歸納總結了電磁流量計使用中的故障，分為調試時(shí)的故障和操作時(shí)的故障兩類(lèi)，并根據原因對安裝，環(huán)境條件和流體特性進(jìn)行了簡(jiǎn)要討論。以下列出了10個(gè)使用失敗的示例和解決方案，例如強管道雜散電流，強無(wú)線(xiàn)電波干擾，積聚的空氣，淤泥沉積層和電極材料。
1 故障類(lèi)型
本文討論的儀表故障不是指電磁流量計(以下簡(jiǎn)稱(chēng) 電磁流量計(EMF))本身元器件損壞等引起的故障, 而是指安裝不妥 、選用不當等應用技術(shù),以及環(huán)境條件和流體特性方面造成輸出晃動(dòng)等不正?，F象或儀表?yè)p壞。電磁流量計(EMF)使用中的故障可分為兩種類(lèi)型:初始裝用試運行時(shí)出現的調試期故障和正常運行一段時(shí)期后出現的運行期故障。這些故障中有些是出現頻度頗高的常見(jiàn)故障,而有些是難得遇到的罕見(jiàn)故障 。罕見(jiàn)故障中 ,個(gè)別故障原因對某有 30余年售后服務(wù)經(jīng)驗的 電磁流量計(EMF) 制造廠(chǎng)來(lái)講亦僅遇到1～ 2次 。
2 調試期故障
每當 電磁流量計(EMF) 安裝 、調試時(shí)這類(lèi)故障就會(huì )發(fā)生, 但一經(jīng)改進(jìn)排除故障后, 在相同條件下一般不會(huì )再度出現。常見(jiàn)調試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響等三方面原因。
2.1 安裝方面
通常是因電磁流量傳感器安裝位置不正確所引起的故障,常見(jiàn)實(shí)例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn) ;流量傳感器后無(wú)背壓 ,液體逕直排入大氣 ,形成其測量管內非滿(mǎn)管 ;裝在自上向下流的垂直管道上,可能出現排空等 。
2.2 環(huán)境方面
主要是指管道雜散電流干擾、空間電磁波干擾 、大電機磁場(chǎng)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(mǎn)意測量 ,但如遇管道有強雜散電流(如電解車(chē)間管道)亦不一定能克服, 須采取流量傳感器與管道絕緣的措施(見(jiàn)下文實(shí)例 1)?？臻g電磁波干擾會(huì )從信號電纜引入 , 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(見(jiàn)實(shí)例 2)。
2.3 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(huì )使輸出信號波動(dòng), 若氣泡大到流過(guò)電極遮蓋整個(gè)電極表面 ,使電極信號回路瞬時(shí)斷開(kāi),輸出信號將產(chǎn)生更大波動(dòng) 。
低頻(50/8 ～ 50/4Hz)矩形波激磁 電磁流量計(EMF) 測量液體中含有固體超過(guò)一定含量時(shí)將產(chǎn)生漿液噪聲 ,輸出信號亦會(huì )有一定程度波動(dòng)。
兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時(shí) ,若兩種液體電導率(或各自與電極間電位)有差異 , 在混和未均勻前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測量 , 輸出信號亦會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)。
電極材質(zhì)與被測介質(zhì)選配不善, 產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用,電極表面形成絕緣膜 ,以及電化學(xué)和極化現象等均會(huì )妨礙正常測量(見(jiàn)實(shí)例 5)。
3 運行期故障
電磁流量計(EMF) 經(jīng)初期調試并正常運行一段時(shí)期后在運行期間出現的故障 。常見(jiàn)故障原因有:流量傳感器內壁附著(zhù)層,雷電擊 ,環(huán)境條件變化
3.1 內壁附著(zhù)層
由于用 電磁流量計(EMF) 測量含有懸浮固相或污臟體的機會(huì )遠比其它流量?jì)x表多, 出現內壁附著(zhù)層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高 。若附著(zhù)層電導率與液體電導率相近,儀表還能正常輸出信號, 只是改變流動(dòng)面積 ,若附著(zhù)層厚度不均勻將形成測量誤差的隱性故障 ;若是高電導率附著(zhù)層, 電極間電動(dòng)勢將被短路 ;若是絕緣性附著(zhù)層, 電極表面被絕緣而斷開(kāi)測量電路 。后兩種現象均會(huì )使儀表無(wú)法工作(見(jiàn)實(shí)例 4、5)。
3.2 雷電擊
雷電擊在線(xiàn)路中感應瞬時(shí)高電壓和浪涌電流, 進(jìn)入儀表就會(huì )損壞儀表 。某生產(chǎn)廠(chǎng)近年在現場(chǎng)維修中,遇到若干次屬于雷電造成的故障。雷電擊損 電磁流量計(EMF) 有 3條引入途徑:電源線(xiàn) 、傳感器與轉換器間的流量信號線(xiàn)和激磁線(xiàn)。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絕大部分是從控制室電源線(xiàn)路引入的 ,其它兩條途徑可謂絕無(wú)僅有 。還從發(fā)生 電磁流量計(EMF) 雷擊事故現場(chǎng)了解到, 不僅 電磁流量計(EMF) 出現故障,控制室中其它儀表也常常同時(shí)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(xiàn)防雷設施的重要性?，F在已有若干設計單位認識和探索解決這一問(wèn)題,如齊魯石化設計院[ 1]。
3.3 環(huán)境條件變化
主要原因同上節調試期故障環(huán)境條件 , 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 電磁流量計(EMF) , 調試期因無(wú)干擾源 , 儀表運行正常 ,然而在運行期出現新干擾源(例如測量點(diǎn)附近管道或較遠處實(shí)施管道電焊)干擾儀表正常運行 ,出現輸出信號大幅度波動(dòng)。
4 故障實(shí)例
4.1 管道強雜散電流 [ 2]
浙江省某市自來(lái)水公司安裝 2 臺 DN900mm 大管徑電磁流量計(EMF) ,于 1997 年啟用 。其中 1 臺運行正常 ,另 1 臺在1 ～ 2 小時(shí)周期內 ,儀表輸出出現 0～ 50%滿(mǎn)度值幅度波動(dòng)的不正?，F象。分析管網(wǎng)運行狀況 , 排除了流動(dòng)波動(dòng)的可能性 ,認為是流量測量方面的問(wèn)題 ?？辈飕F場(chǎng), 電磁流量計(EMF) 安裝、電氣連接和接地保護基本符合要求 。與流量傳感器連接的管道是有水泥襯里的鋼管, 流量傳感器上下游緊接一段長(cháng) 0.5m 的無(wú)襯里短鋼管代替接地環(huán)。轉換器和傳感器相距約 10m。有一幾百 kVA 的三相變壓器裝在 電磁流量計(EMF) 附近, 它離電磁流量傳感器和轉換器的距離分別約為 8m 和2m 。
分析原因有以下兩種可能性:①大功率變壓器產(chǎn) 生的磁場(chǎng)干擾;②管道上雜散電流干擾 。要證明是否是變壓器磁場(chǎng)干擾影響, 因要關(guān)閉變壓器涉及面廣 ,安排為第二步檢查 ,首先檢查是否是管道雜散電流干擾。在不加激磁電流情況下測量?jì)呻姌O間電勢 , 其值應該為零, 而本實(shí)例測得波形畸變的交流電勢 ,峰值 V pp 高達1V。初步判斷管網(wǎng)上雜散電流是主要原因。
采取使電磁流量傳感器與其連接管道間電氣絕緣的措施,這樣流量傳感器與管道電氣絕緣而與被測水流處于同電位。電磁流量計(EMF) 投入運行輸出顯示穩定正常, 同時(shí)排除了電力變壓器磁場(chǎng)干擾影響的可能性 。間接驗證了相隔 8m 的數百 kVA 的電力變壓器對 電磁流量計(EMF) 的影響,在通常情況下可以忽略。這一措施也可在有陰極保護電流管網(wǎng)上 ,作為排除電流干擾影響的方法。
本實(shí)例屬調試期故障 ,雖是罕見(jiàn)故障,但在一些相仿的應用場(chǎng)所, 有可能出現同樣故障。
4.2 強無(wú)線(xiàn)電波干擾
福建省某市水廠(chǎng)裝用數臺 電磁流量計(EMF) 測量水的流量。其中 1臺流量傳感器與轉換器相距 50m, 兩者以置于鐵管內的屏蔽電纜相連 。用戶(hù)反映該 電磁流量計(EMF) 輸出大幅度晃動(dòng) 。經(jīng)檢查儀表本身完好正常, 但在現場(chǎng)測得共模干擾信號卻高達 1.7V。分析干擾來(lái)源 ,可能原因之一是管道上有大雜散電流。先采取排干擾源措施, 即按上一實(shí)例的方法將電磁流量傳感器浮空不接地, 與管道間電氣隔離 ,流量傳感器上下游管道間則用粗導線(xiàn)跨接。復測共模干擾信號有所降低, 但仍有 0.6V。顯然還存在其它干涉源影響著(zhù)儀表正常運行 。
再分析現場(chǎng)環(huán)境狀況, 還有哪些干擾源 ? 得悉距水廠(chǎng)數十米處有強無(wú)線(xiàn)電發(fā)射臺, 強電磁波是否為另一干擾源? 傳感器和轉換器均有金屬保護外殼 ,信號電纜又設置在鐵管內, 應該具有良好的保護性 。但進(jìn)一步分析認為 50m 長(cháng)的信號電纜還是有可能引入干擾信號 。為證實(shí)這一分析原因是否存在 , 將轉換器移至傳感器附近, 連接電纜長(cháng)度縮短到僅 3m, 復測共模干擾信號小于 0.1V, 雖還覺(jué)偏大, 但儀表運行趨于正常,可認為該故障得到了排除 。
本實(shí)例揭示 ,分離型 電磁流量計(EMF) 在現場(chǎng)有較大共模干擾時(shí),分析故障原因應考慮強無(wú)線(xiàn)電波是否干擾的可能性。本實(shí)例屬調試期罕見(jiàn)故障 。
4.3 原水輸水管積聚空氣
近年國家為加強用水管理 ,推動(dòng)計劃和節約用水,要向水資源汲水者計量收費。因此用 電磁流量計計量江河原水日益增多。經(jīng)驗證明從江河汲取的原水 ,在輸水管道上部會(huì )積聚氣泡。例如 1997 年檢查上海某水廠(chǎng)從黃浦江汲取原水裝用 DN1600mm 電磁流量計(EMF) 時(shí), 發(fā)現流量傳感器測量管內壁頂部有周長(cháng) 300～ 400mm 明顯積聚氣層的痕跡, 減少了約 0.3%流通面積, 影響流量測量值還不太大。
人們已注意到原水易積聚氣體問(wèn)題 ,稱(chēng)之“窩氣”問(wèn)題。為消除窩氣對流量測量的影響, 要求在流量?jì)x表上游適當位置(例如 5～ 30倍管徑距離,取決于流量?jì)x表品種)裝排氣閥 [ 3] 。哈爾濱自來(lái)水公司曾測定氣體排放前后流量測量值的變化。 超聲流量計裝在DN600mm管道上 , 儀表前置有自動(dòng)排氣閥 , 排氣閥每隔一段時(shí)間自動(dòng)排氣數分鐘, 每小時(shí)排氣數次 。排氣前后流量值竟相差 9.57%[ 4], 窩氣現象比前一實(shí)例嚴重得多。但尚有部分人士還未認識此隱性故障的嚴重性,許多新設計水廠(chǎng)的原水輸水管測量點(diǎn)上游仍未裝集氣包和自動(dòng)排氣閥 。
4.4 沉積層
上海某水廠(chǎng)從30 余 km 外的黃浦江上游以矩形管引水 ,再以 2 根 DN1600mm 圓管泵送原水進(jìn)廠(chǎng) ,用 2 臺DN1600mm 三暢電磁流量計(EMF) 計量水量。1991 年啟用使用正常, 但到1993 年感到計量減少,經(jīng)檢查排除了儀表開(kāi)放部分的故障原因;檢查流量傳感器兩電極對地電阻值不對稱(chēng),分析流量傳感器出現故障的可能性較大, 因不能斷流而無(wú)法檢查隱蔽部分。直到 1997 年 4 月才有機會(huì )進(jìn)入管道檢查流量傳感器測量管內部狀況 , 內壁沉積淤泥**厚處超過(guò) 10mm, 電極表面亦被淤泥沉積層所覆蓋,與周?chē)倌鄬悠烬R。經(jīng)鏟刷清洗后 ,儀表即恢復正常運行。確認故障原因系內部管壁沉積淤泥所致 。本實(shí)例向人們揭示 , 原水計量的流量?jì)x表通道內壁總會(huì )沉積淤泥 ,是否影響測量只是時(shí)間長(cháng)短而已 ,本例水質(zhì)條件運行 3 年已感到流量測量值減少。為此,測量江河原水的 電磁流量計(EMF) 必須要定期清洗。超聲流量計和文丘利管流量計等其它流量?jì)x表, 至少同樣有沉積層減小流通面積影響測量精度問(wèn)題, DN1600mm 管沉積10mm 流量值要變化 1.2%～ 2.5%。同時(shí)在工程設計時(shí)要考慮長(cháng)期運行沉積淤泥影響的對策 , 例如提高測量位置流速以延長(cháng)清洗周期;預置進(jìn)入管內清洗的檢查孔等 。本實(shí)例屬運行期常見(jiàn)故障 。
4.5 導電沉積層短路效應例
電磁流量傳感器測量管絕緣襯里表面若沉積導電物質(zhì), 流量信號將被短路而儀表失效。由于導電物質(zhì)是逐漸沉積,本類(lèi)故障通常不會(huì )出現在調試期而要運行一段時(shí)期后才顯現出來(lái) 。
在某柴油機廠(chǎng)工具車(chē)間電解切削工藝試驗裝置上,用 DN80mm SCLDE系列電磁流量計(EMF) 測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取**佳切削效率。起初該儀表運行正常 ,間斷使用兩個(gè)月后 ,發(fā)現流量示值越來(lái)越小 , 直至接近于零?，F場(chǎng)檢查 ,發(fā)現絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹 ,擦試清潔后儀表運行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。
本實(shí)例屬運行期故障 ,雖非常見(jiàn)故障,然而若黑色金屬管道銹蝕嚴重, 有出現本類(lèi)故障的可能性 。
4.6 電極材料不適應介質(zhì)例
電極材料對介質(zhì)適應性的選擇, 首先考慮的是耐腐蝕性。有時(shí)候一種電極材料對某一介質(zhì)的耐腐蝕性是無(wú)懈可擊,但卻因產(chǎn)生電極表面效應而無(wú)法工作 ,需另?yè)衿渌姌O材料。本類(lèi)實(shí)例屬調試期常見(jiàn)故障 。下文例舉若干非腐蝕原因電極不適用實(shí)例 。
?、?鹽酸—哈氏合金 B
哈氏合金 B 對溫度 、濃度不高的鹽酸是有耐腐蝕性的 ,已有若干應用良好的實(shí)例,然而當鹽酸的濃度超過(guò)某值時(shí)會(huì )產(chǎn)生噪聲 。我們曾在現場(chǎng)做過(guò)改變鹽酸濃度的試驗 , 濃度逐漸增加, 超過(guò) 15%～ 20%時(shí)儀表輸出隨之晃動(dòng)起來(lái) ,濃度達到 25%輸出晃動(dòng)高達 20%。對這類(lèi)使用場(chǎng)所改用鉭電極后故障迎刃而解。硝酸、硫酸等酸液也有相似效應的實(shí)例。
?、?硫酸鋁液—哈氏合金 B
水廠(chǎng)常用硫酸鋁液與原水混和以凝聚懸浮體, 混合配比采用三暢電磁流量計(EMF) 測量硫酸鋁液, 選用耐酸鋼電極即可獲得滿(mǎn)意的結果 。我們曾遇到測量 15%硫酸鋁偶然使用哈氏合金 B 電極 電磁流量計(EMF) 的實(shí)例 ,使用過(guò)程中也出現輸出晃動(dòng)現象, 后改用耐酸鋼電極 ,工作即趨正常 。
?、?鹽酸—鉑銥合金
鉑銥合金電極或鉑電極對鹽酸有良好的耐腐蝕性,鉑電極 電磁流量計(EMF) 多處用于測量鹽酸獲得滿(mǎn)意的結果。然而測量濃度較高的鹽酸(10%以上)卻產(chǎn)生嚴重的噪聲,應改用鉭電極。
?、?過(guò)氧化氫(雙氧水)—鉑
鉑電極用于測量壓力低于 0.3MPa 的低壓過(guò)氧化氫,由于觸媒作用會(huì )在電極表面產(chǎn)生氣霧,阻斷了流量信號電氣通路而影響工作 。
?、?水溶液和“非酸”液—鉭
鉭對水是很好耐腐蝕的 。但若使用鉭電極 電磁流量計(EMF)測量水溶液流量 ,鉭電極表面會(huì )形成絕緣層, 使儀表失靈或運行一短時(shí)期后出現很大噪聲 。氫氧化鈉等堿液亦不能選用鉭電極。在工藝流程中即使是極短時(shí)間鉭電極與水或“非酸”液接觸 ,如用水清洗管道, 均會(huì )影響儀表正常使用。
