電磁流量計在工業管道系統中的應用

                            1 概述
                           
                        電磁流量計是一種常用的流量測量儀表，隨著現代精細化工技術的迅猛發展，越來越廣泛地應用于石化、造紙、冶金、環保、食品等行業領域。電磁流量計用于對復雜的工業管道系統進行流體監測[1]、對系統的原料及成品情況進行實時監控、為系統的自動化控制提供依據等等。
                           
                        由于電磁流量計分布分散，運行環境較為復雜，其安裝工藝極可能影響其運行工況和發生故障的機率，從而影響整個儀表控制系統的運行。故對電磁流量計原理的分析、安裝工藝的研究，以及調試技術的不斷總結和更新十分必要。
                            2 電磁流量計的工作原理
                           
                        電磁流量計主要由信號轉換器與傳感器構成，其原理是基于法拉利電磁感應定律，在傳感器中與被測管軸線垂直方向安裝一對檢測電極，當流量計接入液態介質管道，導電液態物質沿管軸側運動時，導電液體作切割磁力線運動而產生感應電動勢，此感應電動勢由檢測電極測出，其理論數值為：
                            E=kVBd
                           
式中：E為感應電動勢；k為調整系數，因儀表構造而異；V為被測液體平均流速；B為磁感應強度；d為被測管內徑。
                           
                        原理圖如圖1所示，測量流量時，流體流過垂直于流動方向的磁場，導電性流體的流動感應出一個與平均流速成正比的電勢。其感應電壓信號通過兩個電極檢出，并通過電纜傳送至轉換器，經過信號處理及相關運算后，將累計流量和瞬時流量顯示在轉換器的顯示屏上。

                            3 電磁流量計的選型
                            3.1 口徑選擇
                            選擇電磁流量計時一般通過流體的性質、流速等因素來確定其選用口徑。
                           
                        一般而言，當管道流速在0.5～1.5m/s為經濟流速，若流體介質對側壁磨損性較小，建議長期流速大于3m/s，但應小于7m/s，此時可選取小于管徑的流量計。
                            3.2 內襯材料選擇
                           
                        電磁流量計主要用于測量流體物質的流量，而根據被測物質的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點，應選擇不同內襯材料的流量計[2]。
                            電磁流量計通常所用的內襯材料及其特點分述如下。
                            1）天然橡膠，其耐溫范圍為-10℃～70℃，耐磨損、絕緣性能好，耐腐蝕性能一般。
                            2）氯丁橡膠，較天然橡膠具有更好的彈性，也更耐磨，但耐寒性較差。
                            3）聚氨脂橡膠，適用溫度較天然橡膠更低，可達-25℃。
                            4）丁晴橡膠，較天然橡膠更耐高溫，更耐磨，彈性較差，但耐油性能相當好。
                           
                        5）聚四氟乙烯，是塑料的一種，它耐酸、堿性能*，但對部分液態氟、氧、臭氧等非常態物質的腐蝕及負壓等抵抗力較差，耐磨損性能也較差。
                            3.3 電極材料的選擇
                           
                        電磁流量計的電極裝于其管道內壁，與被測物質直接接觸，故應根據被測物質的腐蝕性選定。一般用于制造電極的材料包括：鈦（Ti），耐強酸性；鉭（Ta），測量精度高；鉑-銥（Pt-Yi）合金，耐腐蝕能力強；哈氏合金C（HC），可用于高溫次氯酸鹽、硫酸、硝酸的測量；316L，耐腐蝕能力一般，但價格低廉。
                            在選擇電磁流量計時，應根據測量的精密度要求、被測物腐蝕性、價格承受能力來進行電極材料的選取[3]。
                            3.4 其它參數的選擇
                            電磁流量計的選擇還應考慮防護等級、連接法蘭及電纜等因素。
                           
                        電磁流量計的連接法蘭選擇應根據管道確定，特別對于腐蝕性流體管道，不允許隨意對管道進行現場加工焊接，應慎重選擇。
                            4 電磁流量計的安裝
                            4.1 安裝準備工作
                           
                        電磁流量計安裝前，應仔細核對其參數，主要核對其口徑、內襯、電極等參數是否符合設計要求，有集中BA控制的應確認其與控制系統的匹配性。
                           
                        在安裝前，應對已安裝好的管道進行防腐處理，法蘭接口處應清理干凈，在確認被測物質流向之后，按流量計上所標定的方向準備安裝。
                            4.2 安裝方位的選取
                           
                        由于電磁流量計安裝于流體管道上，其測量數據的準確性與其內部液態物質的充滿度有關，故在選取安裝位置時，應注意以下幾點：
                            1）流量計不得安裝在泵的抽吸側，如圖2所示；

                            2）開口排放的管道，流量計應裝在可存儲液體的底段，以免倒吸空氣影響測量精度，如圖3所示；
                            3）電磁流量計附近需裝閥門時，閥門應裝于流量計的下游；
                            4）管道落差較大時，需在流量計的下游設置上彎及排所閥；
                            5）安裝電磁流量計時，應充分考慮管道中產生氣泡的可能性，予以避免。
                            4.3 電磁流量計安裝及接地
                           
                        電磁流量計的安裝方式一般為法蘭式，利用與其匹配的法蘭即可連接管道。在安裝前應確保管道的吹掃、試壓等工作已完成。
                           
                        由于電磁流量計的測量感應電流很小，電壓較低，易受外界電磁噪聲的影響，故在安裝時應進行可靠的接地連（跨）接。金屬管道電磁流量計接地連（跨）接方法如圖4所示，帶陰極保護的電磁流量計重復接地連接方法如圖5所示。

                            5 電磁流量計接線及調試
                            5.1 接線
                           
                        在電磁流量計接線前，應確認其安裝方位、方向準確無誤，并進行現場清掃，無積塵后方可接線。電磁流量計的接線包括電源線、輸入/輸出信號線、傳感信號線和工作接地線的連接。綜合接線如圖6所示。

                            在上述接線過程中，應重視以下幾種類型線路的接線。
                           
                        1）輸入/輸出信號。大部分電磁流量計均可通過外帶的PLC進行編程、檢測，也可通過通信總線接受主控制系統的輸入指令，故電磁流量計設置了信號輸入接點、測量值臨界報警指令等接入點。輸出信號可通過模擬點接出，也可與輸出信號組合通過RS-232通信接口實現與PC的聯機。
                           
                        2）傳感器連線。若流量計與傳感器為分體式安裝，流量計與傳感器之間還需進行連線，用于將傳感電流通過流量計的測量終端（實際上是磁極與電壓測量單元），用以測量各被測參數。
                           
                        3）接地線。由于電磁流量計的工作電流較小，極易受外界電場變化的干擾，所以其電源、信號線均須配套接地線，以確保測量數據的準確，消除測量過程中數據的頻繁振蕩[4]。
                            5.2 調試
                            1）調試前檢查及準備
                            電磁流量計在調試前，應對管道及流量計進行*檢查，包括管道雜物等清理，油性介質管道還需進行干燥處理。
                           
                        調試前的檢查還包括電氣線路的檢查，首先應對線路的接地進行檢測，確保接地可靠后方可進行其它線路的測試檢查，以免造成線路容性效應，儲存電量，或是測量電源對儀器產生破壞作用。另外，還需進行絕緣電阻及接地電阻測試。
                            2）通水調試
                           
                        無論是測量水性介質、混懸液體，還是測量油性介質的儀表，在正式調試前，均應模擬實際測量介質的溫度、壓力、流速等條件進行通水調試。若在通水試驗過程中發生異常，或是參數缺失，應對儀表進行單體檢測或送出產單位進行校驗。
                            3）系統調試
                           
                        電磁流量計在進行完單項功能通水測試，控制主機各項預備調試完成后，可進行系統調試。油性介質管道需進行干燥后方可通入被測介質進行系統運轉。
                           
                        系統調試時，主機系統應預先對各個測量點進行編碼掃描，確保各儀表部件均在正常工作狀態后方可進行功能性調試。功能性調試時，由主機系統對各儀表分別進行參數的讀取，臨界值報警試驗等，然后進行控制數據的寫入。逐一進行調試，并將相關數據發送到相關上機位進行分析。
                           
                        主機在系統各儀表調試完成后，可進行儀表終端單體PLC編程調試。PLC編程調試對儀表調試具有重要意義，它可在不影響主機工作狀態的情況下，對單個儀表進行數據讀取、參數寫入和調整。現代PLC技術的發展，使其在電磁儀表調控中的應用顯得更加方便，大部分的電磁流量計均可選購與其產品相配套的PLC編程控制器，通過專門的接口，可進行單個儀表的調試。
                           
                        調試完成后，應在連續的工況條件下進行24小時的不間斷測量，觀察其測量數據的穩定性、可靠性，并結合其它測量方式進行校對，直至系統各電磁儀表均能按設計要求運行，方可進行系統預驗收。
                            6 總結
                           
                        通過電磁流量計在工業管道控制系統的應用，在儀表的選型、安裝工藝的調整、試驗等方面進行總結，為提高工業管道控制系統中電磁儀表安裝、調試的成功率積累了一定的技術經驗，為工業管道控制系統更高程度的集成化、自動化提供了實踐經驗。