因安裝問題和現場情況導致的城市供水流量計故障的分析
點擊次數：2768 發布時間：2021-09-08 01:58:27
摘要：本文主要講述了城市供水流量計故障類型，以及在丙烯酸裝置中因為安裝問題和現場情況導致的城市供水流量計故障的分析，從而幫助用戶對城市供水流量計安裝的有關問題能有更加深刻的認識。
城市供水流量計(以下簡稱EMF)是利用法拉*電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實現了工業化應用，近年來**范圍EMF產量約占工業流量儀表臺數的5%～6.5%。70年代以來出現鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應用。
1.2原理與機構
EMF的基本原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢。導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動，與流動方向垂直的方向上產生與流量成比例的感應電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規則”，其值如下式：E=kBDV
式中：E---感應電動勢，即流量信號，V；
k---系數；
B---磁感應強度，T；
D---測量管內徑，m；
V---平均流速，m/s。
設液體的體積流量為，則式中：k---儀表常數，k=4KB/πD。EMF由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。傳感器典型結構，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸，引出感應電勢，送到轉換器。激磁電流則由轉換器提供。
2.1調試期故障
本類故障在城市供水流量計初始裝用調試時就出現，但一經改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現。常見調試期故障主要有安裝不妥、環境干擾、流體特性影響3方面原因。
2.1.1管道系統和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網高點；流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現排空等。
2.1.2環境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施。空間電磁波干擾一般經信號電纜引入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服。
2.1.3流體方面
液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產生更大波動。低頻(50/16Hz～50/6Hz)矩形波激磁城市供水流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導率(或各自與電極間電位)有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產生波動。電極材質與被測介質選配不善，產生鈍化或氧化等化學作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學和極化現象等，均會妨礙正常測量。
2.2運行期故障
經初期調試并正常運行一段時期后在運行期間出現的故障，常見故障原因有：流量傳感器內壁附著層，雷電擊，環境條件變化。
2.2.1內壁附著層
由于城市供水流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多，出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現象均會使儀表無法工作。
2.2.2雷電擊
雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線，傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發生雷擊事故現場了解到，不僅城市供水流量計出現故障，控制室中其他儀表電常常同時出現雷擊事故。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性。
2.2.3環境條件變化
主要原因同上節調試期故障環境方面，只是干擾源不在調試期出現而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的城市供水流量計，調試期因無廠擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現新干擾源(例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊)干擾儀表正常運行，出現輸出信號大幅度波動。
丙烯酸裝置中采用的一種城市供水流量計，其為城市供水流量計是基于數十年現場經驗實踐研發的產品，不僅耐用，而且易于操作。可更換電極和電極粘污度診斷功能的結合大大提高了系統可維護性。LDE采用能消除流體噪音的“雙頻勵磁法”和為惡劣環境下使用新增的可選“增強型雙頻勵磁法”，確保系統穩定性和快速響應。
3.2城市供水流量計的安裝問題
3.2.1直管段長度問題
為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游要有一定長度直管段，但其長度與大部分其他流量儀表相比要求較低。90°彎頭、T形管、全開閘閥后通常認為只要離電極中心線(不是傳感器進口端連接面)5倍直徑(5D)長度的直管段，不同開度的閥則需10D；下游直管段為2～3D或無要求；但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內。各標準或檢定規程所提出上下游直管段長度亦不一致，這是由于為保證達到當前0.5級精度儀表的要求。
3.2.2安裝位置和流動方向問題
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體*好垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重，低流速時固相沉淀等缺點。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于地步的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。
3.3強流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的城市供水流量計，其安裝位置如圖1所示。城市供水流量計安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長度均符合要求。但裝置投運后，很長時間工作不正常。從DCS趨勢圖上看出流量波動很大，趨勢圖雜亂，而經反復檢查，儀表安裝，電極及接地均無問題。后又檢查工藝上游工業管道安裝的情況，主管道的流束由三股流束F1，F2，F3組成，其中F3來自一個高位槽，和城市供水流量計安裝位置標高差了約20m。而D段管道長約1m，H段管道長約1.5m。F3流束從高位槽下來后，由于其巨大的位能轉還成動能，使得F3未能和F1，F2混合好而直接穿過城市供水流量計，也即有2種不同流束的流體穿過城市供水流量計。這股流束形成了對主流體的干擾，使城市供水流量計指示紊亂波動。找到原因后，將城市供水流量計從A位置移到B位置，B位置距原管道彎曲部分約2m。改進安裝位置后，這一難題終于得到解決。
3.4容器內部局部阻力變化對流量的干擾
丙烯酸裝置內有一臺城市供水流量計，其原安裝位置如圖2所示。城市供水流量計其前后直管段長度及接地均符合要求，但是開車后流量示值一直跳動，且查不出來原因。一個偶然的機會，母液罐的攪拌器停止運行后卻發現城市供水流量計示值穩定了。經檢查發現，此攪拌器示側壁安裝，且位置距城市供水流量計管線出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。城市供水流量計出口到容器壁的距離D1約1.5m，由于距離太短，攪拌波浪使管道出口的壓力波動，從而使城市供水流量計出口流速不穩，使城市供水流量計示值產生跳動。后將城市供水流量計從A位置移到B位置，距原安裝約10m，城市供水流量計才得以正常運行。
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- 城市供水流量計原理與結構
城市供水流量計(以下簡稱EMF)是利用法拉*電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實現了工業化應用，近年來**范圍EMF產量約占工業流量儀表臺數的5%～6.5%。70年代以來出現鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應用。
1.2原理與機構
EMF的基本原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢。導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動，與流動方向垂直的方向上產生與流量成比例的感應電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規則”，其值如下式：E=kBDV
式中：E---感應電動勢，即流量信號，V；
k---系數；
B---磁感應強度，T；
D---測量管內徑，m；
V---平均流速，m/s。
設液體的體積流量為，則式中：k---儀表常數，k=4KB/πD。EMF由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。傳感器典型結構，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸，引出感應電勢，送到轉換器。激磁電流則由轉換器提供。
- 城市供水流量計故障類型
2.1調試期故障
本類故障在城市供水流量計初始裝用調試時就出現，但一經改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現。常見調試期故障主要有安裝不妥、環境干擾、流體特性影響3方面原因。
2.1.1管道系統和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網高點；流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現排空等。
2.1.2環境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施。空間電磁波干擾一般經信號電纜引入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服。
2.1.3流體方面
液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產生更大波動。低頻(50/16Hz～50/6Hz)矩形波激磁城市供水流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導率(或各自與電極間電位)有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產生波動。電極材質與被測介質選配不善，產生鈍化或氧化等化學作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學和極化現象等，均會妨礙正常測量。
2.2運行期故障
經初期調試并正常運行一段時期后在運行期間出現的故障，常見故障原因有：流量傳感器內壁附著層，雷電擊，環境條件變化。
2.2.1內壁附著層
由于城市供水流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多，出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現象均會使儀表無法工作。
2.2.2雷電擊
雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線，傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發生雷擊事故現場了解到，不僅城市供水流量計出現故障，控制室中其他儀表電常常同時出現雷擊事故。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性。
2.2.3環境條件變化
主要原因同上節調試期故障環境方面，只是干擾源不在調試期出現而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的城市供水流量計，調試期因無廠擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現新干擾源(例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊)干擾儀表正常運行，出現輸出信號大幅度波動。
- 丙烯酸裝置中城市供水流量計簡介及故障分析
丙烯酸裝置中采用的一種城市供水流量計，其為城市供水流量計是基于數十年現場經驗實踐研發的產品，不僅耐用，而且易于操作。可更換電極和電極粘污度診斷功能的結合大大提高了系統可維護性。LDE采用能消除流體噪音的“雙頻勵磁法”和為惡劣環境下使用新增的可選“增強型雙頻勵磁法”，確保系統穩定性和快速響應。
3.2城市供水流量計的安裝問題
3.2.1直管段長度問題
為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游要有一定長度直管段，但其長度與大部分其他流量儀表相比要求較低。90°彎頭、T形管、全開閘閥后通常認為只要離電極中心線(不是傳感器進口端連接面)5倍直徑(5D)長度的直管段，不同開度的閥則需10D；下游直管段為2～3D或無要求；但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內。各標準或檢定規程所提出上下游直管段長度亦不一致，這是由于為保證達到當前0.5級精度儀表的要求。
3.2.2安裝位置和流動方向問題
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體*好垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重，低流速時固相沉淀等缺點。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于地步的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。
3.3強流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的城市供水流量計，其安裝位置如圖1所示。城市供水流量計安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長度均符合要求。但裝置投運后，很長時間工作不正常。從DCS趨勢圖上看出流量波動很大，趨勢圖雜亂，而經反復檢查，儀表安裝，電極及接地均無問題。后又檢查工藝上游工業管道安裝的情況，主管道的流束由三股流束F1，F2，F3組成，其中F3來自一個高位槽，和城市供水流量計安裝位置標高差了約20m。而D段管道長約1m，H段管道長約1.5m。F3流束從高位槽下來后，由于其巨大的位能轉還成動能，使得F3未能和F1，F2混合好而直接穿過城市供水流量計，也即有2種不同流束的流體穿過城市供水流量計。這股流束形成了對主流體的干擾，使城市供水流量計指示紊亂波動。找到原因后，將城市供水流量計從A位置移到B位置，B位置距原管道彎曲部分約2m。改進安裝位置后，這一難題終于得到解決。
3.4容器內部局部阻力變化對流量的干擾
丙烯酸裝置內有一臺城市供水流量計，其原安裝位置如圖2所示。城市供水流量計其前后直管段長度及接地均符合要求，但是開車后流量示值一直跳動，且查不出來原因。一個偶然的機會，母液罐的攪拌器停止運行后卻發現城市供水流量計示值穩定了。經檢查發現，此攪拌器示側壁安裝，且位置距城市供水流量計管線出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。城市供水流量計出口到容器壁的距離D1約1.5m，由于距離太短，攪拌波浪使管道出口的壓力波動，從而使城市供水流量計出口流速不穩，使城市供水流量計示值產生跳動。后將城市供水流量計從A位置移到B位置，距原安裝約10m，城市供水流量計才得以正常運行。
- 總結