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醋酸生產中電磁流量計使用與故障處理
來源： 發布日期：2019-05-29 15:08:39 作者：
醋酸裝置中很多都采用孔板、渦街、渦輪、橢圓齒輪等流量測量儀表。這些流量計有很多不足之處：容易磨損、被介質腐蝕后泄漏、壽命短、維護工作量大，很難滿足生產要求[1]。隨著裝置的技改采用新型的電磁流量計代替設計的的流量計。這一改動不但滿足了醋酸生產工藝要求又很大程度的降低了投資、減小了維護強度。在實際生產中取得了非常理想的效果。
1、電磁流量計的種類
電磁流量計可有多種分類，按勵磁方式分類、按傳感器和轉換器的組成分類、按連接方式分類按傳感器與管道的連接方式分類，也可按用途分類，本文主要介紹按勵磁方式的分類。
1）直流勵磁型。這種電磁流量計數量很少，只用于測量液態金屬流量，如常溫下的汞和高溫下的液態鈉、鉀等。
2）交流工頻勵磁型。較早期的電磁流量計用50Hz工頻市電勵磁，由于易受電磁干擾和零點漂移等原因，現已逐漸被低頻矩形勵磁所代替。但在測量泥漿、礦漿等液固兩相流時，低頻矩形波勵磁方式由于不能克服固體擦過電極表面產生的尖峰噪聲，而工頻交流勵磁的儀表則不存在這一缺點，所以國內外尚有一些電磁流量計仍采用交流勵磁方式。
3）低頻矩形波勵磁型。用于低頻矩形波勵磁方式功耗小，零點穩定，是目前電磁流量計的主要勵磁方式。其波形有“正-負”二值和“正-零-負-零”三值兩種。有的電磁流量計勵磁頻率可以由用戶設定，一般小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率。
4）雙頻勵磁型。勵磁電流的波形是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵磁存在的漿液噪聲和流動噪聲，提高儀表的穩定性和響應特性。
2、電磁流量計的特點
電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種流量測量儀表，用于測量管道中導電液體體積流量。由于電磁流量計的部件沒有轉動部分，也沒有阻礙流體流動的部件，因此幾乎沒有壓力損失；被測液體只與電磁流量計的管道襯里和電極相接觸，因此只要電極和襯里材料選擇合理，因此具有很好的耐腐蝕、耐磨損性能[2]；安裝方便水平、垂直、傾斜均可安裝；測量精度高，可以達到0.5%；量程比大，一般為1：20。
3、電磁流量計的故障分析
電磁流量計在運行中會由于各種故障的發生會造成測量不準的現象，一般在運行中電磁流量計產生的故障大概可分為兩類。一類為流量計本身故障，元器件損壞引發的故障；一類為外界條件的改變引起的故障，例如安裝的不合理造成流動畸變，沉積和結垢等。
3.1 介質中含有氣泡出現測量故障
介質從外界吸入氣體或者介質中溶解氣體轉變成游離狀氣泡是液體中產生泡狀氣體的兩種途徑。如果介質中存在較大的氣泡，當氣泡通過電極時整個電極就被遮蓋，使流量信號輸人回路瞬時開路，從而輸出信號就會出現波動。判斷造成這種波動原因的可以這樣做，將磁場的回路電流切斷，切斷后如果流量計還有顯示并且還處于波動狀態，證明介質中存在氣泡會造成電磁流量計波動。用指針式萬用表測量電磁流量計電極電阻，會發現電磁流量計電極的回路電阻要高于正常時的電阻值。
若是由于電磁流量計安裝位置所的造成空氣進入被測介質，如果由于在管系高點安裝電磁流量計而貯留氣體，或由于外界吸入空氣引起的流量計波動，則需要更換電磁流量計安裝位置改裝在管線最低點安裝，或者采用U型管安裝。但是有些情況由于電磁流量計口徑較大或者安裝的位置不易改變，可以采取在流量計上游安裝集氣包和排氣閥來解決這種情況[3]。
3.2 介質非滿管
在日常生產中偶爾會有非滿管現象。這種現象可以看做是液體中含有氣泡的典型情況。當電極水平面低于介質液面時，流量計前后采用直管段比較理想，測量數據比較穩定。但是管內上半部的氣體體積也被算成介質流量，因此這種情況下得測量誤差較大；當電極水平面高于介質液面時，電磁流量計的測量回路處于開路狀態，所測量的數據嚴重失真。處理這種介質非滿管所產生的故障可有如下辦法：盡量在自下而上流動的垂直管道上安裝電磁流量計；實際生產中需要電磁流量計水平安裝，這種情況下應該安裝在管道的最低端，并將且電磁流量計的電極軸線于地平線平行，（不然沉積物會覆蓋處于低位的電極）；為了避免測量管內產生負壓，應該將流量計的傳感器安裝在泵的下游、控制閥的上游；流量計傳感器的安裝口應有一定的背壓，并且應遠離直接排放口[4]。
但是，最重要的還是電磁流量計在安裝時最好禁止出現介質非滿管的情況。
3.3 電磁流量計電極被腐蝕
由于在醋酸生產的過程中會接觸到一些強腐蝕性的介質，所以當電磁流量計的電極材料選擇不當時，介質會腐蝕流量計的電極，最終導致傳感器失效。因此會出現流量計輸出波動。只有當電極被腐蝕后出現流量計故障我們才能發現電極材料不耐腐蝕，這種材料本身性能問題使用之前是無法辨別的。因此只有更換新的電極來解決此種故障。所以電極腐蝕故障判斷處理都屬于事后維護處理的方法。
3.4 待測液體性質導致測量故障
如果被測介質電導率降低，電極的輸出阻抗會增大，這時轉換器輸入的阻抗就會引起負載效應，流量計就會產生測量誤差。如果電磁流量計出現這個故障則只有選用滿足要求的低電導率電磁流量計，或者選用孔板流量計等其它原理的流量計。
3.5 流量計的電極結垢或電極短路造成的測量故障
當被測液體中含有金屬時，流量計的電極容易發生短路現象，這時流量計的測量值明顯偏小或趨于零。在日常生產運行中這種現象不是經常發生的。當測量高粘度介質時，由于介質易附著和沉淀在管壁，若被測液體電導率低于附著的介質電導率時，電極的信號電勢就會被沉淀分流從而不能正常工作，出現電極短路現象；如果沉淀的介質是非導電層，會造成電極開路流量計也不能正常工作。若氧化鐵銹層附著于襯里管壁，或者主要成分是金屬的沉淀物，其電導率大于液體電導率，實際流量值會高于流量計測得的流量值；若沉淀物是碳酸鈣等水垢層，則被測液體的電導率高于沉淀物的電導率，結果測得的流量值會小于實際的流量。
為了防止流體中的沉淀物影響流量計的工作，流量計的電極選用不易附著突出的尖形或半球形，并且可以更換式或者刮刀式清垢電極等。選用刮刀式電極可定期手動刮除傳感器外的塵垢?；蛘咭部梢詫y量電路暫時斷開，通以短時間的低壓大電流在電極間，焚燒清除油脂類沉淀物。也可采用提高液體流速的辦法來清掃管壁的附著層。
3.6 待測介質的非對稱流動
在正常生產的情況下，管道內流體的流速是軸對稱分布，磁場均勻。 而實際管道中流體的非軸對稱流速分布經常出現，此時，流體流向可分成沿管道軸線的直線流，待測液體的體積流量就是它對管道橫截面的積分；另一種則是旋渦流。由于旋渦流的出現對傳感器的輸出產生影響，流量計就會產生誤差[5]。為了消除旋渦流對流量計傳感器的影響；流量計的上游應該有足夠長的直管段，才能使流體的流速按同心圓分布；流量計附近的管道內徑應與流量計內徑相同，這樣才會使流速分布均勻；不然可用安裝流量調節器來部分補償上游直管段的不足。
3.7 流量計襯里變形導致測量波動
流量計的襯里一般都采用氟塑料，這樣流量計的襯里非常容易發生變形，出現計量故障的現象。襯里發生變形的主要原因有兩種：一氟塑料襯里滲透進蒸汽發生熱擴散現象，通常襯里材料、厚度、內外的溫差以及流體和蒸汽的類型、管道壓力等諸多因素決定了滲透的程度；二是取決于氟塑料襯里材料的本身的工藝結構，一般采用聚四氟乙烯作為氟塑料襯里材料，聚四氟乙烯材料無粘結力僅靠壓貼與管壁結合，所以負壓管道不采用此種材質[6]。
為了防止襯里變形，我們一般采取以下措施：增加法蘭和線圈盒之間的隔熱厚度，降低流體溫差減小熱擴散，使襯里內外溫差最大程度上得到改善，這樣就可以降低滲透率減緩測量管壁內蒸汽的凝聚；此外，將聚四氟乙烯襯里厚度加厚或者更換另外形式的襯里。
3.8 外部電磁的干擾
在生產現場存在著管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場等干擾源。電磁流量計的流量信號很小，非常容易被外界電磁干擾，而影響了電磁流量計的正常工作。所謂的電場干擾是指，流量計測量管內的電勢平衡被噪聲破壞后出現輸出信號波動異常。
為了減少外部磁場對流量計的干擾，我們要在遠離強磁場源的位置安裝電磁流量計傳感器。另外采取增強屏蔽措施來防止強電場的干擾等。也可以將電磁流量傳感器與管道的連接處做絕緣處理。
3.9 其他原因引起的故障
1）雷電打擊。電磁流量計在受到雷擊后容易在線路中感應出高電壓和電流，損壞流量劑。
2）環境條件變化。一旦流量計的工作環境條件變化，運行期間出現新的干擾源，儀表的正常工作就會被干擾，流量計的輸出信號就會出現波動。
4 結束語
隨著現代科學技術的不斷發展進步，電磁流量計的設計，新材料的應用，其生產工藝越來越成熟，對儀表的防護等級也日漸提高，電磁流量計使用性能更加穩定。根據實際生產情況的調查發現，電磁流量計的自身很少出現故障。因此，只要我們對電磁流量計發生的各種類型的故障及其產生原因進行深刻分析，并且嚴格按標準進行安裝和使用，就可以輕松的對電磁流量計進行日常維護了。
參考文獻：
[1]樂嘉謙，儀表維修工，化學工業出版社，2005.
[2]粱國偉、蔡武昌，流量測量技術及儀表[M].北京：機械工業出版社，2002.
[3]蔡武昌，電磁流量計[M].北京：中國石化出版社，2004．
[4]石海林等，電磁流量計常見故障檢測判別及其解決辦法[J].自動化儀表，2005.
[5]蔡武昌，電磁流量計使用中常見和罕見故障例[J].自動化儀表，2001.
[6]舒歡等，電磁流量計電極與勵磁線圈不對稱誤差分析[J].計量技術，2005.
1、電磁流量計的種類
電磁流量計可有多種分類，按勵磁方式分類、按傳感器和轉換器的組成分類、按連接方式分類按傳感器與管道的連接方式分類，也可按用途分類，本文主要介紹按勵磁方式的分類。
1）直流勵磁型。這種電磁流量計數量很少，只用于測量液態金屬流量，如常溫下的汞和高溫下的液態鈉、鉀等。
2）交流工頻勵磁型。較早期的電磁流量計用50Hz工頻市電勵磁，由于易受電磁干擾和零點漂移等原因，現已逐漸被低頻矩形勵磁所代替。但在測量泥漿、礦漿等液固兩相流時，低頻矩形波勵磁方式由于不能克服固體擦過電極表面產生的尖峰噪聲，而工頻交流勵磁的儀表則不存在這一缺點，所以國內外尚有一些電磁流量計仍采用交流勵磁方式。
3）低頻矩形波勵磁型。用于低頻矩形波勵磁方式功耗小，零點穩定，是目前電磁流量計的主要勵磁方式。其波形有“正-負”二值和“正-零-負-零”三值兩種。有的電磁流量計勵磁頻率可以由用戶設定，一般小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率。
4）雙頻勵磁型。勵磁電流的波形是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵磁存在的漿液噪聲和流動噪聲，提高儀表的穩定性和響應特性。
2、電磁流量計的特點
電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種流量測量儀表，用于測量管道中導電液體體積流量。由于電磁流量計的部件沒有轉動部分，也沒有阻礙流體流動的部件，因此幾乎沒有壓力損失；被測液體只與電磁流量計的管道襯里和電極相接觸，因此只要電極和襯里材料選擇合理，因此具有很好的耐腐蝕、耐磨損性能[2]；安裝方便水平、垂直、傾斜均可安裝；測量精度高，可以達到0.5%；量程比大，一般為1：20。
3、電磁流量計的故障分析
電磁流量計在運行中會由于各種故障的發生會造成測量不準的現象，一般在運行中電磁流量計產生的故障大概可分為兩類。一類為流量計本身故障，元器件損壞引發的故障；一類為外界條件的改變引起的故障，例如安裝的不合理造成流動畸變，沉積和結垢等。
3.1 介質中含有氣泡出現測量故障
介質從外界吸入氣體或者介質中溶解氣體轉變成游離狀氣泡是液體中產生泡狀氣體的兩種途徑。如果介質中存在較大的氣泡，當氣泡通過電極時整個電極就被遮蓋，使流量信號輸人回路瞬時開路，從而輸出信號就會出現波動。判斷造成這種波動原因的可以這樣做，將磁場的回路電流切斷，切斷后如果流量計還有顯示并且還處于波動狀態，證明介質中存在氣泡會造成電磁流量計波動。用指針式萬用表測量電磁流量計電極電阻，會發現電磁流量計電極的回路電阻要高于正常時的電阻值。
若是由于電磁流量計安裝位置所的造成空氣進入被測介質，如果由于在管系高點安裝電磁流量計而貯留氣體，或由于外界吸入空氣引起的流量計波動，則需要更換電磁流量計安裝位置改裝在管線最低點安裝，或者采用U型管安裝。但是有些情況由于電磁流量計口徑較大或者安裝的位置不易改變，可以采取在流量計上游安裝集氣包和排氣閥來解決這種情況[3]。
3.2 介質非滿管
在日常生產中偶爾會有非滿管現象。這種現象可以看做是液體中含有氣泡的典型情況。當電極水平面低于介質液面時，流量計前后采用直管段比較理想，測量數據比較穩定。但是管內上半部的氣體體積也被算成介質流量，因此這種情況下得測量誤差較大；當電極水平面高于介質液面時，電磁流量計的測量回路處于開路狀態，所測量的數據嚴重失真。處理這種介質非滿管所產生的故障可有如下辦法：盡量在自下而上流動的垂直管道上安裝電磁流量計；實際生產中需要電磁流量計水平安裝，這種情況下應該安裝在管道的最低端，并將且電磁流量計的電極軸線于地平線平行，（不然沉積物會覆蓋處于低位的電極）；為了避免測量管內產生負壓，應該將流量計的傳感器安裝在泵的下游、控制閥的上游；流量計傳感器的安裝口應有一定的背壓，并且應遠離直接排放口[4]。
但是，最重要的還是電磁流量計在安裝時最好禁止出現介質非滿管的情況。
3.3 電磁流量計電極被腐蝕
由于在醋酸生產的過程中會接觸到一些強腐蝕性的介質，所以當電磁流量計的電極材料選擇不當時，介質會腐蝕流量計的電極，最終導致傳感器失效。因此會出現流量計輸出波動。只有當電極被腐蝕后出現流量計故障我們才能發現電極材料不耐腐蝕，這種材料本身性能問題使用之前是無法辨別的。因此只有更換新的電極來解決此種故障。所以電極腐蝕故障判斷處理都屬于事后維護處理的方法。
3.4 待測液體性質導致測量故障
如果被測介質電導率降低，電極的輸出阻抗會增大，這時轉換器輸入的阻抗就會引起負載效應，流量計就會產生測量誤差。如果電磁流量計出現這個故障則只有選用滿足要求的低電導率電磁流量計，或者選用孔板流量計等其它原理的流量計。
3.5 流量計的電極結垢或電極短路造成的測量故障
當被測液體中含有金屬時，流量計的電極容易發生短路現象，這時流量計的測量值明顯偏小或趨于零。在日常生產運行中這種現象不是經常發生的。當測量高粘度介質時，由于介質易附著和沉淀在管壁，若被測液體電導率低于附著的介質電導率時，電極的信號電勢就會被沉淀分流從而不能正常工作，出現電極短路現象；如果沉淀的介質是非導電層，會造成電極開路流量計也不能正常工作。若氧化鐵銹層附著于襯里管壁，或者主要成分是金屬的沉淀物，其電導率大于液體電導率，實際流量值會高于流量計測得的流量值；若沉淀物是碳酸鈣等水垢層，則被測液體的電導率高于沉淀物的電導率，結果測得的流量值會小于實際的流量。
為了防止流體中的沉淀物影響流量計的工作，流量計的電極選用不易附著突出的尖形或半球形，并且可以更換式或者刮刀式清垢電極等。選用刮刀式電極可定期手動刮除傳感器外的塵垢?；蛘咭部梢詫y量電路暫時斷開，通以短時間的低壓大電流在電極間，焚燒清除油脂類沉淀物。也可采用提高液體流速的辦法來清掃管壁的附著層。
3.6 待測介質的非對稱流動
在正常生產的情況下，管道內流體的流速是軸對稱分布，磁場均勻。 而實際管道中流體的非軸對稱流速分布經常出現，此時，流體流向可分成沿管道軸線的直線流，待測液體的體積流量就是它對管道橫截面的積分；另一種則是旋渦流。由于旋渦流的出現對傳感器的輸出產生影響，流量計就會產生誤差[5]。為了消除旋渦流對流量計傳感器的影響；流量計的上游應該有足夠長的直管段，才能使流體的流速按同心圓分布；流量計附近的管道內徑應與流量計內徑相同，這樣才會使流速分布均勻；不然可用安裝流量調節器來部分補償上游直管段的不足。
3.7 流量計襯里變形導致測量波動
流量計的襯里一般都采用氟塑料，這樣流量計的襯里非常容易發生變形，出現計量故障的現象。襯里發生變形的主要原因有兩種：一氟塑料襯里滲透進蒸汽發生熱擴散現象，通常襯里材料、厚度、內外的溫差以及流體和蒸汽的類型、管道壓力等諸多因素決定了滲透的程度；二是取決于氟塑料襯里材料的本身的工藝結構，一般采用聚四氟乙烯作為氟塑料襯里材料，聚四氟乙烯材料無粘結力僅靠壓貼與管壁結合，所以負壓管道不采用此種材質[6]。
為了防止襯里變形，我們一般采取以下措施：增加法蘭和線圈盒之間的隔熱厚度，降低流體溫差減小熱擴散，使襯里內外溫差最大程度上得到改善，這樣就可以降低滲透率減緩測量管壁內蒸汽的凝聚；此外，將聚四氟乙烯襯里厚度加厚或者更換另外形式的襯里。
3.8 外部電磁的干擾
在生產現場存在著管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場等干擾源。電磁流量計的流量信號很小，非常容易被外界電磁干擾，而影響了電磁流量計的正常工作。所謂的電場干擾是指，流量計測量管內的電勢平衡被噪聲破壞后出現輸出信號波動異常。
為了減少外部磁場對流量計的干擾，我們要在遠離強磁場源的位置安裝電磁流量計傳感器。另外采取增強屏蔽措施來防止強電場的干擾等。也可以將電磁流量傳感器與管道的連接處做絕緣處理。
3.9 其他原因引起的故障
1）雷電打擊。電磁流量計在受到雷擊后容易在線路中感應出高電壓和電流，損壞流量劑。
2）環境條件變化。一旦流量計的工作環境條件變化，運行期間出現新的干擾源，儀表的正常工作就會被干擾，流量計的輸出信號就會出現波動。
4 結束語
隨著現代科學技術的不斷發展進步，電磁流量計的設計，新材料的應用，其生產工藝越來越成熟，對儀表的防護等級也日漸提高，電磁流量計使用性能更加穩定。根據實際生產情況的調查發現，電磁流量計的自身很少出現故障。因此，只要我們對電磁流量計發生的各種類型的故障及其產生原因進行深刻分析，并且嚴格按標準進行安裝和使用，就可以輕松的對電磁流量計進行日常維護了。
參考文獻：
[1]樂嘉謙，儀表維修工，化學工業出版社，2005.
[2]粱國偉、蔡武昌，流量測量技術及儀表[M].北京：機械工業出版社，2002.
[3]蔡武昌，電磁流量計[M].北京：中國石化出版社，2004．
[4]石海林等，電磁流量計常見故障檢測判別及其解決辦法[J].自動化儀表，2005.
[5]蔡武昌，電磁流量計使用中常見和罕見故障例[J].自動化儀表，2001.
[6]舒歡等，電磁流量計電極與勵磁線圈不對稱誤差分析[J].計量技術，2005.
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