1故障類型

　　污水流量計(以下簡稱EMF)常見故障現(xiàn)象有:

　　1)無流量信號輸出;2)零點不穩(wěn);3)輸出晃動；4)流量測量值與應(yīng)用參比值不符;5)輸出信號超微度值五類。

　　本報告僅討論其中因安裝不妥、選用不當(dāng),環(huán)境條件以及流體物性等應(yīng)用技術(shù)方面原因所引起的輸出晃動,不包括EMF本身(如元件損壞和調(diào)試、設(shè)定繆誤等)引起的故障。

　　輸出晃動大體上可歸納為5類故障原因,它們是：

　　1)流動本身是波動或脈動的,實質(zhì)上不是EMF的故障,僅如實反映流動狀況；

　　2)管道未充滿液體或液體中含有氣泡；

　　3)外界雜散電流等電磁干擾；

　　4)液體物性方面(如液體電導(dǎo)率不均勻和含有較多顆粒的漿液等)的原因；

　　5)電極材料與液體匹配不妥。

　　2檢查程序

　　通常檢查和判斷故障的程序如圖1所示,從顯示儀表工作是否正常開始,逆流量信號傳送的方向進(jìn)行。首先用模擬信號器測試轉(zhuǎn)換器,以判斷故障是產(chǎn)生在轉(zhuǎn)換器及其后續(xù)儀器還是在連接電纜或傳感器發(fā)生的。若是轉(zhuǎn)換器故障,由于當(dāng)代儀表大部分均有互換性,就可方便地試調(diào)換轉(zhuǎn)換器部件甚至轉(zhuǎn)換器整機(jī)備用件;若是傳感器故障需要試調(diào)換時,因必須停止管道系統(tǒng)運行,涉及面廣,往往不易辦到。特別是大口徑EMF,試換工程量大,通常只能作完其他各項檢查,最后才下決心,拆卸傳感器進(jìn)行檢查或調(diào)換。

　　檢查EMF輸出晃動的流程。先全面考慮作初步調(diào)查和判斷,然后再逐項細(xì)致檢查和試排除故障。

　　1)可經(jīng)觀察或詢問了解而毋須作較大操作的在前,即先易后難；

　　2)按過去現(xiàn)場檢修經(jīng)驗,出現(xiàn)頻率較高今后可能出現(xiàn)概率較高者在前。若經(jīng)初步調(diào)查確認(rèn)故障原因是后幾項的原因,亦可提前作細(xì)致的檢查。

　　3故障檢查和采取措施

　　本節(jié)分別討論上述5類故障原因的檢查和采取的措施。

　　3.1流動本身的波動(或脈動)

　　若流動本身波動,儀表輸出晃動則是如實反映波動狀況。檢查方法可在使用現(xiàn)場向操作人員和流程工藝人員詢問或巡視有否波動源。管系流動波動(或脈動)的原因通常有3個方面:

　　1)EMF上游的流動動力源采用了往復(fù)泵或膜片泵(經(jīng)常用于精細(xì)化工、食品、醫(yī)藥和給水凈化等加注藥液),這些泵的脈動頻率通常在每分鐘幾次到百余次之間；

　　2)儀表下游的控制閥流動特性和尺寸選用不妥,從而產(chǎn)生獵振,這可觀察控制閥閥桿是否有振蕩性移動；

　　3)其他擾動源使流動波動,例如:EMF上游管道中有否阻流件(如全開蝶閥)產(chǎn)生旋渦(如象渦街流量計旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的渦列,傳感器進(jìn)口端墊圈伸入流通通道,墊圈條片狀碎塊懸在液流中擺動等等)

　　遇到懸掛在液流中的剝離襯里片,隨著液流擺動造成流動波動的實例。江西某銅礦冶煉廠裝有若干臺EMF測量含粉狀固相的漿液,幾年來一直使用正常。到2008年7月用戶反映其中一臺DN600 mm EMF最近出現(xiàn)輸出晃動高達(dá)滿度值的50%～100%。首先現(xiàn)場檢查EMF本身均正常,并且巡視和詢問得悉流動動力源未改動,不會新產(chǎn)生流動波動,也排除了使用環(huán)境變壞新引入干擾的可能性。總體印象是儀表正常,安裝和環(huán)境條件符合要求,但因不能停流御下和檢查流量傳感器隱蔽部分及其鄰近管道狀況,一時未找出故障原因。直到月余后該廠停車檢修,發(fā)現(xiàn)EMF附近上游襯有橡膠襯里的U型管內(nèi),大片橡膠襯里脫落,懸掛于管內(nèi),隨液體流動而擺動,造成流動波動導(dǎo)致儀表輸出晃動。新?lián)Q上U型管后,大幅輸出晃動就不再出現(xiàn)了。在有脈動流動源的管線上,要減緩其對流量儀表測量的影響,通常采取流量傳感器遠(yuǎn)離脈動源,利用管流流阻衰減脈動;或在管線適當(dāng)位置裝上稱作被動式濾波器的氣室緩沖器,吸收脈動。

　　3.2管道未充滿液體或液體中含有氣泡

　　3.2.1管道未充滿液體。主要是不良管網(wǎng)工程設(shè)計使電磁流量傳感器的測量管未充滿液體或傳感器安裝位置不妥,如圖3中a,b,e位置。

　　（1)傳感器下游無背壓或背壓不足。傳感器如裝在圖3中e的位置,液流經(jīng)下游很短一段管段即排入大氣。若閥門2全開,傳感器測量管內(nèi)有可能未充滿液體。有時候流程的流量較大能充滿而儀表運行正常,若流量減小就有可能液體不滿而使儀表失常。

　　2)傳感器安裝于自上而下流動的垂直管線上(圖3中b位置),其流動狀況亦有可能出現(xiàn)液體不滿的現(xiàn)象。

　　3.2.2液體中含有氣體。液體中泡狀氣體形成有外界吸入和液體中溶解氣體(空氣)轉(zhuǎn)變成游離狀氣泡兩種途經(jīng)。液體中含有氣泡數(shù)量不多且氣泡球徑遠(yuǎn)小于電極直徑,雖然減少了部分液體體積,但不會使EMF輸出晃動;較大氣泡則因擦過電極表面,與液體接觸,電化學(xué)電勢突然變化會產(chǎn)生尖峰脈沖狀電噪聲,使輸出晃動。若氣泡大到流過電極能遮蓋整個電極,使流量信號回路瞬間開路,則輸出信號晃動更大。

　　1)液流中微小氣泡在流動過程中會逐漸在高點或死角積聚,若EMF裝在管系高點,潴留氣體減少傳感器內(nèi)液體流通面積而影響測量準(zhǔn)確度,潴留較多時還會產(chǎn)生干擾信號(參見下文故障實例):若傳感器裝在高點下游,高點積聚氣體超過容納量或因受壓力波動,氣體以泡狀或片狀隨液體流動,遮蓋電極而造成輸出晃動。

　　電磁流量傳感器潴留氣體故障實例:20世紀(jì)80年代初南京某石化廠以DN1000 mm管道引長江水,管道長10 km順地勢起伏途經(jīng)小丘,在小丘頂裝三暢儀表的DN700 mm EMF。管系投入運行EMF不能正常工作,經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)電磁流量傳感器及其附近有水流聲的不正常現(xiàn)象。初步分析認(rèn)為管系啟用后未能將管道內(nèi)空氣排凈,而工程設(shè)計未在高點裝排氣閥而無法放氣。測量電極信號高達(dá)4 mV(大部分為干擾電勢),因不能停水無法進(jìn)一步檢查和排除故障。數(shù)月后制造廠維修人員再次隨訪,此時不再有水流聲,因經(jīng)過一段時間流動,剩留空氣隨水流帶走,重新調(diào)試即能使之正常運行。

　　筆者認(rèn)為像這類安裝場所,流量傳感器最好安裝在水流自下向上的斜坡上;如果已經(jīng)裝在最高頂點,改裝工程量大或有困難,則可在流量傳感器上游高點裝自動排氣閥,至少在傳感器附近裝手動排氣閥補救之。

　　2)外界吸入空氣常見途徑在給水公用事業(yè)方面主要有江河原水含有氣泡,或吸入口水位高度過低(通常要求有1～2倍以上吸入口直徑的距離,視吸入流速而異)形成吸入旋渦卷進(jìn)空氣。在流程工業(yè)方面的配比混合容器攪拌時混入空氣以及泵吸入端或管系其他局部產(chǎn)生密封不良的場所吸入空氣等。這類故障在實踐中也常會碰到。

　　旋渦卷入氣泡實例:20世紀(jì)80年代初廣西某水廠在郊區(qū)山頭設(shè)置清水池,利用水池高度勢能發(fā)送成品水,運行人員反映計量出水量的DN700 mmEMF,有時候流量顯示不穩(wěn),晃動達(dá)百分之十幾到百分之二十,誤差也大,估計相差20%。現(xiàn)場考查發(fā)現(xiàn)水池如圖4所示安裝流量傳感器,水位高度不足就會卷入氣泡,甚至EMF測量管內(nèi)不能充滿。如水位降至A線時,雖高出EMF進(jìn)口頂端,但高出不多,還會在C處產(chǎn)生旋渦,將水位表面空氣卷入形成氣泡,使顯示晃動;若水位降到B,EMF將不滿管。我們建議如圖虛線所示裝一彎頭,擴(kuò)大水池有效容量,減少吸入氣泡的機(jī)會,彌補原設(shè)計的不足。

　　3)液體中溶解空氣分離成游離氣泡,管系壓力降低,原溶解的空氣(或氣體)會分離成游離氣泡。例如充滿液體管系二端閥門關(guān)閉,停止運行后逐漸冷卻,由于熱膨脹系數(shù)不同,液體收縮比管系收縮大得多,管系中形成收縮空間,形成局部真空狀態(tài)。液體中溶解空氣便分離出來形成氣泡,積聚于管系高點。重新啟動,夾入氣泡的液體流過電極表面就可能使EMF輸出晃動。這可能是管系啟動運行初期EMF輸出晃動,然后趨于穩(wěn)定的這一現(xiàn)象的原因之一。又如水在1個大氣壓0℃時可溶解空氣的體積分?jǐn)?shù)最多約0.3%,若在流程中水溫升高空氣就會分離成游離氣泡(到30℃時,最多只能溶解約0.15%)。積聚起來也有可能出現(xiàn)故障現(xiàn)象。

　　3.3檢查外界電磁干擾

　　EMF由于流量信號小易受外界干擾影響,干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場。

　　1)管道雜散電流主要靠EMF良好接地保護(hù),通常接地電阻要小于100;,不要和其他電機(jī)和電器共用接地。有時候環(huán)境條件較好,EMF不接地也能正常工作,但是我們認(rèn)為即使如此還是作好接地為妥。因為一旦良好環(huán)境條件不復(fù)存在,儀表出現(xiàn)故障,屆時會影響使用,再作各種檢查帶來諸多麻煩。

　　有時候EMF雖然良好接地,由于管道雜散電流過于強(qiáng)大(如電解工藝流程管線和有陰極保護(hù)管網(wǎng))影響EMF正常測量,此時卻須將電磁流量傳感器與所接管道之間電氣絕緣隔離。具體實例及其檢查和排除過程可參閱文獻(xiàn)[3]。

　　2)靜電和電磁波干擾會通過EMF傳感器和轉(zhuǎn)換器間的信號線引入,通常若有良好屏蔽(如信號線用屏蔽電纜,電纜置于保護(hù)鐵管內(nèi))是可以防止的。然而也曾遇到強(qiáng)電磁波防治無效的實例,此時將轉(zhuǎn)換器移近到傳感器附近,縮短連接的信號電纜,或改用無外接電纜的一體型EMF。

　　3)磁場干擾通常只有采取電磁流量傳感器遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場源。EMF抗磁場的能力視傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計而異,如傳感器激磁線圈保護(hù)外殼由非磁性材料(如鋁,塑料)制成,抗磁場影響的能力較弱,鋼鐵制成則較強(qiáng)。例如DN900mm EMF為碳鋼保護(hù)外殼,裝在離數(shù)百千伏安電力變壓器8 m處,未見帶來明顯影響。

　　3.4檢查液體物性

　　液體物性中有3種因素會使輸出晃動,它們是:1)液體中含有固相顆粒或氣泡,2)雙組分液體中二種液體電導(dǎo)率不同而未均勻混合,或管道化學(xué)反應(yīng)尚未完全完成,3)液體的電導(dǎo)率接近下限值。

　　1)被測液體含有較多固體顆粒會像前文所述氣泡一樣,使流量信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀噪聲等,造成輸出晃動。固相若是粉狀通常則不會形成輸出晃動。

　　2)在精細(xì)化工業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)和給水處理工程經(jīng)常在主液內(nèi)加藥液,而藥液通常是由往復(fù)泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入藥液后的主液呈現(xiàn)有藥液段和無藥液段相間隔的段列,若兩種電導(dǎo)率不同的液體沒有混和均勻,其下游測量流量的EMF輸出就會呈現(xiàn)晃動。出現(xiàn)這種情況就應(yīng)將加液點移至EMF下游,或?qū)MF移至加液點上游;如果受現(xiàn)場條件限制或避免改裝工程量大,亦可在加液點下游裝靜態(tài)混合器補救之。但裝靜態(tài)混合器后液流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流,有可能造成1%或以上的額外附加誤差。然而與輸出晃動無法測量相比,是權(quán)衡兩弊取其輕的措施。

　　若混合液在管道內(nèi)化學(xué)反應(yīng)未結(jié)束就進(jìn)入EMF測量,也有可能出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象。這種情況下只能改變測量點位置,務(wù)使測量位置在混合點上游或遠(yuǎn)離混合段的下游。然而遠(yuǎn)離混合段的相隔距離需要很長,例如反應(yīng)時間是60 s,液體流速3 m/s,不考慮保險系數(shù)就要求相距180 m。

　　3)液體電導(dǎo)率若接近下限值也有可能出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象。因為制造廠儀表規(guī)范(Specification)規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測量的最低值,而實際條件不可能都很理想。我們就多次遇到測量低度蒸餾水或去離子水,其電導(dǎo)率接近EMF規(guī)范規(guī)定的下限值5×10-6 S/cm,使用時卻出現(xiàn)輸出晃動。通常認(rèn)為能穩(wěn)定測量的電導(dǎo)率下限值要高1～2個數(shù)量級。液體電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊,缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)則可取樣用電導(dǎo)率儀測定。但有時候也有從管線上取樣去實驗室測定認(rèn)為可用,而實際EMF不能工作的情況。這是由于測電導(dǎo)率時的液體與管線內(nèi)液體已有差別。譬如液體已吸收了大氣中二氧化碳或氧化氮生成碳酸或硝酸,改變了電導(dǎo)率。

　　3.5復(fù)核液體與電極材料的匹配

　　電極材料的選擇首先考慮是對被測液體的耐腐蝕性,然而選配不妥產(chǎn)生電極表面效應(yīng)會形成輸出晃動等故障。電極表面效應(yīng)包括電極表面生成鈍化膜或氧化膜等絕緣層以及極化現(xiàn)象和電化學(xué)等。介質(zhì)-電極材料匹配還沒有像耐腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經(jīng)驗,尚待在實踐中積累。

　　鉭-水、堿等非酸液:鉭對水是耐腐的,但使用鉭電極測量水流量時會形成絕緣層,使儀表失靈或運行一短時期后出現(xiàn)很大噪聲。在工藝流程中即使是極短時間鉭電極與水或“非酸”液接觸,如用清水沖洗管子,亦會影響儀表正常使用。氫氧化鈉等堿液亦不能選用鉭電極。

　　哈氏合金B(yǎng)-高濃度鹽酸:哈氏合金B(yǎng)對溫度、濃度不高的鹽酸是耐腐蝕的,已有若干應(yīng)用良好的實例。然而濃度超過某值時會產(chǎn)生噪聲,筆者曾在現(xiàn)場與使用單位一起做過改變濃度的試驗,濃度逐漸增加超過15%～20%時儀表輸出隨之晃動起來,輸出晃動高達(dá)20%。硝酸、硫酸等酸液也有相似效應(yīng)的實踐經(jīng)驗。

　　鉑-過氧化氫:鉑電極用于測量低壓過氧化氫(壓力低于0.3 MPa)時,由于觸媒作用在電極表面產(chǎn)生氣霧,阻斷了電氣通路而影響工作。

　　鉑-濃度大于10%的鹽酸:鉑電場對濃度大于10%的鹽酸會產(chǎn)生噪聲,應(yīng)當(dāng)改用鉭電極。

　　哈氏合金B(yǎng)-硫酸鋁溶液:水廠用硫酸鋁與原水混合以凝聚懸浮體。筆者曾遇到哈氏合金B(yǎng)電極測量15%硫酸鋁溶液,出現(xiàn)輸出晃動,后改用耐酸鋼電極即獲得滿意的結(jié)果。

 

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