電磁流量計在化工生產中的應用

　　摘要：流量是化工生產中重要的測定參數之一，就測量導電液體流量而言，不管目的是監控還是計量，EMF都能做到測量穩定、可靠、精度高、易維護。在儀表選型和使用時，筆者結合實際應用總結一些要點介紹給大家供參考。
　　
　　1、EMF的工作原理
　　
　　EMF的基本原理是法拉第電磁感應定律，即導體在磁場中切割磁力運動時在其兩端產生感應電動勢。如圖1所示，在EMF測量管內的導電介質相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質流過時，則會產生感應電勢，由管道內部的兩個電極測量并引出感應電壓。測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現流體與測量電極的電磁隔離。假設電磁感應線圈產生磁場強度B（T）為恒定，產生的感應電壓Ue（V）正比于流體平均速度V（m/s），系數為k，測量管內徑L（m）為已知，則體積流量Qv（m3/s）可通過如下公式計算：　　
　　EMF由流量傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器測量管上下裝有勵磁線圈，通勵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，送到變送器。勵磁電流則由變送器提供。
　　
　　2、EMF的特點
　　
　　1）結構簡單，EMF的測量管道是一段無阻流擾動件或節流件的光滑直管，不易發生堵塞、磨損等問題。因此，EMF特別適用于含固體顆粒或纖維的液固兩相流體，如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。　　　　
　　2）由于沒有節流件，儀表幾乎無壓力損失，僅消耗10～20W的電功率，這點與節流的差壓式流量計相比，其節能效果成為EMF發展的一大優勢。
　　
　　3）EMF所得的體積流量，實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數以及在一定范圍內電導率變化的影響。
　　
　　4）EMF測量范圍很大，通常為20∶1～50∶1，每個量程又可從2%～線性測量，EMF的測量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態，這是其他流量計不能與之相比擬的。
　　
　　5）測量原理是線性的，測量度高，反應速度快，可測脈動流量和快速累積總量，可測正反雙向流量，傳感器前后直管段要求低。
　　
　　6）耐腐蝕性能好，使用可靠，維護方便，壽命長。
　　
　　但是，EMF不能測量電導率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等；不能測量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體；受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制，不能測量較高溫度的液體。
　　
　　3、EMF的選型考慮要點
　　
　　在石油化工設計中，要選擇適合的流量儀表要考慮的因素很多，具體到EMF的特點，重點要求考慮四個方面的因素，即儀表性能、流量特性、安裝條件和環境條件。
　　
　　3.1 儀表性能
　　
　　市場上EMF的功能差別也很大，簡單的就只是測量單向流量，只輸出模擬信號帶動后位儀表；多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信和運動組態等。有些型號儀表的串行數字通信功能可選多種通信接口和芯片（ASIC），以連接HART協議系統、PROFTBUS、Modbus、FF現場總線等。
　　
　　EMF的口徑范圍比其他品種流量儀表寬，如E+H公司提供W、P、H三種類型的傳感器，分別應用于水和污水行業（W型），化工、食品行業（P型），食品、制藥行業（H型），口徑范圍從2毫米到2米。變送器可提供10、50、23、53多種選擇，10針對于水行業開發的經濟型，50為普通型，53為增強型，23為兩線制。精度可有0.5%，0.2%兩種選擇。可測正反雙向流量，也可測脈動流量。
　　
　　用于易粘附、沉積、結垢等介質，流速要求應不低于2m/s，提高到3～4m/s或以上，起到自清洗、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨蝕性強的流體，流速應低于2～3m/s，以降低襯里和電極的磨損。襯里、電極和接地環材料的選擇也很關鍵，可查閱適合不同介質的有關“材料手冊”，如《自控常用材料器件手冊》。
　　
　　3.2 流體特性
　　
　　使用EMF的前提是被測液體必須是導電的，不能低于閾值（即下限值）。電導率低于閾值會產生測量誤差直至不能使用，超過閾值即使變化也可以測量，示值誤差變化不大，通用型EMF的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉換器間流量信號線長度及其分布電容，制造廠使用說明書中通常規定電導率相對應的信號線長度。
　　
　　工業用水及其水溶液的電導率大于10-4S/cm，酸、堿、鹽液的電導率在10-4～10-1S/cm之間，使用不存在問題，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低，認為不能使用，然而實際工作中會遇到因含有雜質而能使用的實例，這類雜質對增加電導率有利。對于水溶液，資料中的電導率是用純水配比在實驗室測得的，實際使用的水溶液可能用工業用水配比，電導率將比查得的要高，也有利于流量測量。
　　
　　3.3 安裝條件
　　
　　按EMF自身的轉換器與傳感器組裝方式分類，有分離型和一體型兩種。如在污水廠中大口徑流量計傳感器大多安裝在地下，所以建議選擇IP68（防塵防潛水級），如果安裝在地上，建議選擇IP67（防塵防濺水級）。小口徑以一體式為多。通常EMF對安裝場所要求有：
　　
　　a.測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學反應管道時，要裝在反應充分完成段的下游；盡量滿足前后直管段分別不小于5D和2D；
　　
　　b.盡可能避免測量管內變成負壓；
　　
　　c.選擇震動小的場所，特別對一體型儀表；
　　
　　d.避免附近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場干擾；
　　
　　e.易于實現傳感器單獨接地的場所；
　　
　　f.盡可能避開周圍環境有高濃度腐蝕性氣體；
　　
　　g.盡可能避免受陽光直照
　　
　　3.4 環境條件
　　
　　一般儀表應用于爆炸性危險環境應按標準GB3836.1《爆炸性環境電氣設備通用要求》的規定，選擇適應使用場所環境的氣氛、爆炸性混合物的分級分組、設備類型以及其他安全規則或標準的儀表。另外，外界磁場、電氣干擾、環境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點。
　　
　　4、結束語
　　
　　EMF使用方便，維護量小，主要是電極的清洗和更換，也有無電極型的EMF幾乎無需維護。當然對EMF定期進行在線標定和檢查也是非常必要的。只要對EMF性能、特點有了全面深入的了解，有了應付各種工況的策略，EMF一定會成為化工測量中的得力助手。