因安裝問(wèn)題和現場(chǎng)情況導致的智能液體流量計故障的分析
點(diǎn)擊次數：1786 發(fā)布時(shí)間：2021-01-02 05:57:55
摘要：本文主要講述了智能液體流量計故障類(lèi)型，以及在丙烯酸裝置中因為安裝問(wèn)題和現場(chǎng)情況導致的智能液體流量計故障的分析，從而幫助用戶(hù)對智能液體流量計安裝的有關(guān)問(wèn)題能有更加深刻的認識。
1、智能液體流量計原理與結構
1.1概述
智能液體流量計(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)現了工業(yè)化應用，近年來(lái)**范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jì)x表臺數的5%～6.5%。70年代以來(lái)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(chǎng)中切割磁力線(xiàn)運動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。導電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測量管內流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應電勢，電動(dòng)勢的方向按“弗來(lái)明右手規則”，其值如下式：E=kBDV
式中：E---感應電動(dòng)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(xiàn)圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測量管，一對電*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、智能液體流量計故障類(lèi)型
電磁流量汁運行中產(chǎn)生故障的*一類(lèi)為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；*二類(lèi)為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動(dòng)畸變，沉積和結垢等。本文重點(diǎn)討論的是應用方面和上述*二類(lèi)外界原因的故障。按照故障發(fā)生時(shí)期分類(lèi)，可分為：①調試期故障；②運行期故障。調試期故障出現在新裝用后調試初期，主要原因是儀表選用或設定不當，安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時(shí)期后出現，主要原因有流體中雜質(zhì)附著(zhù)電*襯里，環(huán)境條件變化出現新干擾源等。按故障外界源頭分析來(lái)自3個(gè)方面：①管道系統和安裝等方面引起的；②環(huán)境方面引起的；③流體方面引起的。來(lái)源①主要在調試期表現出來(lái)；來(lái)源②和③則在調試期和運行期均會(huì )出現。
2.1調試期故障
本類(lèi)故障在智能液體流量計初始裝用調試時(shí)就出現，但一經(jīng)改進(jìn)排除故障，以后在相同條件下一般就不會(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(jiàn)的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，液體逕直排人大氣，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。
2.1.2環(huán)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(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亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)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(huì )使輸出信號波動(dòng)，若氣泡大到流過(guò)電*遮蓋整個(gè)電*表面，使電*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(50/16Hz～50/6Hz)矩形波激磁智能液體流量計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*間電位)有差異，在混合未均勻前即進(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*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*表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和*化現象等，均會(huì )妨礙正常測量。
2.2運行期故障
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。
2.2.1內壁附著(zhù)層
由于智能液體流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會(huì )遠比其他流量?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，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導率附著(zhù)層，電*間電動(dòng)勢將被短路；若是絕緣性附著(zhù)層，電*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。
2.2.2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。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線(xiàn)，傳感器勺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大部分足從控制室電源線(xiàn)路引入的，其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現場(chǎng)了解到，不僅智能液體流量計出現故障，控制室中其他儀表電常常同時(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。
2.2.3環(huán)境條件變化
主要原因同上節調試期故障環(huán)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智能液體流量計，調試期因無(wú)廠(chǎng)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)。
3、丙烯酸裝置中智能液體流量計簡(jiǎn)介及故障分析
3.1智能液體流量計簡(jiǎn)介
丙烯酸裝置中采用的一種智能液體流量計，其為智能液體流量計是基于數十年現場(chǎng)經(jīng)驗實(shí)踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作?？筛鼡Q電*和電*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(huán)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智能液體流量計的安裝問(wèn)題
3.2.1直管段長(cháng)度問(wèn)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(cháng)度直管段，但其長(cháng)度與大部分其他流量?jì)x表相比要求較低。90°彎頭、T形管、全開(kāi)閘閥后通常認為只要離電*中心線(xiàn)(不是傳感器進(jìn)口端連接面)5倍直徑(5D)長(cháng)度的直管段，不同開(kāi)度的閥則需10D；下游直管段為2～3D或無(wú)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(cháng)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(dòng)方向問(wèn)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(dòng)。這樣能避免水平安裝時(shí)襯里下半部局部磨損嚴重，低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。水平安裝時(shí)要使電*軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)，不要處于垂直于地平線(xiàn)，因為處于地步的電*易被沉積物覆蓋，頂部電*易被液體中偶存氣泡擦過(guò)遮住電*表面，使輸出信號波動(dòng)。
3.3強流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的智能液體流量計，其安裝位置如圖1所示。智能液體流量計安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長(cháng)度均符合要求。但裝置投運后，很長(cháng)時(shí)間工作不正常。從DCS趨勢圖上看出流量波動(dòng)很大，趨勢圖雜亂，而經(jīng)反復檢查，儀表安裝，電*及接地均無(wú)問(wèn)題。后又檢查工藝上游工業(yè)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(lái)自一個(gè)高位槽，和智能液體流量計安裝位置標高差了約20m。而D段管道長(cháng)約1m，H段管道長(cháng)約1.5m。F3流束從高位槽下來(lái)后，由于其巨大的位能轉還成動(dòng)能，使得F3未能和F1，F2混合好而直接穿過(guò)智能液體流量計，也即有2種不同流束的流體穿過(guò)智能液體流量計。這股流束形成了對主流體的干擾，使智能液體流量計指示紊亂波動(dòng)。找到原因后，將智能液體流量計從A位置移到B位置，B位置距原管道彎曲部分約2m。改進(jìn)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智能液體流量計，其原安裝位置如圖2所示。智能液體流量計其前后直管段長(cháng)度及接地均符合要求，但是開(kāi)車(chē)后流量示值一直跳動(dòng)，且查不出來(lái)原因。一個(gè)偶然的機會(huì )，母液罐的攪拌器停止運行后卻發(fā)現智能液體流量計示值穩定了。經(jīng)檢查發(fā)現，此攪拌器示側壁安裝，且位置距智能液體流量計管線(xiàn)出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。智能液體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(dòng)，從而使智能液體流量計出口流速不穩，使智能液體流量計示值產(chǎn)生跳動(dòng)。后將智能液體流量計從A位置移到B位置，距原安裝約10m，智能液體流量計才得以正常運行。
4、總結
丙烯酸裝置中，在智能液體流量計現實(shí)安裝中遇到了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)筆者不斷地學(xué)習和對有經(jīng)驗師傅的請教，從而對智能液體流量計安裝的有關(guān)問(wèn)題有了較為深刻認識。
1、智能液體流量計原理與結構
1.1概述
智能液體流量計(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)現了工業(yè)化應用，近年來(lái)**范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jì)x表臺數的5%～6.5%。70年代以來(lái)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(chǎng)中切割磁力線(xiàn)運動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。導電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測量管內流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應電勢，電動(dòng)勢的方向按“弗來(lái)明右手規則”，其值如下式：E=kBDV
式中：E---感應電動(dòng)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(xiàn)圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測量管，一對電*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、智能液體流量計故障類(lèi)型
電磁流量汁運行中產(chǎn)生故障的*一類(lèi)為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；*二類(lèi)為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動(dòng)畸變，沉積和結垢等。本文重點(diǎn)討論的是應用方面和上述*二類(lèi)外界原因的故障。按照故障發(fā)生時(shí)期分類(lèi)，可分為：①調試期故障；②運行期故障。調試期故障出現在新裝用后調試初期，主要原因是儀表選用或設定不當，安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時(shí)期后出現，主要原因有流體中雜質(zhì)附著(zhù)電*襯里，環(huán)境條件變化出現新干擾源等。按故障外界源頭分析來(lái)自3個(gè)方面：①管道系統和安裝等方面引起的；②環(huán)境方面引起的；③流體方面引起的。來(lái)源①主要在調試期表現出來(lái)；來(lái)源②和③則在調試期和運行期均會(huì )出現。
2.1調試期故障
本類(lèi)故障在智能液體流量計初始裝用調試時(shí)就出現，但一經(jīng)改進(jìn)排除故障，以后在相同條件下一般就不會(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(jiàn)的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，液體逕直排人大氣，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。
2.1.2環(huán)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(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亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)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(huì )使輸出信號波動(dòng)，若氣泡大到流過(guò)電*遮蓋整個(gè)電*表面，使電*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(50/16Hz～50/6Hz)矩形波激磁智能液體流量計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*間電位)有差異，在混合未均勻前即進(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*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*表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和*化現象等，均會(huì )妨礙正常測量。
2.2運行期故障
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。
2.2.1內壁附著(zhù)層
由于智能液體流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會(huì )遠比其他流量?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，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導率附著(zhù)層，電*間電動(dòng)勢將被短路；若是絕緣性附著(zhù)層，電*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。
2.2.2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。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線(xiàn)，傳感器勺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大部分足從控制室電源線(xiàn)路引入的，其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現場(chǎng)了解到，不僅智能液體流量計出現故障，控制室中其他儀表電常常同時(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。
2.2.3環(huán)境條件變化
主要原因同上節調試期故障環(huán)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智能液體流量計，調試期因無(wú)廠(chǎng)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)。
3、丙烯酸裝置中智能液體流量計簡(jiǎn)介及故障分析
3.1智能液體流量計簡(jiǎn)介
丙烯酸裝置中采用的一種智能液體流量計，其為智能液體流量計是基于數十年現場(chǎng)經(jīng)驗實(shí)踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作?？筛鼡Q電*和電*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(huán)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智能液體流量計的安裝問(wèn)題
3.2.1直管段長(cháng)度問(wèn)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(cháng)度直管段，但其長(cháng)度與大部分其他流量?jì)x表相比要求較低。90°彎頭、T形管、全開(kāi)閘閥后通常認為只要離電*中心線(xiàn)(不是傳感器進(jìn)口端連接面)5倍直徑(5D)長(cháng)度的直管段，不同開(kāi)度的閥則需10D；下游直管段為2～3D或無(wú)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(cháng)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(dòng)方向問(wèn)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(dòng)。這樣能避免水平安裝時(shí)襯里下半部局部磨損嚴重，低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。水平安裝時(shí)要使電*軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn)，不要處于垂直于地平線(xiàn)，因為處于地步的電*易被沉積物覆蓋，頂部電*易被液體中偶存氣泡擦過(guò)遮住電*表面，使輸出信號波動(dòng)。
3.3強流束的干擾
丙烯酸裝置中，有一臺比較重要的智能液體流量計，其安裝位置如圖1所示。智能液體流量計安裝在彎曲管道的底部位置，前后直管段長(cháng)度均符合要求。但裝置投運后，很長(cháng)時(shí)間工作不正常。從DCS趨勢圖上看出流量波動(dòng)很大，趨勢圖雜亂，而經(jīng)反復檢查，儀表安裝，電*及接地均無(wú)問(wèn)題。后又檢查工藝上游工業(yè)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(lái)自一個(gè)高位槽，和智能液體流量計安裝位置標高差了約20m。而D段管道長(cháng)約1m，H段管道長(cháng)約1.5m。F3流束從高位槽下來(lái)后，由于其巨大的位能轉還成動(dòng)能，使得F3未能和F1，F2混合好而直接穿過(guò)智能液體流量計，也即有2種不同流束的流體穿過(guò)智能液體流量計。這股流束形成了對主流體的干擾，使智能液體流量計指示紊亂波動(dòng)。找到原因后，將智能液體流量計從A位置移到B位置，B位置距原管道彎曲部分約2m。改進(jìn)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智能液體流量計，其原安裝位置如圖2所示。智能液體流量計其前后直管段長(cháng)度及接地均符合要求，但是開(kāi)車(chē)后流量示值一直跳動(dòng)，且查不出來(lái)原因。一個(gè)偶然的機會(huì )，母液罐的攪拌器停止運行后卻發(fā)現智能液體流量計示值穩定了。經(jīng)檢查發(fā)現，此攪拌器示側壁安裝，且位置距智能液體流量計管線(xiàn)出口翻起的波浪改變了管道出口的阻力。智能液體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(dòng)，從而使智能液體流量計出口流速不穩，使智能液體流量計示值產(chǎn)生跳動(dòng)。后將智能液體流量計從A位置移到B位置，距原安裝約10m，智能液體流量計才得以正常運行。
4、總結
丙烯酸裝置中，在智能液體流量計現實(shí)安裝中遇到了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)筆者不斷地學(xué)習和對有經(jīng)驗師傅的請教，從而對智能液體流量計安裝的有關(guān)問(wèn)題有了較為深刻認識。