法做到正常工作了。这一篇主要针对管道内流体的各种状况做出分析。根据我们工程师的经验，总结下来源自流体方面引起电磁流量计故障主要有：

1、液体中含有气体，

2、液体中含有固体，

3、接触件材料匹配失当，

4、电导率不均匀液体，

5、流动噪声。

    液体中含有溶解气体不会影响流量测量，游离气体（即气泡）则会影响测量并可能引起故障。液体中游离气体有3方面来源：①管道内空气未排净，②从管系外吸入，③溶解气体转化。前二者上一小节已有所述，后者因管内液体温度压力变化等所致。

    在流程工业中管道液体压力／温度常会变动，当液体压力降低或温度升高，溶解气体为转化成游离气泡．例如低于室温液体，静止在管道中滞留一段时期（如停车），所溶解空气有可能转化成气泡；高于室温液体静止在两端密闭的管道中逐渐冷却收缩，形成局部真空，溶解空气或气化蒸气形成气泡。这样形成的气泡在流程重新开车初始阶段往往会出现输出晃动现象，运行一段时间即趋正常。控制阀开度很小时，易气化液体有时会气化，也会形成气泡。

 

    液体中含有粉状、颗粒、或纤维等固体，可能产生故障有：①浆液噪声，②电极表面染污，③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里，④衬里被磨损或被沉积，改变流通面积。

    案例---导电沉积层短路效应 电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质，流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积，本类故障通常不会出现在调试期，而要运行一段时期后才显示露出来。

    某柴油机厂工具车间电解叨削工艺试验装置上，用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取佳切削效率。起初该仪表运行正常，间断使用两个月后，感到流量显示值越来越小，直到流量信号接近为零。现场检查，发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈，擦拭清洁后仪表就运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。

    本实例属运行期故障，虽非多见故障然而若黑色金属管道锈蚀严重，沉积锈层，也会有此短路效应。凡是开始运行正常，随着时间推移，流量显示越来越小，就应分析有类故障的可能性。

    案例----淤泥沉积层上海某水厂从30余公里外的黄浦江上游以矩形管引水，再以两DNl600mm圆管泵送原水进厂，用两台DNl600mm电磁流量计计量水量。1991年启用，使用正常，但到1993年感到计量减少，经检查排除了仪表开放部分的故障原因；检查流量传感器两电极对地电阻值不对称，分析流量传感器出现故障的可能性较大，因不能断流而无法检查隐蔽部分。1997午4月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况， 内壁沉积淤泥厚处超过10mm，电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖，与周围淤泥层平齐。经铲刷洗后，仪表运行即恢复正常。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致。

    本实例向人们揭示，原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥，是否影响测量只是时间长短而已，本例水质条件运行3年已感到流量测量值减少。为此测量江河原水电磁流量计必须要定期清洗。其他流量仪表如超声流量计和文丘利管流量计至少同样有沉积减小流通面积，影响测量精度的问题，DNl600mm管沉积10mm流量值要变化1.2％－2.5％。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策，例如：提高测量位置流速以延长清洗周期；预置进入管内清洗的检查孔等。本实例属运行期常见故障

 

    与液体接触件材料产生匹配失当故障的有电极与接地环。匹配失当除耐腐蚀问题外，主要是电极表面效应。表面效应有：①化学反应（表面形成钝化膜等），②电化学和极化现象（产生电势），③触媒作用（电极表面生成气雾等），前文第三节已有所述（见第10页）。接地环也有这些效应，但影响程度要小些。

    案例---上海某化工（冶炼厂用20余台哈氏合金B电极电磁流量计测量浓度较高盐酸溶液，出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常，也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金BI乜极化表测量盐酸时运行良好。在分析故障原因是否叮能由盐酸浓度差别上引起的，因当时尚无盐酸浓度对电极表面效应影响方面的经验，尚不能作出判断。为此仪表制造厂和使用单位-起利用化工厂现场条件，做改变盐酸浓度的实流试验。盐酸浓度逐渐增加，低浓度时仪表输出稳定，当浓度增加到15％-20％时，仪表输出开始晃动起来，浓度到25％时，输出晃动量高达20％。改用钽电极电磁流量计后就运行正常。

    配比流程中常有在液内注入"加药"液，而注入液常用往复泵加入。若注入液与主液电导率不同，而混合液尚未混合均匀，电磁流量传感器若装其下游，因电导率急剧变化会使仪表输出晃动，虽然液体电导率大于阈值而缓慢变化足不会影响电磁流量计正常测量。这一现象在给水处理工程原水加凝聚剂工艺中是经常发生的。

 

    1、不锈钢电极的耐腐蚀是在其表面具有一个极薄的钝化层，使得电化学反应达到平衡状态。流体中的固体物撞击电极，使得电极表面钝化层被破坏，失掉电化学平衡。而金属材料与流体介质接触具有重新恢复生成表面钝化层保持电化学平衡的能力。在达到电化学平衡期间，金属和流体中的游离离子在信号电场作用下不断进行着电化学反应。固体颗粒撞击电极，不断破坏保护的钝化层；电化学反应又反复生成钝化层，于是形成了电极间的电位不断大幅度地变化，这种变化的电位造成流量信号中的流体噪声。这种情况也即电磁流量计中通常讲的浆液噪声。理论和实践表明，影响电化学反应信号电场变化的频率升高，可使流体噪声幅度迅速下降，这就是高频励磁和双频励磁可以解决浆液测量的原因。

    2、流体摩擦衬里和电极，流体中发生的正、负离子从电解质流体中分离。衬里和电极表面越粗糙，游离的离子浓度就越高。见图2，受电极信号电场的作用，一部分离子会向电极移动，形成噪声电压，这种噪声被称为流动噪声。流动噪声在低电导率测量时表现比较突出。流动噪声与外电场强度有关，高流速时感应信号越大，噪声幅度也越大，输出就会很不稳定。

    3、流体电导率和pH 值的急剧变化也会形成流动噪声，流量计上游加药表现的测量不稳定就是典型例子。原因是不同介质在不均匀混合时，流体中容易分离出正、负离子，受电极信号电场的作用，一部分离子会向电极移动，形成了流动噪声电压，造成输出的不稳定。

    4、由于高流速流动流体靠近衬里和电极部位的层流边界层厚度变得很薄，衬里和电极的粗糙度高度突破了流速层流边界层的厚度，流体撞击这部分粗糙度高度，发生流速发散和突变。有一部分与测量管中心轴方向相同（或相反）的流速分量，受信号权重函数的作用，对电极信号产生了很大影响，形成了大的正误差，这就是流速噪声污水流量计。

    可见，上述流体噪声中的流动噪声和流速噪声与测量管的衬里和电极表面粗糙度直接有关，极化电压产生的浆液噪声与电极表面粗糙度也有很大关系