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电磁流量计故障检查和分析详细介绍
 

前 言
  中国石化出版社出版地流量计应用指南丛书,已出版。肖素琴、韩厚义主编《质量流量计》分册,由蔡武昌、马中元等撰写的《电磁流量计》分册亦即将出版。
  《电磁流量计》全书内容涉及工作原理与典型结构、应用和选择、安装调试、故障检查和分析、流量校准和现场比对等,附录部分还有200余种液体的电导率和电极材料选择参考等。本讲座即是该书“第七章 故障检查和分析”部分。

第一节 故障类型

  电磁流量汁运行中产生故障的第一类为仪表本身故障,即仪表结构件或元器件损坏引起的故障;第二类为外界原因引起的故障,如安装不妥流动畸变,沉积和结垢等。本章重点讨论的是应用方面和上述第二类外界原因的故障。
  按照故障发生时期分类,可分为:①调试期故障;②运行期故障。调试期故障出现在新装用后调试初期,主要原因是仪表选用或设定不当,安装不妥等。运行期故障足在运行一段时期后出现,主要原因有流体中杂质附着电极衬里,环境条件变化出现新干扰源等。
  按故障外界源头分析来自3个方面:①管道系统和安装等方面引起的;②环境方面引起的;③流体方面引起的。来源①主要在调试期表现出来;来源②和③则在调试期和运行期均会出现。
  一、调试期故障
 本类故障在电磁流量计初始装用调试时就出现,但一经改进排除故障,以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响三方面原因。 ·
  1、管道系统和安装等方面
 通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点;流量传感器后无背压,液体迳直排人大气,形成其测量管内非满管;装在自上向下流的垂直管道上,可能出现排空等。
 2、环境方面
 主要是管道杂散电流干扰,空间电磁波干扰,大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量,但如遇管道有强杂散电流(如电解车间管道)亦不一定能克服,须采取流量传感器与管道缘绝的措施(参见下文案例12)。空间电磁波干扰-般经信号电缆弓I入,通常采用单层或多层屏蔽予以保护,但也曾遇到屏蔽保护还不能克服(见案例10)。
  3、流体方面
 液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,唯所测得体积流量是液体和气体两者之和;气泡增大会使输出信号波动,若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面,使电极信号回路瞬时断开,输出信号将产生更大波动。
  低频(50/16 Hz-50/6 Hz)矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声,输出信号亦会有一定程度波动。
 两种或两种以上液体作管道混合工艺时,若两种液体电导率(或各自与电极间电位)有差异,在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量,输出信号亦会产生波动。
 电极材质与被测介质选配不善,产生钝化或氧化等化学作用,电极表面形成绝缘膜,以及电化学和极化现象等,均会妨碍正常测量。
  二、运行期故障
  经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障,常见故障原因有:流量传感器内壁附着层,雷电击,环境条件变化。
  1、内壁附着层
 由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多,出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号,只是改变流通面积,形成测量误差的隐性故障;若是高电导率附着层,电极间电动势将被短路;若是绝缘性附着层,电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作(参见案例7)。
 2、雷电击
 雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流,进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径:电源线,传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析,引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的,其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到,不仅电磁流量计出现故障,控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题,如齐鲁石化设计院[1]。
  3、环境条件变化
 主要原因同上节调试期故障环境方面,只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计,调试期因无厂扰源,仪表运行正常,然而在运行期出现新干扰源(例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊)干扰仪表正常运行,出现输出信号大幅度波动。
第二节 故障现象和检查流程
●电磁流量计常见故障现象有:(1)无流量信号;(2)输出晃动;(3)零点不稳; (4)流量测量值与实际值不符;(5)输山信号超满度值5类,下文将分节讨论。
 ●通常检查整个测量系统和判断故障的程序如图1所示,检查环节包括电磁流量计本身的传感器和转换器以及连接两者的电缆,电磁流量计上位的工艺管道,下(后)位显示仪表连接电缆。
 ●经常采用的检查手段或方法及其检查内容列举如下:
 (1)通用常规仪器检查
①电阻法 ●保险丝的通断
●信号电缆、激磁电缆的通断
●激磁线圈的通断
●电极对称性测量
●电极对地的绝缘电阻
●激磁线圈对地的绝缘电阻
图1 故障检查流程
②电流法 ●测量激磁电流
●测量输出电流
③电压法 判别:工作电源(包括供电和转换器本身电源)是否正确
④波形法 在熟悉线路基础上测量关键点波形,判别故障所在
(2)替代法 利用转换器和传感器间以及转换器内务线路板部件间的互换性,以替代法判别故障所在位置。
 (3)信号踪迹法 用模拟信号器替代传感器,在液体未流动条件下提供流量信号,以测试电磁流量转换器。
 ●检查首先从显示仪表工作是否正常开始,逆流量信号传送的方向进行。用模拟信号器测试转换器,以判断故障发生在转换器及其后位仪表还足在转换器的上位传感器发生的。若足转换器故障,如有条件可方便地借用转换器或转换器内线路板作替代法调试;若是传感器故障需要试调换时,因必须停止运行,关闭管道系统,因涉及面广,常不易办到。特别是大口径流量传感器,试换工程量大,通常只有在作完其他各项检查,最后才下决心,卸下管道检查传感器测量管内部状况或调换。
第三节 无流量信号输出检查和采取措施
一、故障原因
  无流量信号输出大体上可归纳为5个方面故障原因,它们是
  (1)电源未通等电源方面故障;
  (2)连接电缆(激磁回路,信号回路)系统方面故障;
  (3)液体流动状况方面故障;
  (4)传感器零部件损坏或测量内壁附着层引起等方面的故障;
  (5)转换器元器件损坏方面的故障。
二、检查程序
  图2所示足检查电磁流量计无流量信号输出的流程。先按流程全面考虑作初步凋查和判断,然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则足:①可经观察或询问了解毋须较大操作的在前,即先易后难;②按过去现场检修经验出现频度较高而售后可能出现概率;③检查本身的先后要求较高者在前。若经初步调查确认是后几项故障原因,亦可提前作细致检查。
  
①模拟信号器足为调试和检查电磁流量计专门设计的仪器,模拟流量传感器的输出信号,如上海巨贯仪表厂的JGLDG型,上海巨贯工业自动化设备有限公司的LDG、LDE和LDB型。


图2 电磁流量计无流量信号输出检查流程
 三、故障检查和采取措施
 本小节分别讨论1:述5方面故障原因的检查的采取措施
 1、查电源方面故障
 检查流程图第1,第2项。首先确认己接入电源,再检查电源各部分。查主电源和激磁电流熔丝,若接入符合规定电流值新熔丝再通电而又熔断,必须找出故障所在点。查电源线路板输出各路电压是否正常,或试置换整个电源线路板。
  2、查连接电缆系统方面故障
 检查流程图第3项。分别查连接激磁系统和信号系统的电缆是否通,连接是否正确。
 3、查液体流动方向和管内液体充满性
 检查流程图第4、第5项。液体流动方向必须与传感器壳体上箭头方向一致。对于能正反向测量的电磁流量计,若方向不一致虽仍可测量,但没定的显示流动正反方向不符,必须改正之。若拆传感器工作量大,也可改变传感器上箭头方向和重新设定显示仪表符号。
 管道未充满液体工要是管网工程设计或传感器安装位置不妥,使传感器测量管内不能充满液体。应采取措施,避免安装如图3所示a,e位置和以虚线管排放时b位置,改装到c,d位置。
           
                   图3 传感器安装位置

4、查传感器完好性和测量管内壁状况
 检查流程图第6,第7,第8,第9,第10项。主要检查各接线端于和激磁线圈完好性,以及测量管内壁状况。
 激磁线圈及其系统出现的故障常有:①线圈断开,②线圈或其端子绝缘下降③匝间短路。三类故障中以绝缘下降出现的频度相对较高。线圈断开和绝缘下降可方便地川万用电表和兆欧表检查。匝间短路检查就相对复杂些,首先新装电磁流量计启用前用惠斯登电极测其直流电阻值和测量时环境温度,并记录在案作为参照值。检查故障时若出现人范围匝间短路,用万用表测量电阻就可作出判断;若是少数匝间短路或要证明未发生短路。还必须用电桥测量,并作必要铜电阻温度系数修正。
  传感器激磁线圈回路绝缘下降的故障出现频度相对较高的原因足,电气外壳防护等级IP65(GB4203-93)的传感器常被短时间浸水(如传感器装在较低位置时周围出事故浸水),按IP65仅是防尘防喷水,很易浸入水或潮气。即使是IP67(防尘防短时间浸水)或IP68(防尘防连续浸水)级,也常发生在接线完成后,引入电缆密封圈或端子盒盖密封垫片未达到密封要求而形成事故。因操作疏忽密封圈垫部位进水造成的故障足屡见不鲜的。
 接线端子受潮引起的绝缘下降,通常可采用热吹风吹干噪,之恢复绝缘。线圈受潮对于两半合拢保护外壳的传感器,可拆卸外壳盖置于烘箱,以适当温度烘干之;对于气密型(即焊接结构的防护外壳)传感器 磁圈虽然结构上保证不会受潮,但也有从屯缆与密封胶交界面渗入的案例。
 测量管内壁状况附着绝缘层或导电层的最可靠检查判断足卸下传感器离线直接观察,但工作量较大;亦可用在线间接检查方法,即测量电极接触电阻和电极极化电压估计附着层状况。间接方法的具体操作参见本章第九节。
  5、查转换器的故障
 检查流程图第11项。当代电磁流量计转换器检查方法常采用以线路板备件和替代法试排除故障。

第四节 输出晃动检查和采取措施
一、故障原因
  输出晃动大体上可归纳为5方面故障原因,它们是:
  (1)流动本身是波动或脉动的,实质上不是电磁流量计的故障,仅如实反映流动状况;
 (2)管道末充满液体或液体中含有气泡;
 (3)外界杂散电流等电、磁干扰;
 (4)液体物性方面(如液体电导率不均匀或含有较多变颗粒/纤维的浆液等)的原因;
  (5)电极材料与液体匹配不妥。
  二、检查程序
 图4所示是检查电磁流量计输出晃动的流程。先按流程图全面考急作初步调查和判断,然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则是:①可经观察或询问了解无须作较大操作的在前,即先易后难;②按过去现场检修经验,出现频度较高而今后可以出现概率较高者在前;③检查本身的先后要求。若经初步调查确认足后几项故障原因,亦可提前作细致检查。


                  图4 电磁流量计输出晃动检查流程
  三、故障检查和采取措施
本小节分别讨论上述5个方面故障原因的检查方法和采取措施。
1、流动本身的波动(或脉动)
检查流程图第1项。若流动本身波动,仪表输出晃动则是如实反映波动状况。检查方法可在使用现场向操作人员和流程工艺人员询问或巡视有否波动源。管系流动波动(或脉动)的原因通常有3个方面:(1)电磁流量计上游的流动动力源采用了往复泵或膜片泵(经常用于精细化工、食品、医药和给水净化等加注药液),这些泵的脉动频率通常在每分钟几次到百余次之间;(2)仪表下游的控制阀流动特性和尺寸选用不妥,从而产生猎振(hunting),这可观察控制阀阀杆是否有振荡性移动;(3)其他扰动源使流动波动,例如:电磁流量计上游管道中有否阻流件(如全开蝶阀)产生旋涡(如象涡街流量计旋涡发生体产生的涡列,传感器进口端垫圈伸人流通通道,垫圈条片状碎块悬在液流中摆动等等)。
在有脉动流动源的管线上,要减缓其对流量仪表测量的影响,通常采取流量传感器远离脉动源,利用管流流阻衰减脉动;或在管线适当位置装上称作被动式滤波器的气室缓冲器,吸收脉动。
2、管道未充满液体或液体中含有气泡
检查流程图第2项,本类故障主要是管网工程设计不良使传感器的测量管未充满液体或传感器安装不妥所致。应采取措施避免安装如图3所示a,e位置和以虚线管排放时b位置,改装到c,d位置。
传感器下游无背压或背压不足,如装在位置e,液流经下游很短一段管段即排人大气,若阀门2全开,传感器测量管内有可能未充满液体。有时候流程的流量较大能充满而仪表运行正常,流量减小就有可能液体不满而使仪表失常。
液体中含有气体 液体中泡状气体形成有从外界吸入和液体中溶解气体(空气)转变成游离状气泡两种途径。液体中含有气泡数量不多且气泡球径远小于电极直径,虽然减少了部分液体体积,但不会使电磁流量汁输出晃动;较大气泡则因擦过电极能遮盖整个电极,使流量信号回路瞬间开路,则输出信号晃动更大。
●液流中微小气泡在流动过程中会逐渐在高点或死角积聚,若电磁流量计装在管系高点,潴留气体减少传感器内液体流通面积而影响测量准确度,潴留较多时还会产生干扰信号(参见案例3);若传感器装在高点卜游,高点积聚气体超过容纳量或因受压力波动,气体以泡状或片状随液体流动,遮盖电极而造成输出晃动。
●外界吸入空气常见途径在给水公用事业方面主要有江河原水含有气泡,或吸入口水位高度过低(通常要求有2-5倍以上吸入口直径的距离,视吸入流速而异)形成吸入旋涡卷进空气。在流程工业方面的配比混合容器搅拌时混入空气以及泵吸入端或管系其他局部产生密封不良的场所吸入空气等。这类故障在实践中也常会碰到。
●液体中溶解空气分离成游离气泡 管系压力降低原溶解的空气(或气体)会分离成游离气泡。例如充满液体管系二端阀门关闭,停止运行后逐渐冷却, 由于热膨胀系数不同,液体收缩比管系收缩大得多,管系中形成收缩空间,形成局部真空状态。液体中溶解空气便分离出来形成气泡,积聚于管系高点。重新启动,夹入气泡的液体流过电极表面就可能使电磁流量计输出晃动。这可能是管系启动运行初期电磁流量计输出晃动,然后趋于稳定的这一现象的原因之一。又如水在1个大气压0℃时最多可溶解约0.3%VN空气,若在流程中水温升高空气就会分离成游离气泡(到30℃时,最多只能溶解约0.15%)。积聚起来也有可能出现故障现象。
3、外界电磁干扰
检查流程图第3项。电磁流量计由于流量信号小易受外界干扰影响,干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场。
●管道杂散电流主要靠电磁流量计良好接地保护,通常接地电阻要小于100Q,不要和其他电机和电器共用接地。有时候环境条件较好,电磁流量计不接地也能正常工作,但是我们认为即使如此还是作好接地为妥。因为一旦良好环境条件不复存在,仪表出现故障,届时会影响使用,再作各种检查带来诸多麻烦。
有时候电磁流量计虽然良好接地,由于管道杂散电流过于强大(如电解工艺流程管线和有阴极保护管网)影响电磁流量汁正常测量,此时却须将电磁流量传感器与所管道之间作电气绝缘隔离。具体实例及其检查和排除过程可参阅案例12。
●静电和电磁波干扰会通过电磁流量计传感器和转换器间的信号线引入,通常若良好屏蔽(如信号线用屏蔽电缆,电缆置于保护铁管内)是可以防治的。然而也曾遇到强电磁波防治无效的实例,此时将转换器移近到传感器附近,缩短连接的信号电缆,或改用无外接电缆的一体型仪表。实例的具体内容请参见案例10。
●磁场干扰通常只有采取电磁流量传感器远离强磁场源。电磁流量计抗磁场的能力视传感器的结构设计而异,如传感器激磁线圈保护外壳由非磁性材料(如铝,塑料)制成,抗磁场影响的能力较弱,钢铁制成则较强。
4、论证核查液体物性
检查流程图第4项。液体物性中有3种因素会使输出晃动。它们是:(1)液体中含有固相颗粒或气泡,(2)双组分液体中二种液体电导率不同而末均匀混合,或管道化学反应尚未完全完成,(3)液体的电导率接近下限值。
●被测液体含有较多固体颗粒会像前文所述气泡一样,使流量信号出现尖峰脉冲状噪声等,造成输出晃动。固相若是粉状通常则不会形成输出晃动。
●在精细化工业、食品业、医药业和给水处理工程经常在主液内加药液,而药液通常是由往复泵或膜片泵按主液流量成比例地注入。注入药液后的上液呈现有药液段和无药液段相间隔的段列,若两种电导率不问的液体没有混和均匀,其下游测量流量的电磁流量计输出就会呈现晃动。出现这种情况应将加液点移至下游,或将电磁流量计移全加液点上游;如果受现场条件限制或嫌改装工程量大,亦可在加液点下游装混合器补救之。但装静态混合器后液流将产小旋转流,有可能造成1%或以上的额外附加误差。然而与输出晃动无法测量相比,是权衡两弊取其轻的措施。
若混合液在管道内化学反应未结束就进入电磁流量汁测量,也有可能出现输出晃动现象。这种情况下只能改变测量点位置,务使测量位置在混合点上游或远离混合段的下游。然而远离混合段的相隔距离需要很长,例如反应时间60s,液体流速3m/s,不考虑保险系数就要求相距180m。
●液体电导率若接近下限值也有可能出现晃动现象。因为制造厂仪表规范(specification)规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的最低值,而实际条件不可能都很理想。我们就多次遇到测量低度蒸溜水或去离子水,具电导率接近电磁流量计规范规定的下限值5×10-6S/cm,使用时却出现输出晃动。通常认为能稳定测量的电导率下限值要向1-2个数量级。
液体电导率可查阅附录或有关手册,缺少现成数据则可取样用电导率仪测定。但有时候也有从管线上取样去实验室测定认为可用,而实际电磁流量计不能工作的情况。这是由于测电导率时的液体与管线内液体已有差别,譬如液体巳吸收了大气中C02或NOx,生成碳酸或硝酸,改变了电导率。
对于含有颗粒或纤维液体产生的噪声浆液,采取提高激磁频率能有效地改善输出晃动。表7-1所示足频率可调IFM 3080F型DN 300电磁流量计,测量浓度3.5%瓦楞低板浆液,在现场以不同激磁频率测量所显示瞬时流量晃动量。当频率较低为50/32Hz,晃动高达10.7%;频率提高到50/2Hz时,晃动降低至1.9%,效果十分明显。
表1 不同激磁频率下时瞬时流量晃动量
激磁频率/Hz
显示流量(峰晃动范围)/m3 •h-1
与平均值的百分比
50/32
180-223
10.7
50/18
200-224
5.6
50/6
190-220
7.3
50/2
255-265
1.9

5、调查液体与电极材料匹配
检查流程图第5项。电极材料的选择首先考虑足对被测液体的耐腐蚀性,然而选配不妥产生电极表面效应会形成输出晃动等故障。电极表面效应包括电极表面生成钝化膜或氧化膜等绝缘层以及极化现象和电化学等。介质一心极材料匹配还没有像耐腐蚀性那样有充足的资料可查,只有一些有限经验,尚待在实践中积累。
钽一水、碱等非酸液 钽电极测量水流量时会形成绝缘层,使仪表失灵或运行一短时期后出现很大噪声。在工艺流程中即使是极短时间钽电极与水或"非酸"液接触,如用清水冲洗管子,亦会影响仪表正常使用。氢氧化钠等碱液亦不能选钽电极。
哈氏合金B一高浓度盐酸 哈氏合金B对温度浓度不高的盐酸已有若干应用良好的实例。然而浓度超过某值时会产生噪声,应改用钽电极、硝酸、硫酸等酸液也有相似效应的实践经验。
铂一过氧化氢 铂电极用于测量低压过氧化氢(压力低于0.3MPa)时,由于触媒作用在电极表面产生气雾,阻断了电气通路而影响工作。
钔一浓度大于10%的盐酸 铂电场对浓度大于10%的盐酸会产生噪声,当改用钽电极。
哈氏合金B-硫酸铝溶液 水厂用硫酸铝与原水混合以凝聚悬浮体。我们曾遇到哈氏合金B电极测量15%硫酸铝溶液,出现输出晃动,后改用耐酸钢电极即获得满意的结果。
第五节 零点不稳定检查和采取措施

一、故障原因
零点不稳定人体上可归纳为5方面故障原因,它们是:
(1)管道未充满液体或液体中含有气泡;
(2)主观上认为管系液体无流动而实际上存在微小流动;其实不足电磁流量计故障,而足如实反映流动状况的误解;
(3)传感器按地不完善受杂散电流等外界干扰:
(4)液体方面(如液体电导率均匀性,电极污染等问题)的原因;
(5)信号回路绝缘下降。
二、检查程序
图5所示足检查零点电磁流量计不稳定的流程。先按流程全面考虑作初步调查和判断,然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查项口顺序的先后原则是:(1)可经观察或询问了解毋须较大操作的在前,即先易后难;(2)按过去现场检修经验,出现频度较高而今后可能出现概率较高者在前;(3)检查本身所需的先后要求。若经初步调查确队足后几项故障原因,亦可提前作细致检查。
三、故障检查和采取措施
本小节分别讨论上述5方面故障原因的检查方法和采取措施。
1、管道未充满液体或液体中含有气泡
检查流程图第1项。本类故障主要是管网工程设计主不良或相关设备不完善所引起的,可参阅第9页第四中"2、管道未充满液体或液体中含有气泡"。
2、管道有微量流动 检查流程图第2项。主观上认为流量传感器内无流动而实际上存在着微量流动。本类故障主要原闪足管线的截止阀密闭性差,电磁流量计所检测到的微小泄漏量,误解为零点变动或零点不稳定。阀门使用日久或液体污肌使阀门密闭不全的事例足会经常遇到的,大型阀门尤其如此。另一个常见原因足流量仪表除了上管道外还有若干支管,忘记或忽略这些支管的阀门关闭。
有时候,在现场确认管系无流动还比较困难。此时可按图4所示,在流量传感器2前后的截止阀1、4间设置小口径泄漏监视阀3,观察足否有泄漏量。
  

图6 双阀关闭和泄漏监视
1,4,6截止阀;2 流量传感器 3,5 泄漏监视阀

3、接地不完善受外界干扰影响和接地电位变动影响
检查流程图第3项。管道杂散电流等外界干扰影响主要靠电磁流量计良好的接地保护,通常要求接地电阻小于1000,不要和具他电机电器共用接地。有时候环境条件较好,电磁流量计不接地亦能正常工作,但是一旦良好环境不存在,仪表会出现故障,届时再作检查会带来堵多麻烦。
流量传感器附近的电力设备状态的变化(如漏电流增加)形成按地电位变化,电会引起电磁流量计零点变动。检查方法请阅第九节。
4、调查液体物性
检合流程图第4项。液体电导率变化或不均匀,在静止时会使零点变动,流动时使输出晃动。因此流量计位置应远离注入药液点或管道化学反应段下游,流量传感器最好装在这些场所的上游。
液体若含有固相,或杂质沉积测量管内壁,或在测量管内壁结垢,或电极被油脂等污秽等等,均有可能出现零点变动。因为内壁表面结垢和和电极污秽程度不可能完全'样和对称,破坏厂初始凋零设定的平衡状况。积极措施足清除污秽和沉积垢层;若零伙变动不大也可尝试重新调零。
5、调查信号线路绝缘
检查流程图第5项。信号回路绝缘下降会形成零点不稳。信号回路绝缘下降的土要原因足,包极部位绝缘下降所引起的,但也不能排除信号电缆及其接线端子绝缘下降或破坏。因为有时候现场环境十分严酷,稍一疏忽仪表盖、导线连接处密封不慎,弥漫着潮气酸雾或粉粒尘埃侵入仪表接线盒或电缆保护层,使绝缘卜降。信号回路绝缘电阻检查分别按电缆侧和流量传感器侧两邮分进行,用兆欧表测试。因信号电缆容易可先做。流量传感器再分两次进行:充满液体测黾电极表面接触电阻和个管后测量,U极绝缘电阻。
6、检查电极接触电阻和电极绝缘电阻
检合流柞图第6项,分2步进行。
(1)充满液体测量电极表面勺液体接触电阻 流量传感器卸下信号电缆接线,用万用表分别测量每电极与接地点,间的电阻,两电极对地电姐值之左应在10%-20%。第九节中"一、电极接触电阻的测量"将有进一步说明。
(2)空管测量电极绝缘 放空测量管,用干布揩于内表面,待完全干燥后,用H500VDC兆欧表测量各电极与地间的电阻们,阻值必须在100MΩ以上。



图5 电磁流量计零点不稳定检查流程
第六节 流量测量值与实际值不符的检查和采取措施

  一、故障原因
引起测量流量与实际测量不符的故障原因,大体上可归纳成以下6个方面。
(1)转换器设定值不止确;
(2)传感器安装位置不妥,未满管或液体中含有气泡:
(3)未处理好信号电缆或使用过程中电缆绝缘下降:
(4)传感器卜游流动状况不符合要求;
(5)传感器极间电阻变化或电极绝缘下降;
(6)所测量管系存在未纳入考核的流入/流出值。
  二、比对的参照系
在检查本身故障现象之前,首先要评估与电磁流量计测量流量比对的实际流量(即各参照系推导出来的参比流量)的准确性和正确性。人们用作参照流量常从以刀;3个方面获得:
(1)从流程系统的物料平衡,即进入系统的量与流出系统的量之间作比较;
(2)与其他流量测量值之间的比对,如与水池容器的体积或外夹装式超声流量汁的流量相比较;
(3)与历史测量值相比较。
流程现场工艺运行人员按这些参照系,根据他们的经验提出流量仪表测量值不准确的看法,仪表工程师要厂解与分析运行人员作出判断的依据,过程和数据,了解流程必要时去现场勘察,确认其正确后才作下一步检查。
现例举用得较多的夹装式超声流量计作比对参照时,准确性评估中的几点常见失误。(1)作流量计算时流通面积未实例测量管段的外径和壁厚,仅按所查得钢管规格表中名义尺寸代入,由于外径和壁厚的允差,带来流通面积的计算误差。例如DN200-DN500无缝热轧钢管流通面积可能相差±(3.4-3.2)%;即使外径用圆周法实测而壁厚未测而用名义尺寸,流通面积也可能相差±(1.25-1)%。(2)在现场测量声波传播距离如有(1-2)%误差,即会给流量测量带来(1-2)%的误差。(3)没有计入水泥衬里层厚度,旧管锈蚀层或污积层厚度。
又如水厂经常用清水池体积作比对参照,要评估水池面积的准确性。经常发生计算水池面积仅按设计图或竣工图数据,由于竣工图仅按工程要求而未按计量要求丈量,必然会带来误差;还有可能未减去水池中隔墙、管线所占去的体积,以及旁路管线流出/流人的体积。并要确认在试验时间内阀门的密封性等等,均应作复核评估。
  三、检查程序
  图7所示足检查电磁流量计测量流量与实际流量不符的流程。先按流程全面考虑作初步调查和判断,然后再逐顷细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则足:(1)可经观察或询问了解而毋须作较大操作的在前,即先易后难;(2)按过去现场检查修经验,出现频度较高今后出现概率较高者在前;(3)检查本身的先后要求。若经初步调全确认足后几项故障原因,亦可提前作细致检查。
  四、故障检查和采取措施
  本小节分别讨沦图7-7所示6个方面故障原因检查和采取措施。
  1、复核转换器设定值和检查零点、满度值
  检合流程图第1项。首先检查相配套传感器和转换器的编号是否对号。当代大部分电磁流量计在制造厂实流校准后在传感器名牌(或/和随表附《使用说明书》,标明校准的仪表常数,并在所配套的转换器内设定好。因此新安装内仪表调试前首先要复核仪表常数,或者传感器编号和转换器编号是否配对。因为这类失配的事件经常发生,还需复核口径、量程和计量单位等设定值。用模拟信号器)通常要按所用电磁流量计型号向制造厂订购)检查转换器零点和量程。
2、查管道充液状况和含有气泡
检任流程图第2项。本类故障主要是管网工程设计不良或相关设备不完善所引起的,可参阅第9页第四节中"2、管道未充满液体或液体小有含有气泡"一节。

图7 电磁流量计测量值与应用参比值不符检查流程
 
 

3、检查信号电缆系统
检查流程图第3项,查连接电缆匹配是否适当?连接是否正确?绝缘是否下降?
通常人们检查电磁流量计测量流量不符的故障原因,往往忽视连接传感器和转换器之间的电缆系统,而从制造厂去现场服务调试或检查过程的故障事例中,实际上出现连接电缆的原因频度颇高。例如经常遇到以下事例:(1)将所附整根电缆割断后重新连接,使用一阶段后连接处吸入潮气,绝缘下降;(2)信号线末端未处理好,内屏蔽层、外屏蔽层和信号芯相互间有短接,或与外壳短接;(3)不用规定型号(或所附)的电缆;(4)电缆长度超过受液体电导率制约束的长度上限;(5)液体电导率较低而传感器和转换器相距较远,未按规定用驱动屏蔽电缆,有些型号仪表电缆长度超过30m,电导率低于10-4S/cm时就需用2芯双重屏蔽的驱动屏蔽层。上述5种事例中(3)-(5)只会出现在初装调试期,(2)也较多出现于初装调试期。
4、调查传感器上游流动状况,检查传感器测量道道内壁状况
检查流程图第4项。传感器上游流动状况常因受安装空间限制,偏离规定要求,如接近产生扰流的阻流件而无足够长度的直管段,这些会引入影响测量准确的因素。特别是接近传感器上游设置调节阀或未全开的闸阀,能完满解决的唯一办法足改动传感器的安装位置;在上游直管段长度不足的情况下,安装流动调整?quot;也只能作部分改善。
测量 内壁存在淤积层或管壁被磨损,从而改变流通面积,影响测量值。这类故障的出现只有在运行一段时期后才会出现,请参阅故障案例8。
流量传感器上游流动状况偏离要求的原因绝大部分是工程设计将传感器安装在不适当位置所致;但也发生过工程设计的安装情况良好,但运行一段时间后,却出现较大误差,按常识判断为流动状况不善,似乎足不可能的,但也确实发生过,请参阅故障案例1。
5、检测电极与液体间接触电阻和电极绝缘
检查流程图第5项。电极与液体接触电阻值主要取决于接触面积和液体电导率。一般结构电极在测量电导率为5×10-6S/cm的蒸馏水时电阻值为350kD,电导率为150×10-6S/cm的生活和工业用水约为15kn,电导率为1×10-2S/cm的盐水约为200n。
用万用表在充满液体时测量电极接触电阻,虽然只是确定大体的值,却足判断管壁状况较方便的方法。准确的测量则必须用交流电桥,如"Kohlraush电桥"等测量。
电磁流量传感器的电极接触电阻最好在新装仪表调试时即测量并记录在案,以后每次维护时均作测量(作分析比较测得各次电阻值,必须是用同一型号万用表,同一测量档的测量值),分析比较将有助于今后判断仪表故障,省略从管道上卸下流量传感器进行检查。
如所测电极接触电阻值比以前增加,说明电极表面被绝缘层覆盖或部分覆盖;如比以前电阻值减少,说明电极和衬里表面附着导电沉积层。
通常要求电极绝缘电阻大于100Mn,若检查结果确实足绝缘破坏只能调换传感器。检查电极绝缘的方法足先卸下流量传感器,放空液体,用布擦干衬里内表面,不留液(水)渍,干燥之。然后用500VDC兆欧表,分别测试两电极对地电阻。然而绝缘下降的原因,往往是地接线柱等浸水受潮所致,有时候用热吹风排除潮气即可恢复绝缘。
6、检查有否未纳入考核的歧管流出或流入
检查流程图第6项。当流程工艺人员发现测量流量与参照量有较大差别时,分析各种原因常聚焦于流量仪表方面而忽略测量管道歧管流出/流入的原因。工艺操作人员与去现场服务仪表工程师讨论时,常常有把握地说无歧管流出或流入。然而现场服务经验表明,作了全面检查并排除其他各种故障可能性后,最后常是有歧管流出或流入导致测量流量与所谓"实际测量"不符,这种实例不是个别的。因此有否歧管亦应作为一个方面进行调查。例如调查在作为参照量(如超声流量计、容器和水池等)测量点与电磁流量计之间的管道有否歧管,阀门是否紧闭,此外也应检查容器或水池是否连有其他流出流入源。
①流动调整器(流动整流器)是置于管道内的多孔板或由较小管束(或格栅板)组成的一种管件,用来减少(或消除)漩涡和改善流速分布畸变,以达到缩短直管段长度的目的。

图8 电磁流量计输出信号超满度值检查流程
第七节 输出信号超满度值检查和采取措施

一、故障原因
输出信号超满度值的故障原因来自4个方面,即:传感器方面、连接电缆方面、转换器方面、连接于转换器输出的后位仪表方面。每个方面又各有多种原因,其主要如下所列:
(1)传感器方面--电极间无液体连通,从液体引入电干扰;
(2)连接电缆方面--电缆断开,接线错误;
(3)转换器方面--与传感器配套错误,设定错误;
(4)后位仪表方面--未电隔离,设定错误。
二、检查程序
图8所示是检查输出信号超满度值的流程。检查首先足判别故障原因来自转换器之前(即流量信号上游)还足在转换器以及其后之后位仪表,然后按流程全面考虑作初步调查和判断,再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查项目顺序的先后原则是:(1)可经观察或询问了解毋须较大操作在前,即先易后难;(2)按过去现场检修经验,出现频度较高而今后可能出现概率较高者在前;(3)检查本身的先后要求。若经初步调查确认是后几项故障原因,亦可提前检查。
三、故障检查和采取措施
本小节分节讨论上述来自4个方面故障原因的检查方法和采取措施。
1、判别故障原因在转换器之前还是在转换器及其后之下位仪表
  检查流程图第1项。故障在转换器之前,即在传感器和传感器/转换器之间的信号电缆(一体型电磁流量计信号连接线,在仪表内部,一般极少出现故障);之后即在传感器本身及其后积算器或流量计算机等下位仪表。
先在管系和流量传感器内通水,静止无流动状态下将转换器两信号端子和功能地或保护地端子短路,观察转换器输出信号足否到零。若能到零,则可初步判断故障在转换之前而不在转换器本身及后位仪表,下一步可先重点检查连接电缆和传感器(即流程图第2项);若不能到零,则检查重心应在转换器和后位仪表(即流程图第3、4、6、7项)。
2、确认信号电缆完好性和两电极场与液体充分接触。
检查流程图第2项。若信号回路断开,输出信号将超满度值,因此本检查项目主要是核实流量信号回路完整通畅。信号回路包括电缆及其连接端子,流量传感器一对电极和电极间液体。除检查电路通断外,还应核实电缆型号,各接点的连接正确性,绝缘是否达到要求等。流量传感器电极末接触到液体(两电极均末接触到液体或一只电极末接触到,同样也断开了信号电缆,必须如图3所示将流量传感器改装到能充满液体位置等排除电极与液体末接触的原因。
3、复核转换器设定值的正确性,核查零点和满点
检查流程图第3项。分离型电磁流量计出厂时,一般转换器和传感器按合同规定口径及流量及设定参数实流校准,传感器和转换器必须一一对应。因此,先检查配套是否正确,再检查转换器仪表常数和各参数是否符合。然后再用模拟信号器复查零点。一体型仪表毋需检查本项。
4、检查下(后)位仪表
检查流程图第4项。电磁流量转换器输出流量信号传送给流量积算器,流量计算机等下位仪表。若后位仪表带电连接(即有源负载),负载上电源回授损坏转换器输出电路,出现输信号超满度值现象,要采取电隔离措施。
转换器输出回路有允许接地和不允许接地两种类型。若是允许接地者,输出仍超过满度值,转换器有故障;若是不允许接地者误接地,只要去除接地就可运行正常。
5,检查从液体引入电干扰
检查流程图第5项。在无激磁电流情况下,用万用电表或示波器在两电极检测干扰电势。这一故障现象常出现于制碱工业氯化纳电解工序等和阴极保护管线上,可采取将电磁流量传感器与管线绝缘的措施,使电极与液体处于同电位。请参见案例12(第24页)。
6、查转换器本身
转换器本身故障引起输出信号超满度值的原因较为复杂,它可由转换器内各单元线路中某一环节引起的,因类型(模拟式或数字式)而有较大差别。对于一般使用单位;可利用当代电磁流量计线路板分成可互换相互独立的单元,采取试换备用线路板(或临时借用同型号其他运行正常仪表的线路板)以替代法检查判别。
先检查流程图第6项,即查输入/输出电路。按模拟电路转换器或数字电路转换器两种类型各自特点上,着重检查几个环节,对模拟电路转换器应从反馈回路是否开路,输出回路有否损坏为主;对数字电路转换器应从ND转换电路和输出回路分析为主要检查环节。
然后检查流程图第7项,即查转换器其他电路。
  
第八节 故障分述和案例

本章前文作故障类型分析和故障检查时,对故障源头作了一些描述,本节则进一步讨论故障源头,并例举13个具体案例。这些案例除注明外均为笔者及其同事们的实践经验。一种故障源头会表现出多种故障现象,汇总如表7.2所示。
故 障 源
故 障 现 象
类别
名称
1、无信号输出 2、输出晃动 3、零点不稳 4、流量测量值与实际值不符 5、输出超满度
一、管道系统和相关设备类
1、安装不善
 
 
2、未满管
 
①少量气体,呈分散流
 
 
 
②气体增加,呈分层流或波状流
 
 
 
③呈气泡流或塞状流
  
 
  
 
④液位在电极以下
  
  
  
 
3、管系驻留气体
 
 
 
4、管系吸入气泡
 
 
 
5、往复泵或控制阀振荡产生脉动
 
 
 
6、使用过程中流动状态变化
 
 
 
 
二、流体类
1、液体中含有气体
 
 
 
2、液体中含有固体
 
①浆液噪声
 
 
 
 
②电极被污染
 
 
 
 
③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里
 
 
 
 
④衬里被磨损或被沉积改变流通面积
 
 
 
 
3、电导率不均匀或接近阀值
 
 
 
4、与液体接触件材料失配
 
 
 
5、流动噪声
 
 
 
 
三、环境类
1、强磁场
 
 
 
 
2、强电磁波
 
 
 
 
3、管道杂散电流
 
 
 
 
4、地电位变化
 
 
 
5、潮气浸入
 
 
一、管道系统和相关设备类
源自管道系统和相关设备引起电磁流量计故障源主要有:1、安装不善;2、未满管;3、管系储留气体;4、不断吸入气体;5、往复泵或控制阀振荡产生的脉动流;6、使用过程中流动状态变化。
1、安装不善 安装不善的例子有:(1)流量传感器与连接管道间内径匹配失当,相差过大,(1S091(4:1991规定:在没有制造厂推荐的情况下,连接管内径不得小于流量传感器内径,不得大寸:内径的3%);(2)流量传感器与管道间垫圈突人流通通道;(3)邻近流量传感器前挠流件产生严重流速分布畸变或旋转流,直管段不足。这些原因主要引起流量测量值与实际值不符,有时也会出现输出晃动。
案例1 本实例虽非上文例举的安装不善直接引起的,但其因故却与流量传感器进入端垫圈进入流通通道相同。
上海某水厂两根输水管各用二台串联DNl400仪表计量出厂成品水,分别由发送方(水厂)和接收方掌握。第一台传感器上游离全开蝶阀距离约5米与下游第2台传感器相距约2.5米,上游直管段长度略嫌不足。1997年启用,发现其中一根管线两台仪表计量值相差15%,半年后差值略有减小,为10%。除未检查传感器测量管内部状况外,作了全面检查和分析,未找出故障原因,成为悬案。直到1998年下半年卸下传感器发现进口管道水泥衬里大块脱落,堆积在传感器进口处高度达300-350mm(目测)。这些堆积物导致进入传感器水流流速分布严重畸变,即管道下部约有0.25D高度的弓形截面障碍物挡住了水流。清除障碍即恢复正常。对于差值半年后从15%减小到10%,可以解释为开始时堆积高度比300-350mm高,在流动冲刷下高度降低,差值也随着减小。大口径流量传感器卸下管线或进入管道检查内部,必须停止流动,涉及面广,通常只能在排除其他故障的可能性后,放到最后进行。
2、未满管 由于背压不足或流量传感器安装位置不良,致使其测量管内液体未能充满,故障现象因不充满程度和流动状况有不同表现。若少量气体在水平管道中呈分层流或波状流,故障现象表现为误差增加,即流量测量值与实际值不符;若流动是气泡流或塞状流,故障现象除测量值与实际值不符外,还会因气相瞬间遮盖电极表面而出现输出晃动。若水平管道分层流中流通面积气相部分增大,即液体未满管程度增大,亦会出现输出晃动。若液体未满管到液体表面在电极以下,则会出现输出超满度现象。
案例2 某造船厂有一台DN80mm电磁流量计测量水流量,运行人员反映关闭阀流量为零时,输出反而达到满度值。现场检查发现传感器下游仅有一段短管,水直接排人大气,截止阀却装在传感器上游(如图3虚线1位置),阀关后传感器测量管内水全部排空。将阀改装到位置2,故障便迎刃而解。这类故障原因在售后服务事例中足经常碰到的,当属工程设计之误。
3、管系潴留气体 管系潴留气体的一种原因是启用前未能排净管内空气,剩留气体积聚在管系高点,流动时被液体夹带,呈气泡状流出;另一原因足液体中夹带小气泡逐渐聚集,潴留在管系高点。故障表现为流量测量值和实际值不符以及输出晃动。
案例3 南京某石化厂以DNl000mm管道引长江水,管道长10km顺地势起伏途经小丘,在小丘顶装DN700mm仪表。管系投入运行,电磁流量计不能正常工作,经现场检查发现电磁流量传感器及其附近有水流声的不正常现象。初步分析认为管系启用后未能将管道内空气排净,而工程设计未在高点装排气阀而无法放气。测量电极信号高达4mV(大部分为干扰电势),因不能停水无法进一步检查和排除故障。数月后制造厂维修人员再次随访,此时不再有水流声,因经过一段时间流动,剩留空气随水流带走,重新调试即能使之正常运行。
案例4 广西某水厂在郊区山头设置清水池,利用水池高度势能发送成品水。运行人员反映计量出水量的DN700mm电磁流量计有时候流量显示不稳。晃动达百分之十几到百分之二十,误差也大,估计相差约20%。现场考查发现水池如图7-9所示安装流量传感器,水位高度不足就会卷入气泡,甚至流量传感器测量管内不能充满。如水位降至A线时,虽高出吸入口顶端,但高出不多,还会在C处产生旋涡,将水位表面空气卷入形成气泡,使显示晃动;若水位降到B,测量管将不满管。我们建议如图虚线所示装一弯头,扩大水池有效容量,减少吸入气泡的机会,弥补原设计的不足。这类实例是经常遇到的。
      
              图9 易卷入气泡安装例

5、往复泵或控制阀振荡产生脉动流 往复泵泵送液流而测量点又未远离泵,脉动流会使电磁流量计输出晃动,有时候还会产生测量误差。为减缓脉动对仪表的影响,通常可采取提高电磁流量计激磁频率或增加电阻尼;在管系方面可增装气室等阻尼装置。管系流量控制失配使控制阀启闭振荡也会形成脉动流。
6、使用过程中流动状态变化 通常仪表调试正常运行一段时期后,也会因流动状态变化而出现故障。虽然这种故障原因出现概率不高,但在分析故障原因时不应忘记这一因素。
案例5 这是一个悬挂在液流中的剥离衬里片摆动,随着液流形成脉动流的罕见实例。江西某铜矿豳厂装有若干台电磁流量计测量含粉状固相的浆液,几年来一直使用正常。到1998年7月用户反映其中一台DN600mm仪表出现输出晃动高达满度值的50%-100%。现场检查仪表本身均正常,并且巡视和询问得悉流动动力源末改动,不会新产生流动波动,也排除了使用环境变坏新引入干扰的可能性。总体印象是仪表正常,安装和环境条件符合要求。当时因不能停流卸下和检查流量传感器隐蔽部分及其邻近管道状况,一时未找出故障原因。直到月余后该厂停车枪修,发现流量传感器附近卜游衬有橡胶衬里的U型管内,大片橡胶衬里脱落,悬挂于管内,随液体流动而摆动,造成流动波动,仪表如实反映,形成输出晃动。新换上U型管后,大幅输出晃动就不再出现了。
案例6 龟在管内洄游,输出信号出现大尖峰,本案例取自一则国外报导,足在美国发生的[5]
大口径电磁流量计监测火电厂冷凝器冷却海水流量,从记录纸上看到仪表偶尔出现大尖峰信号。数度现场检查,因干扰噪声瞬现即逝,检查时捕捉不到,也未发现周围会有产生电气噪声等异常情况。用户曾有人提出也许有鱼在流量传感器内流动的想法,当时认为排放门有细网目网栅档住和流量传感器上游不可能有鱼进入而被否定了。但事后做厂一个实验,将电磁流量计安装于小型水槽,放入金鱼观察,金鱼钻入电磁流量传感器,仪表果然出现尖峰噪声。以后,当初提问者告,在排放通道中确实见到了鱼影,是由鱼苗经网栅钻入排放管道后长大为成鱼。
二、流体类
源自流体方面引起电磁流量计故障主要有:1、液体中含有气体,2、液体中含有固体,3、电导率不均匀液体接触件材料匹配失当,5、流动噪声。
1、液体中含有气体 液体中含有溶解气体不会影响流量测量,游离气体(即气泡)则会影响测量并可能引起故障。液体中游离气体有3方面来源:①管道内空气未排净,②从管系外吸入,③溶解气体转化。前二者上一小节已有所述,后者因管内液体温度压力变化等所致。
在流程工业中管道液体压力/温度常会变动,当液体压力降低或温度升高,溶解气体为转化成游离气泡.例如低于室温液体,静止在管道中滞留一段时期(如停车),所溶解空气有可能转化成气泡;高于室温液体静止在两端密闭的管道中逐渐冷却收缩,形成局部真空,溶解空气或气化蒸气形成气泡。这样形成的气泡在流程重新开车初始阶段往往会出现输出晃动现象,运行一段时间即趋正常。控制阀开度很小时,易气化液体有时会气化,也会形成气泡。
2、液体中含有固相 液体中含有粉状、颗粒、或纤维等固体,可能产生故障有:①浆液噪声,②电极表面染污,③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里,④衬里被磨损或被沉积,改变流通面积。
案例7 导电沉积层短路效应 电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质,流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积,本类故障通常不会出现在调试期,而要运行一段时期后才显示露出来。
某柴油机厂工具车间电解叨削工艺试验装置上,用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常,间断使用两个月后,感到流量显示值越来越小,直到流量信号接近为零。现场检查,发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈,擦拭清洁后仪表就运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。
本实例属运行期故障,虽非多见故障然而若黑色金属管道锈蚀严重,沉积锈层,也会有此短路效应。凡是开始运行正常,随着时间推移,流量显示越来越小,就应分析有类故障的可能性。
案例8 淤泥沉积层上海某水厂从30余公里外的黄浦江上游以矩形管引水,再以两DNl600mm圆管泵送原水进厂,用两台DNl600mm电磁流量计计量水量。1991年启用,使用正常,但到1993年感到计量减少,经检查排除了仪表开放部分的故障原因;检查流量传感器两电极对地电阻值不对称,分析流量传感器出现故障的可能性较大,因不能断流而无法检查隐蔽部分。1997午4月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况, 内壁沉积淤泥最厚处超过10mm,电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖,与周围淤泥层平齐。经铲刷洗后,仪表运行即恢复正常。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致。
本实例向人们揭示,原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥,是否影响测量只是时间长短而已,本例水质条件运行3年已感到流量测量值减少。为此测量江河原水电磁流量计必须要定期清洗。其他流量仪表如超声流量计和文丘利管流量计至少同样有沉积减小流通面积,影响测量精度的问题,DNl600mm管沉积10mm流量值要变化1.2%-2.5%。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策,例如:提高测量位置流速以延长清洗周期;预置进入管内清洗的检查孔等。
  本实例属运行期常见故障
3、电子不均匀 配比流程中常有在液内注入"加药"液,而注入液常用往复泵加入。若注入液与主液电导率不同,而混合液尚未混合均匀,电磁流量传感器若装其下游,因电导率急剧变化会使仪表输出晃动,虽然液体电导率大于阈值而缓慢变化足不会影响电磁流量计正常测量。这一现象在给水处理工程原水加凝聚剂工艺中是经常发生的。
4、与液体接触件材料匹配失当与液体接触件材料产生匹配失当故障的有电极与接地环。匹配失当除耐腐蚀问题外,主要是电极表面效应。表面效应有:①化学反应(表面形成钝化膜等),②电化学和极化现象(产生电势),③触媒作用(电极表面生成气雾等),前文第三节已有所述(见第10页)。接地环也有这些效应,但影响程度要小些。
案例9 上海某化工(冶炼厂用20余台哈氏合金B电极电磁流量计测量浓度较高盐酸溶液,出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常,也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金BI乜极化表测量盐酸时运行良好。在分析故障原因是否叮能由盐酸浓度差别上引起的,因当时尚无盐酸浓度对电极表面效应影响方面的经验,尚不能作出判断。为此仪表制造厂和使用单位-起利用化工厂现场条件,做改变盐酸浓度的实流试验。盐酸浓度逐渐增加,低浓度时仪表输出稳定,当浓度增加到15%-20%时,仪表输出开始晃动起来,浓度到25%时,输出晃动量高达20%。改用钽电极电磁流量计后就运行正常。

三、环境类
源自管环境方面引起电磁流量计故障主要有:1、强磁场,2、强电磁波,3、管道杂散电流,4、地电位变化,5、潮气浸入。
1、强磁场 强磁场影响的实践经验不多,因安装时都注意到要远离强磁场。前文第五章第六节简述了几则有关外界磁场的应用例。
2、强电磁波 电磁流量计应符合电磁兼容性要求,在规定辐射电磁场环境下正常工作,不会在该环境下造成仪表性能下降或工作不正常。我们遇到强无线电波干扰影响的案例。
案例10 福建省某水厂-装用多台电磁流量计其中一台输出大幅度波动。现场检查仪表安装符合要求,流量传感器和转换器相距50m,以置于铁导管内的屏蔽电缆相连接,仪表本身亦正常。但测得共模干扰信号高达1.7V。先采取下文案例12的方法将流量传感器电气绝缘的措施,共模信号降低至0.6V,但输出波动无明显改善。
再次与用户分析现场环境条件,得悉在流量计非常邻近的地方有强无线电发射台。为证实故障原因是否来自该干扰源,临时将转换器移至流量传感器相距3m的地方,复测共模干扰信号小于0.1mV,虽然还感到偏大,但仪表运行巳趋于正常。故障原因足即使多层屏蔽信号线,电磁波还足被引入到仪表。
本实例揭示分离型电磁流量计在现场有较大共模干扰时,作故障原因分析就应考虑强无电波是否会是干扰源的可能性。本实例属调试期罕见故障。
3、管道杂散电流 电磁流量计妥善接地后,可以避免管道绝大部分杂散电流的影响。有时候按规定以粗电线跨接流量传感器并完善接地。却还会受杂散电流影响,尚需采取其他措施。
案例11 山东某铝冶厂用DN80电磁流量碱液矿浆,流量传感器两端装接地环,并用导线跨接和妥善接地。然而仪表还足不能正常工作,直到向外推移2m再置两接地点,才隔离了杂散电流影响。
仪表投入正常运行一段时期后,又出现输出信号晃动现象,排除了流动波动的可能性,仪表本身完好,初步判断为仪表运行异常。观察数天发现中午午餐休息期和晚班运行正常而日班却出现输出晃动。据此线索追踪溯源,找到故障源头足离电磁流量传感器距离较远的同-管系上进行电焊所致。
案例12 ,乜磁流量传感器与连接管道绝缘,消除大杂散电流影响例
浙江省某自来水公司安装两台DN900MT900理电磁流量计,一台运行正常,另一台在1-2小时周期内出现有高达50%FS波动。用户认为两台仪表使用条件相仿,故障足由仪表方面原因引起的。勘察现场周围环境,上下游紧接流量传感器的足两段长0.5m有良好接地的无衬里短钢管,然后连接到有水泥衬里的钢管。接地等电气连接均符合要求,同时,排除了管网流动脉动的可能性。
转换器与传感器相距约10m。有一数百kVA的三相变压器装在附近,分别离转换器和传感器约2m和8m。
分析故障原因有以下两种可能:(1)大功率变压器产生的磁场干扰;(2)管道上杂散电流干扰。要证明是否足变压器磁场干扰影响,因要关闭变压器涉及面广,安排为第二步检查,首先检查是否足管道杂散电流干扰。不加激磁电流用示波器测量两极间电势,其值应为零。然而实例测得峰值Vpp高达1V的波形畸变交流电势。初步判定即使良好接地,仪表还足受到管道杂散电流干扰影响。
采取将电磁流量传感器连同两段短钢管与管网管道电气绝缘,使流量传感器与液体同电位。仪表投入运行,输出显示即呈稳定正常,也排除厂电力变压器磁场干扰对流量测量的影响。同时测得干扰电流有60mAAC,电流方向来自流量传感器上游。
这一措施也适用于有阴极保护电流的管道,作为试排除管道电流干扰影响的方法。
4、地电位变化 地电位变化会影响流量测量,例如因其他设备上原因接地线上产生电压降而使电磁流量汁地电位变化,若形或较大共模干扰时,也会影响测量。
5、潮气浸入 电磁流量计应用于给排水工业常将流量传感器装在低于地平线的仪表井中,常会浸在未及时排放的雨水中,甚至长期浸泡在水中。即使足外壳防护等级为IP67(尘密短时浸水级)或IP68(尘密连续浸水级),也常因接线端子盒盖密封垫圈或电缆引入密封套圈未压紧密封,漏装套圈,或套圈与电缆外径未匹配,经常发生这类事故。
地面安装的流量传感器端子盒盖等密封垫圈未密封好,也会受气温变化的呼吸作用吸入潮气,凝结成水。端子盒电缆引入装置漏装密封套圈或未紧压密封,电缆表面冷凝水等亦极易进入端子盒。这类事例亦屡见不鲜。在施工过程中有意无意割断电缆后重新再接,用胶带包封。这一隐患在运行初期不会形成故障,但包封口久老化,连接处吸入潮气,电缆绝缘降低。
水和潮气侵入端子盒,降低了绝缘强度和绝缘电阻,流量信号回路将无流量信号输出,激磁线圈回路将形成零点偏移或不稳。必要时可在密封连接处采取硅胶等浇灌密封措施。
非气密型结构的激磁线圈保护外壳,因呼吸作用吸入潮气,若液温低于室温极易在测量管外壁结露,低于0℃则会结霜,会使流量信号回路短路而失效。
案例13 开封某水厂用一台DNl200电磁流量计测进厂引黄河水,另-台DN900仪表测进厂地下水,两台DNl000仪表并联连接测出厂成品水。系统投入正常运行两年后,发现出厂水比进厂水多出10%-15%。观察仪表运行无异常表现。用外夹换能器(探头)便携式超声流量计分别对4台电磁流汁作比对试验,证明两台出厂电磁流量计输出信号偏高。分别关闭停流检查零点,发现两台出厂水仪表零点大幅度偏移。根据经验判断,很有可能接经端子盒进水或激磁线圈受潮,绝缘下降所致。当拭去水露,用电吹风吹干燥接线盒端子座,激磁端广对地电阻从5~6MQ恢复到数十Mn,偏移的零点随即回到零位,仪表运行正常。
究其原因足激磁线圈回路对地绝缘下降,使电极上加上一个较大的绝缘电阻和信号内阻对激磁电压的分压,形成较大的共模干扰信号,而转换器前置放大器共模抑止比能力有限,从而使转换器零点有输出。
第九节 电磁流量计专项检测

一、电极接触电阻测量
测量电极勺液体接触电阻值,可以不从管道卸下流量传感器而间接估汁电极和衬里层表面大体状况,有助于分析故障原因。这尤其对于人口径电磁流量计的检查带来极大方便。估计流量传感器测量管内表面状况如电极和衬里层是否有沉积层,沉积层足导电性质的还足绝缘性质的,电极表面污染状况等。
电磁流量传感器的电极接触电阻应在新装仪表调试好后立即测量并纪录在案,以后每维护一次测量一次,分析比较这些数据将有助于今后判断仪表故障原因。
电极与液体接触的电阻值主要取决于电极与液体接触表面面积和被测液体电导率。一般结构电极在测量电导率5×10-6S/cm的蒸馏水时电阻值为350k~Q,电导率150×10-6S/cm的生活和工业用水约为15kO,电导率1×10-2S/cm的盐水约为200n。
用万用表在充满液体时分别测量每个电极端子与地间的电阻,经验表明两极的接触电阻值之差应小于10%-20%,否则就说明有故障。用万用表测量电极接触电阻不足正确测量电阻准确值的方法,只是确定大体的值。准确的测量必须用交流电桥,如"Kohlraush电桥"等。
测出的电极对地电阻与原测量值比较有以下不同趋向:
(1)两电极阻不平衡值增加(即差值增加),
(2)电阻值增加,
(3)电阻值减少。
这三种迹象可分别判断以下几种可能故障原因:
(1)电极部位有一只电极绝缘有较大下降,
(2)电极表面绝缘层覆盖,
(3)电极表面和衬里表面附着导电沉积层。
以上几种故障可能性,亦可作为预测产生故障的前兆。
用万用表测量时注意以下各点:
(1)电阻值应在测棒接触端子的瞬间读取指针偏传最大值,测量值应以最初一次所得为准。如重新测量因极化作用所测各值足不一致的;
(2)测两电极阻值时,接地端测棒极性必须相同,即用电表同-一根测棒,正极棒接电极,负极棒接地。
(3)测量要用同一型号万用表,并用同一量程,常用1.5V电池工作范围的测量档,如:×lkn档。
二、电极的极化电压
测量电极与液体间极化电压将有助于判断零点不稳或输出晃动的故障是否由于电极被污染或覆盖所引起的。
用数字式万用表2V直流档,分别测两电极与地之间的极化电压(电磁流量计可以不停电测,也可停电测)。如果两次测量值接近几乎相等,说明电极未被污染或被覆盖,否则说明电极被污染或被覆盖。极化电压大小决定于电极材料的"电极电位"和液体的性质,测量值可能在几mV至几百mV之间。
因为实际上运行中两电极被污染情况不可能完全相同对称,于是两电极上的电压形成了不对称的共模电压。不对称的共模电压就成为差模信号,造成零点偏移。
三、信号电缆干扰的测定
信号电缆受外界静电感应和电磁感应干扰会使电磁流量计零点变动。为判断零点变动是否由于受信号电缆干扰电势影响,需测定干扰大体范围和对电磁流量计的影响程度。
按图7-10所示及上文"电极接触电阻的测量"所测得两电极的大体电阻值RA、RR,分别按图a、b接入电路所测得零点之差应在满度值1%或其基本误差范围以内。

测定时应注意以下各点:
1、应注意接入RA和RB勿受电源干扰等所感应;
2、测定时转换器零点与原接线器测量时相比可能有少许变动(通常为上升),通常认为变动量不超过去5%左右就可以了;
3、图7-10只绘出重接变动部分的线路,其他仍按原样线路;
4、测定时传感器周围环境尽可能与发生故障时一样,如附近电机能作电源通断试验就更好了。
四、测定有无接地电位
电磁流量汁在正常使用过程中,如传感器附近电(力)机状态变化(如漏电),接地电位会产生变化而引起零点变动。检查是否有这方面影响,可将转换器工作接地C端子与保护接地G端子短路,以零点(或指示值)变动判断有否接地电位。若零点变动超过容许值时,应与制造厂联系,作必要的措施。
但是这也不一定能下结论:"没有零点(或指示)变动就没有接地电位"。
五、管道杂散电流流向判别
有时侯为寻找管道杂散的干扰源在流量传感器上游还足在下游,以缩小搜索范围,设法减小或消除杂散电流干扰影响。
以上文第八节案例12(第24页)为例说明具体做法。如图11所示,与管道电气绝缘的流量传感器上下游跨接导线和接地线的A、B两点,分别接入电流表。在A点测得电流为60mAAC,B点电流为零,说明干扰源头在流量传感器的上游。
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