電磁流量計在化工行業(yè)當中的應用案例分析

電磁流量計的適用范圍很廣，隨著近來年研發(fā)技術得到突破性發(fā)展，低頻矩形波、雙頻矩形波勵磁技術和微處理器技術的應用于產品研發(fā)，帶來了電磁流量計的測量單元和數(shù)據處理單元的性能，無論是電磁流量計抗干擾能力還是其測量精度得到大幅度的提升，使得電磁流量計的生命力更加旺盛，目前在國內的絕大部分重工業(yè)和輕工業(yè)生產企業(yè)都可以見到它的身影，電磁流量計是依據法拉弟電磁感應定律制成。用來測量電導率大于5μs/cm的導電液體的體積流量，特別適合各種高腐蝕性介質和固液兩相難測量、高要求場所，如工業(yè)污水、紙漿、泥漿、礦漿等。隨著非滿管電磁流量計和無電極流量計（用于低電導率液體，在襯里有絕緣層的情況下仍能工作）的問世，電磁流量計的應用領域進一步擴展。
　　電磁流量計
　　一、選型時考慮的幾個要素
　　1.1 精度等級和功能
　　電磁流量計精度高的有±0.2℅~±0.3℅F.S，精度低的有±1.5℅~±2.5℅F.S。氧化鋁生產過程對精度要求一般不太高，選用高精度儀表在經濟上不合算，選用一般精度的電磁流量計即可。
　　電磁流量計功能簡單的只有單向測量，只輸出模擬信號；功能多的有雙向流量測量、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、流量總量計算、自動校對和故障自診斷、與上位機通訊和運動組態(tài)。有的儀表帶串行通訊接口，可連HART、PROFIBUS、MODBUS、FF現(xiàn)場總線等。儀表的智能化極大地方便了儀表的組態(tài)過程和維護。
　　1.2 量程、口徑和流速
　　電磁流量計的量程范圍寬，量程比達100:1。
　　生產氧化鋁中的漿液，一般是經濟流速1.5~3m/s。電磁流量計傳感器的口徑一般與管徑相同。滿度量程時流速可在1~12m/s范圍內選用，量程范圍比較寬，通常建議不超過5m/s。易粘附、沉積結垢液體如赤泥，流速最好大一些，一般為3~4m/s。礦漿等磨損性強的流體，常用流速2~3m/s，以減少對電極襯里的磨損。
　　1.3 襯里材料的選擇
　　氧化鋁流程中漿液因含堿液，漿液溫度高，所以要求電磁流量計襯里耐堿腐蝕，耐90℃左右的高溫。
　　襯里材料可選氟塑料和陶瓷。氟塑料襯里最早應用的是PTFE聚四氟乙烯，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，耐溫-40~+180℃，在測漿料等介質時不易粘附。但它不耐磨，不能用于礦漿的測量，不能用于負壓。氟塑料改良后的品種有PFA、F46，耐溫耐腐蝕性能與PTFE相近，可用于真空和負壓的情況下。氧化鋁陶瓷襯里具有耐腐蝕、耐磨損、耐高壓、耐高溫（120~140/180℃），適用于腐蝕性的礦漿。但它不耐溫度的劇烈變化，性脆，安裝夾緊時易碎。
　　1.4 電極材料的選擇
　　首先考慮電極對測量的耐腐蝕性，其次為是否會產生電極表面效應（表面化學反應、電化學反應和極化現(xiàn)象）。若選配不當，將產生鈍化、氧化等化學作用，電極表面形成絕緣膜和極化現(xiàn)象，妨礙正常測量。常用的電極材料。
　　材料 耐腐蝕性能 含鉬耐酸OCr18NI12Mo2Ti 耐硝酸、沸騰的磷酸、堿溶液、一定壓力下的海水、醋酸等，有耐腐蝕性 哈氏合金C 海水、鹽水、弱酸、弱堿 哈氏合金B(yǎng) 海水、鹽水、弱酸、弱堿 鈦 能耐海水、有機酸、堿腐蝕，不耐較純的硫酸、鹽酸腐蝕 鉭 具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，與玻璃相似。除氫氟酸、濃硫酸、堿外，幾乎能耐一切化學介質的腐蝕 鉑銥合金 對各種酸的耐腐蝕性能很好，不耐王水腐蝕
　　氧化鋁流程中漿液因含氫氧化鈉，有強腐蝕，一般選含鉬耐酸鋼材料，耐腐蝕，價格低廉。鉑銥合金耐腐蝕性強，價格較貴。不能選鉭電極，因其不耐堿腐蝕。
　　1.5 電極形式
　　電磁流量計在測量漿液等流體時，電極易附著沉淀物。電極受到污染后，常使儀表無法工作。為防電極污染，電極可選用不易附著的尖形或半球形電極，刮刀式電極（可在傳感器外定期手動刮出沉垢），可更換式電極（電極在運行條件下被拆卸下來，進行有效的清洗或換新）。
　　1.6 勵磁方式的影響
　　勵磁技術是電磁流量計測量性能的關鍵技術之一，常用的有交流勵磁、低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁。
　　交流勵磁的主要問題是工頻干擾，易引起零點變動，測量精度低。
　　低頻矩形波勵磁，采用頻率為50/2~50/36Hz，抗工頻干擾，零點穩(wěn)定性和測量精度提高。但勵磁頻率降低，會使儀表抗低頻干擾能力減弱，響應速度變慢。在測量泥漿等含固體顆粒和纖維流體及低電導率流體時，會產生電噪聲，使輸出信號擺動不定。
　　雙頻矩形波勵磁，是由低頻和高頻矩形波疊加構成。不僅具有低頻矩形波勵磁的零點穩(wěn)定性，又具有高頻矩形波勵磁對泥漿干擾和流體噪聲較強的抑制能力。
　　二、電磁流量計安裝時的一些注意事項
　　（1）水平或垂直安裝都可
　　在測量漿料時最好垂直安裝，流體自下而上流動。這不僅保證測量管內充滿被測介質，而且避免了水平安裝時電磁流量計下半部局部磨損和低流速時固相沉淀等缺點。
　　（2）安裝環(huán)境不能有太大震動
　　管道系統(tǒng)有較強的震動時，可在傳感器兩側的管道上加支撐。
　　（3）直管段要求
　　可確保電磁流量計的精確度。一般的電磁流量計要求上游側5D，下游側3D。精度高的儀表如光華愛爾美特IFM4080型，要求上游側10D，下游側2D。直管段不夠要求時，管內流速為非軸對稱分布，測量將會引起誤差。
　　（4）周圍盡量避免大電機、大變壓器，以免受到周圍空間電磁波、大電機磁場的影響。
　　（5）接地
　　電磁流量計要求單獨接地。接地電阻小于10Ω以下。管道內若涂有絕緣層或非金屬管道，傳感器兩側應裝接地環(huán)。電磁流量計易受外界電磁干擾的影響。傳感器測量流量信號為mV級，以傳感器內流體電位為基準的，管道雜散電流對測量影響很大。因此，良好的接地很大程度決定測量的精確度。
　　（6）避免管內負壓，特別是PTFE聚四氟乙烯襯里。
　　（7）轉換器的安裝和連接電纜
　　分體型電磁流量計的轉換器和傳感器的距離受制于被測介質電導率和信號電纜型號。被測流體電導率在一定范圍內，決定了傳感器與轉換器間電纜的最大長度。電纜用制造廠隨儀表所附電纜型號。單層屏蔽電纜一般用于工業(yè)用水或酸堿液，通常可傳100m。介質電導率低于100μs/cm時，需采用兩芯雙屏蔽的驅動屏蔽電纜。電導率較低、傳輸距離較長，也有規(guī)定用3層屏蔽電纜。
　　三、電磁流量計應用中常見故障及解決方法
　　鋁廠拜爾法精制車間現(xiàn)有的電磁流量計目前采用廈門精川生產的一體型電磁流量計。襯里選PTFE聚四氟乙烯。電極采用含鉬耐酸鋼材料，電極形式一般采用標準型電極，在測量赤泥且水平安裝時，采用刮刀式電極，勵磁方式為低頻矩形波勵磁。下面介紹幾個典型故障及處理方法。
　　3.1 測粗液時電磁流量顯示常為零
　　拜爾法粗液是經沉降分離赤泥后的鋁酸鈉溶液，含微粒赤泥，易粘附。
　　電磁流量計無流量信號輸出的原因一般有：電源故障；液體流動方向與傳感器標定方向不一致（單向測量），液體未充滿管道（傳感器安裝位置不妥）；傳感器零部件損壞或測量管道內壁有附著；轉換器元器件損壞等。
　　粗液電磁流量計的安裝環(huán)境有6臺大的變頻電機且震動強烈，流量計的電路板常有震壞現(xiàn)象。建議更換安裝位置或更換分體型電磁流量計，注意傳感器與轉換器間電纜型號和最大長度，時常保證接地線良好接地。
　　3.2 測赤泥漿液時電磁流量計零點不穩(wěn)定
　　赤泥是拜爾法生產氧化鋁在處理低硅鋁礦石時的產物，赤泥粒度較細，多數(shù)是小于20μm的細粒子。
　　電磁流量計零點不穩(wěn)定的原因一般有：接地不完善，受外界干擾影響；流體電導率變化，使零點變動，流動時輸出晃動；液體中含固相雜質，管道內壁有沉積、電極污染；信號絕緣下降。
　　赤泥電磁流量計水平安裝，赤泥易粘附。選刮刀式電極，定期對電極進行清理；將IFM4080K型電磁流量的放大器PCB板上的S1和S3兩點的半圓分別焊接起來（S1、S3用于空管切除，S1、S4用于空管指示），使輸出信號固定為零。
　　3.3 測硅渣流量時零點不穩(wěn)定和輸出晃動
　　3.3.1 硅渣流量計零點不穩(wěn)定的處理方法：管道有震動，查接地是否良好；放大器板的改變同赤泥流量計。
　　3.3.2 電磁流量計輸出晃動的原因一般有：流體本身波動；流體未充滿管或含有氣泡；外界雜散電流等電磁干擾；流體電導率不均勻或過低接近閥值；電極材料與流體不匹配；采用低頻矩形波勵磁的電磁流量計在測量含大顆粒或顆粒含量過多的漿液時會造成輸出晃動。
　　（1）硅渣流量計管線太長（從種分到沉降距離約2km），管內可能存在脈動情況。建議管道中加裝氣室等阻尼裝置、提高勵磁頻率或增加儀表阻尼時間。儀表參數(shù)設置a參數(shù)Fct3.02磁場頻率調整。磁場頻率一般有50Hz的1/2、1/6、1/8、1/36，從出廠時的1/6提高到1/2。b參數(shù)Fct1.02時間常數(shù)調整由出廠時3s改為20s。C參數(shù)Fct3.06應用參數(shù)調整由原來穩(wěn)定STEADY改為脈動FULSATING。
　　（2）硅渣是燒結法生產氧化鋁在處理高硅鋁礦石時的產物，顆粒度較赤泥大一些。在采用低頻勵磁的儀表時會引起輸出晃動。建議增高頻率或選用雙頻勵磁的儀表。
　　四、結束語
　　綜上所述，技術人員只有熟悉了工藝流程和現(xiàn)場應用環(huán)境，掌握了電磁流量計的基礎知識，才能使電磁流量計得到合理使用和維護，發(fā)揮電磁流量計抗腐蝕、耐臟污、精度高、應用廣等優(yōu)勢。