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電磁流量計故障檢查分析和排除
發布時間:2019-03-19

摘要:簡要闡述了電磁流量計的工作原理,對化工生產中電磁流量計的安裝測試期故障及正常投運故障進行了說明,針對電磁流量計使用過程中出現的七類故障進行了分析,提出了解決方案,并對電磁流量計日常維護提出了指導性建議。
  隨著煉化企業對化工生產過程精細化管理需求的日益提升,對流量測量的準確度要求越來越高。電磁流量計作為一種測量功能穩定、結果準確可靠的流量測量儀表,在工業生產的控制測量中得到廣泛應用,尤其對酸、堿、鹽、含固體顆粒或纖維液體的流量檢測[1]。因此,在實際生產過程中,如何快速確定和排除電磁流量計的運行故障,對保障化工裝置安全穩定運行、提高產品質量有著重要意義。
1電磁流量計的工作原理
  電磁流量計的基本原理為電磁感應定律[2]。導電流體在磁場中流動等效于導體運動切割磁力線,進而相應產生與流量大小成正比的感應電動勢。電磁流量計通過測量電動勢強弱來反映管道流量大小,進而被用于測量導電流體的體積流量,電磁流量計工作原理見圖1。
  電磁流量計的核心部件為電磁流量變送器,其由傳感器和轉換器共同組成。被測導電流體流過流量計產生感應電動勢,該感應電動勢被傳感器采集、被轉換器轉換為統一直流標準信號,并將其輸出進行指示記錄。電磁流量計的優勢在于測量管徑大(最大可達2m),而且壓損極小,其測量精度和靈敏度都較高。
電磁流量計工作原理圖
2電磁流量計的常見故障分類
  電磁流量計在生產運行中會出現各種故障,一是儀表本身故障造成的儀表指示錯誤,包括儀表的結構件或元器件損壞等;二是由于儀表安裝環境或安裝不規范造成的故障,例如傳感器上下游安裝直管段不滿足要求,被測介質沒有充滿管道,測量環境存在電磁干擾等。
  因為不同情況下的故障對應的解決措施不同,為更精準地量化故障、更快速地發現和解決電磁流量計故障,按照故障發生的時間尺度將電磁流量計故障劃分為兩個基本類別。一類是儀表安裝測試期間出現的故障,另一類是儀表投運后出現的故障。
2.1電磁流量計安裝測試故障
  在化工生產過程中,完成電磁流量計儀表的安裝后、正式投入使用之前往往需要進行儀表性能調試,在此階段出現的故障被稱為電磁流量計安裝測試故障。儀表安裝環境選擇不當(如外界環境存在大型電機磁場干擾,管道雜散電流干擾[3],空間強電磁波干擾等一系列電磁場干擾)、儀表安裝不規范、安裝位置不正確、或儀表所測量導電流體的特性有所變化等原因均會導致此類故障。
  不同故障原因導致儀表故障表現各有不同,可根據故障情況對故障來源進行初步辨識。例如,若所測量介質特性出現氣液兩相工況,測量介質中所含有的均勻分布的微小氣泡雖暫時不會對電磁流量計產生較大影響[4],但隨著介質氣相的加劇,儀表輸出信號的波動會隨之加劇,嚴重時影響儀表測量讀數。
  如果將傳感器安裝在管道高處或自上而下的垂直管上,可能會導致氣體聚集于管道高處從而出現表內液體排空,進而造成儀表故障;此外,傳感器的不適當安裝也可能會導致管內流體不滿故障[5];若電磁流量計誤安裝在泵的吸入端,則流量計內部會出現負壓從而損壞流量計內部襯里。
2.2儀表正常投運后出現的故障
  經安裝調試并試運行一段時間后,電磁流量計可進入正常投運階段。因為環境變化和長時間的運行會對儀表的運行狀態產生影響,此階段可能發生的儀表故障與前文所述故障存在差異。一般來講,電磁流量計投運后故障包括流量傳感器內壁附著層污垢積聚造成的故障、儀表環境條件變化造成的故障、雷電打擊等惡劣氣象環境導致的故障等[6]。
  電磁流量計投運后,因常用來測量相對臟污的流體介質,運行一段時間后,流體介質在傳感器內壁附著層出現積聚現象[7],導致附著層的電導率偏高或偏低進而產生故障。若流體介質積聚附著層呈絕緣性,雜質積聚過多會造成整個電極回路斷路;相對地,若流體介質積聚附著層整體偏導電性,過多地積聚將會使電極回路出現短路。上述兩種情況均會導致儀表工作不正常,由此可見有必要在電磁流量計投運后對測量管內的污垢層附著物進行定期清理。
  另一方面,電磁流量計運行環境的變化對儀表的影響也不可忽視。在調試期間沒有干擾源不意味著運行環境不存在干擾。例如在電磁流量計運行期間,附近管道的電焊作業、大型電機或變壓器等電磁設備運行均會對電磁流量計的正常工作產生干擾,此時電磁流量儀表的輸出信號會出現數值波動[8]。
  此外,雷電打擊等惡劣氣象環境同樣能夠影響儀表正常工作。例如出現雷電打擊,儀表線路中容易感應出高電壓和浪涌電流,其大多通過電源線、流量信號線等途徑進入儀表進而導致儀表內部結構受損。
3電磁流量計常見故障現象檢查分析
  在生產控制過程中,流量測量是一項重要的測定參數,電磁流量計憑借其高精準度和強耐腐蝕特性,應用越來越廣泛。然而在實際測量作業中,電磁流量計容易發生各種故障,因此要及時采取合理的檢查方式并對各類故障提出可行的解決方案。
3.1儀表沒有流量信號輸出
  儀表沒有流量信號輸出的原因包括電源故障、電纜故障、液體流動方向相反、流體介質未充滿整個管道等[9]。針對上述可能造成故障的原因,需對應檢查儀表電源的供電情況和電纜連接情況(包括電纜是否暢通,連接是否正確等)、檢查管道內測量流體介質流動方向是否正確并確認其是否充滿管道[10]。
  在電磁流量計運行過程中,必須保證儀表內測量流體流動方向正確,一般應與殼體上箭頭方向相同[11]。事實上也有一些電磁流量計具備正反兩相測量的功能,將其設置中的“反向測量允許”狀態設置為“允許”狀態即可[12]。流體介質未充滿整個管道的主要原因往往是測量管網或傳感器安裝位置沒有符合設計安裝要求。傳感器的安裝位置示意見圖2。如若將傳感器安裝至a、e位置,因為位置較高容易導致氣泡聚集;安裝在b位置時則容易導致液體不滿管,正確安裝位置應為c、d位置處。
  此外,對傳感器器件完好性和測量管內壁情況的檢查也是十分必要的[13],包括各接線端和傳感器零部件的完好性等。事實上,儀表沒有流量信號輸出的故障也有可能是由轉換器故障導致,對其采用更換線路板的方式進行替換進行轉化器的故障排查。另外流量過低和在儀表進行參數設定時小信號切除設置過高有時也會出現有流量而儀表沒有顯示的情況。
電磁流量計傳感器安裝位置圖
3.2儀表輸出不穩定,出現指示波動故障
  電磁流量計能夠體現流體的流動狀況,因此如果測量流體本身呈現波動性,則可以認為其并非電磁流量計自身故障,隨著流體脈動結束或介質充滿管道后,故障自然會隨之消失。如果確實流體有脈動可以在流量計前加裝緩沖罐或儀表安裝固定支架。若管道沒有充滿液體或液體中含有氣泡可能造成指示波動,可將流量計安裝在管道的低點處,流量計的前后要有一定長度的直管段。然后檢查外界是否存在雜散電流等電磁干擾;檢查儀表運行環境是否有大功率電機、變壓器或者電焊機工作。確認電磁流量計有良好接地,避免電磁干擾。此外,應該對流體介質的物理特性進行檢查,判斷流體介質是否具有電導率不均勻或含有較多顆粒、纖維漿液等特性。與此同時,若電極材料與流體介質不匹配也會導致儀表輸出不穩定,此時則有必要對電極材料進行更換。最后對變送器電路板的檢查也不可忽視,在一些特定的化工生產環境中,如果測量管道或介質的震動較大,則會造成變送器電路板松動從而引起輸出值波動,此時需要重新固定電路板。
3.3儀表輸出信號指示超過滿度值
  造成儀表輸出信號超過刻度值上限的原因是多方面的,可通過逐步檢測的方法對故障原因進行排查。首先對流量計的電纜接線進行檢查,判斷其是否出現連接錯誤;然后對信號回路連接進行檢查。一般來講,連接電纜的斷開會造成信號回路斷開,從而輸出信號指示最大超滿度值[14]。然后陸續對轉換器與傳感器型號配套性、轉換器的參數設定等方面進行逐步排查。事實上,因為電磁流量計轉換器的輸出信號往往會傳送給流量積算儀和計算機。因此該回路儀表安全柵、流量積算儀等出現故障也會導致流量計輸出最大值。
3.4電磁流量計工作時信號越來越小或突然下降
  造成這種故障的原因是電極間的絕緣不良或被短路,應從以下方面考慮:測量導管的內壁可能積聚污垢,要進行清洗和擦拭電極。測量導管內的絕緣襯里可能被破壞,應予以更換。如果電磁流量計長期運行在有酸堿霧氣場所,流量計信號接線端子可能被腐蝕,應予以清理或更換。日常維護要定期進行防腐檢查防止出現此類故障。
3.5儀表零點不穩定
  出現儀表零點不穩定的情況,一般包括五個方面原因。(1)與流體介質有關。如果管道未充滿液體或液體中含有氣泡則會造成零點不穩定,工況正常后輸出值就可恢復正常;(2)流量計前截止閥不嚴,測量管道內測量流體介質存在微小流動[15];(3)可能是儀表接地不良導致,儀表接地線不要連接在電機、電器等公共接地線或上下水管道上。轉換器已經通過電纜線接地的不要再進行接地,避免電位不同引起干擾;(4)液體若含有固相或在測量管內壁積聚結垢等,均有可能導致零點不穩定。因此需要定期對內壁的沉積垢層進行清潔;必要時進行重新調零;(5)儀表的絕緣性沒有達到要求。事實上儀表絕緣性不佳往往是由信號線路絕緣弱或信號傳輸線路的接線端子接觸不良導致,弱的儀表絕緣性會進一步造成零點不穩定。
3.6流量測量值與實際值存在偏差
  流量測量值與實際流量值存在偏差是最常見的電磁流量計故障之一。如果出現此故障則需要對轉換器、傳感器、電纜連接等元器件進行詳細檢查。測量管道往往存在流入和流出分支兩支管線,因此在過程中需要全面測量,以免出現計算誤差。首先,按照出廠參數對轉換器的設定值進行核對、設定,可以使用智能手操器進行參數檢查和設定,排除設定值錯誤可能性。另外,應檢查傳感器安裝位置,保障管道流體充滿管道且流體中不含氣泡。與此同時,信號電纜連接不良或使用過程中電纜絕緣性下降均會導致數值偏差,應相應重新連接松動的電纜,如果絕緣不符合絕緣要求更換新的電纜。最后,傳感器上游介質流動狀況不符合要求,或其極間電阻變化或電極絕緣下降也可能會造成故障,應相應采用改動傳感器安裝位置等措施解決。
3.7管道空管出現報警故障分析及處理
  電磁流量計運行過程中出現空管報警的情況可能是流體沒有充滿管道,沒有按照要求安裝,被測的流體電導率過低。在儀表維護工作中轉換器元器件的損壞也能造成空管報警的情形,因此有效判別轉換器工作狀況并及時更換是處理空管報警故障的關鍵點。為確認轉換器元器件是否工作正常,一般采用輸入信號短接測試操作,若短接后報警消失,則說明轉換器工作正常,反之則說明元器件已損壞。
4電磁流量計日常維護
  為提高電磁流量計使用壽命,降低其發生故障的概率,對于電磁流量計的日常維護主要包括以下幾個方面。首先,變送器管內壁結垢層的定期清理,能夠有效保障絕緣襯里的良好絕緣性;其次,在生產實際中對于儀表的定期檢查是保障電磁流量計指示精度的關鍵,尤其是對儀表端蓋、接線口密封性的檢查,是保障濕氣和水不進入儀表內的重要步驟;另外,為保障儀表高度密封性,殼體蓋的螺紋需時刻涂有潤滑黃油,嚴禁碰撞損壞;最后,在流量計運行過程中,定期對儀表零點進行標定,并保障電磁流量計的有效接地[16]。
5結束語
   隨著我國工業生產自動化水平的不斷提高,電磁流量計在流量測量領域,特別是煉油化工生產中的應用越來越多。作者梳理了電磁流量計在化工生產流程中可能出現的常見故障,對故障的來源進行剖析,提出了結合故障分析和在線檢查的儀表故障辨識方法和故障解決方案,為工業生產實際中電磁流量計故障的處理提供參考。通過準確分析故障原因、快速排除故障,實現了測量儀表整體測量精度的提高,對快速恢復裝置生產有著重要意義。

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