電磁流量計(jì)作為當(dāng)前流程工業(yè)廣泛使用的流量計(jì), 在運(yùn)行中的故障判別方法受到了國內(nèi)外使用者的關(guān)注。德國化工測(cè)量與調(diào)節(jié)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)NAMUR 曾在電磁流量計(jì)使用者和制造者中間作過電磁流量計(jì)在應(yīng)用過程中主要故障及其成因的統(tǒng)計(jì), 就調(diào)查結(jié)果匯總了8 種典型故障, 并按故障發(fā)生而影響電磁流量計(jì)使用的重要程度撰寫VDI- NAMUR- WIB 2650 導(dǎo)則, 其中的第3 部分2..2 節(jié)為電磁流量計(jì)的故障在線診斷要求( 如表1 所列) , 包含了實(shí)際應(yīng)用中的大多數(shù)故障類型。作者根據(jù)多年實(shí)踐, 對(duì)電磁流量計(jì)的這些常見故障的成因、檢測(cè)判別方法以及對(duì)故障的處理方式作簡(jiǎn)要闡述, 僅供廣大讀者參考。

表1 .. 電磁流量計(jì)的故障在線診斷要求優(yōu)先程度典型的故障1 液體中含有氣泡2 電極腐蝕2 電導(dǎo)率過低3 襯里變形3 電極結(jié)垢4 外部磁場(chǎng)或電場(chǎng)4 電極短路( 金屬顆粒)。

1 液體中含有氣泡的現(xiàn)象

 液體中含有氣泡的現(xiàn)象導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)或測(cè)量值波動(dòng)( 輸出波動(dòng))。

成因: 液體中泡狀氣體的形成有從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徑。若液體中含有較大氣泡, 則因擦過電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極, 使流量信號(hào)輸入回路瞬間開路, 導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)晃動(dòng)。

判別方法: 較簡(jiǎn)單的判別方法是當(dāng)遇到晃動(dòng)時(shí), 切斷磁場(chǎng)的勵(lì)磁回路電流, 如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時(shí), 說明大多是由于泡影響造成。如果此時(shí)以指針式萬用表測(cè)量電極電阻, 可測(cè)量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高, 但該測(cè)試需要靠專業(yè)人員長(zhǎng)期積累的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

解決方法: 對(duì)于被測(cè)介質(zhì)中含有空氣的情況, 如果判斷是由安裝位置引起的, 如因電磁流量計(jì)裝在管系高點(diǎn)而潴留氣體或外界吸入空氣造成流量計(jì)晃動(dòng)的話, 更換安裝位置是較*的解決方法, 如圖1 所示, 在管線較低點(diǎn)或采用U 型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換, 建議在流量計(jì)上游安裝集氣包和排氣閥, 如圖2 所示。一臺(tái)DN2200 口徑的電磁流量計(jì), 因氣泡造成顯示的晃動(dòng)約可達(dá)20~ 50%, 在安裝了排氣裝置后, 測(cè)量即恢復(fù)正常。安裝有排氣裝置的智能電磁流量計(jì)。

2、非滿管

非滿管現(xiàn)象可以看作液體中含有氣泡的一種情況。

成因: 液體未充滿管道可分為液面高度高于測(cè)量電極水平面或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時(shí), 若管系的前后直管段比較理想時(shí), 電磁流量計(jì)的測(cè)量大多能夠穩(wěn)定, 但流量計(jì)所計(jì)量的液體體積包含了管內(nèi)的氣體體積, 故這種測(cè)量存在著很大的測(cè)量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時(shí), 此時(shí)電極在空氣中, 測(cè)量回路實(shí)際處于開路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài), 不停地晃動(dòng)或是滿度。非滿管的情況多出現(xiàn)在靠流體自流或流量計(jì)后無任何背壓的直接排放口, 例如在污水行業(yè)經(jīng)常遇到。

判別方法: 可采用前述氣泡判別的方法, 此時(shí)以指針式萬用表測(cè)量電極電阻, 可發(fā)現(xiàn)電極的回路電阻明顯變高, 若以水對(duì)比, 國產(chǎn)MF30 萬用表以1K 的量程測(cè)量, 所測(cè)得的阻值不會(huì)大于100k , 大于此值, 可判定電極回路異常, 在排除電纜開路的前提下, 判定空管是可信的。如果條件允許的話, 還可觀察流量計(jì)后端液體排放口( 如圖3 所示) , 當(dāng)排放出的液體明顯不充滿即可判斷電磁流量計(jì)安裝為非滿管。

腐蝕后的電極解決方法: 在流量計(jì)安裝時(shí)盡量避免出現(xiàn)非滿管的情況。如前面提及的在管線較低端安裝或有意將流量計(jì)安裝在U 型管道。另外, 現(xiàn)在市場(chǎng)上已有能夠在非滿管情況下測(cè)量的智能電磁流量計(jì)。

3 　電極腐蝕

現(xiàn)象: 在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測(cè)量值晃動(dòng)的情況, 且都以傳感器失效而告終。

成因: 由于電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測(cè)液體所腐蝕, 從而導(dǎo)致流量計(jì)輸出晃動(dòng)。圖5 IFC300 噪聲采樣圖

判別方法: 由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會(huì)表現(xiàn)出來, 之前通常無法判別。電極一旦被腐蝕后, 所造成的結(jié)果如圖4 示( 右邊圖6.. IFC300 噪聲放大計(jì)算方法為完好的電極, 左邊是腐蝕后的電極) 。對(duì)此的解決方法, 只有更換新的電極。傳統(tǒng)的電極腐蝕故障診斷處理都屬于事后維護(hù)處理的方法。當(dāng)前市場(chǎng)上較新的電磁流量計(jì)從因電極腐蝕形成的電極噪聲入手, 對(duì)電極腐蝕形成的噪聲進(jìn)行分析處理, 從而給出量化的腐蝕判斷依據(jù)。如OPTIFLUX 的IFC300 電磁流量計(jì)可經(jīng)過噪聲量化處理軟件對(duì)流量測(cè)量信號(hào)中夾雜的噪聲信號(hào)進(jìn)行分離處理, 當(dāng)噪聲信號(hào)超過預(yù)設(shè)值時(shí)即報(bào)警( 如圖5 和圖6 所示) 。

4 電極結(jié)垢及電極短路

現(xiàn)象: 電極短路的判別比較簡(jiǎn)單, 若被測(cè)介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí), 電極短路較易診斷, 此時(shí)測(cè)量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見。因電磁流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于原水和污水等計(jì)量環(huán)境, 電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時(shí), 表現(xiàn)為信號(hào)逐漸減小, 直至絕緣而使得信號(hào)回路開路, 此時(shí)流量信號(hào)被隔絕。

成因: 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的粘度較高時(shí), 易在管壁附著和沉淀, 若附著的介質(zhì)是比被測(cè)液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì), 則信號(hào)電勢(shì)被分流而不能工作, 即電極短路, 若是非導(dǎo)電層, 就是我們?nèi)粘Ｋf的電極結(jié)垢, 則使電極開路而不能工作。

判別方法: 令附著層的附加示值誤差為..E, 則..E = 2 1 ..w ..f 1- ..w ..f 1- 2t d - 1 式中: t 為附著層厚度; d 為測(cè)量管內(nèi)徑; ..w 、..f 分別為附著層、液體電導(dǎo)率。若附著于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層, 或以金屬為主要成份的染料, 其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率, 測(cè)得的流量值將比實(shí)際流量值低; 若為碳酸鈣等水垢層, 其電導(dǎo)率低于液體, 測(cè)得的流量值將低于實(shí)際流量。若附著層電導(dǎo)率與液體相同, 按式計(jì)算附加誤差為零, 但此只局限于附著層厚度小的條件, 譬如2t/ d 要小于10%, 因?yàn)橄嗤髁坑懈街鴮訒r(shí)流通截面積減小, 但平均流速增加, 相互間可抵消, 也只能說附加誤差可忽略。解決方法: 建議選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除沉垢。也有暫時(shí)斷開測(cè)量電路, 在電極間通以短時(shí)間的低壓大電流, 焚燒清除油脂類附著層。易產(chǎn)生附著層的場(chǎng)合采用提高流速以達(dá)到自清掃管壁的目的是一個(gè)比較有效的方法, 當(dāng)然采用易清洗的管道連接是一個(gè)比較*的方法。

5 電導(dǎo)率過低

現(xiàn)象: 電導(dǎo)率低于閾值( 下限值) 會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能穩(wěn)定工作, 使用時(shí)出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象, 電導(dǎo)率超過閾值即使再變化時(shí), 此時(shí)測(cè)量的示值誤差幾乎恒定。通常儀表制造廠規(guī)范中規(guī)定的下限值是指在較理想的條件下可測(cè)量的較低值, 而實(shí)際使用條件不可能都很理想。例如當(dāng)電磁流量計(jì)規(guī)范中規(guī)定的下限值為5..S/ cm, 實(shí)際使用時(shí)即出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。圖7.. 接液電阻測(cè)量圖8.熱擴(kuò)散現(xiàn)象

判別方法: 液體電導(dǎo)率可查閱附錄或有關(guān)手冊(cè), 若缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)時(shí), 則可用電導(dǎo)率儀取樣測(cè)定。但有時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)并不配備電導(dǎo)率儀, 因此, 較簡(jiǎn)單的方法可以用萬用表測(cè)出液體的接液電阻, 再用同樣的方法測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)普通自來水的接液電阻, 比較兩者的測(cè)試結(jié)果, 若介質(zhì)的接液電阻比自來水大一個(gè)數(shù)量級(jí), 此時(shí)介質(zhì)的電導(dǎo)率約為30~ 50..S/ cm( 自來水一般為30~ 50..S/ cm) 。由于接液電阻和電導(dǎo)率是反比關(guān)系, 所以直接以所測(cè)得的接液電阻的大小進(jìn)行判別也可以。下式即是一接液電阻的經(jīng)驗(yàn)公式R = 1..d 式中: 為液體電導(dǎo)率, d 為電極直徑。如當(dāng)液體電導(dǎo)率為5 -10- 6..S/ cm, 電極直徑1cm 時(shí), 接液電阻R 計(jì)算得200k..。所以任何接液電阻值大于該值的液體都可認(rèn)為液體電導(dǎo)率過低不適合使用常規(guī)的電磁流量計(jì)。

解決方法: 電導(dǎo)率過低超出了儀表所容許的測(cè)量范圍, 此時(shí)的解決方法是選用其它能滿足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計(jì)( 如電容式電磁流量計(jì)) 或者是其它原理的流量計(jì)。

6 襯里變形

現(xiàn)象: 測(cè)量不準(zhǔn)確或傳感器損壞。

成因: 襯里變形, 大多發(fā)生在氟塑料的襯里, 造成這種現(xiàn)象的原因有兩種:

一是蒸氣滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散現(xiàn)象( 如圖8 所示) , 所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)( 氣體或蒸氣) 流過氟塑料襯里時(shí)所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象, 通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸氣的類型、襯里的厚度( 當(dāng)襯里的厚度增加時(shí)滲透程度則相應(yīng)減小) 、襯里內(nèi)外的溫差( 當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時(shí)滲透則加劇) 和管道壓力等多個(gè)因素。

二是氟塑料襯里特別是聚四氟( PTFE) 襯里本身的工藝結(jié)構(gòu), 因?yàn)榫鬯姆c管壁間僅靠壓貼, 無粘結(jié)力, 故不能用于負(fù)壓管道。如圖9 所示為在高溫應(yīng)用場(chǎng)合管道瞬時(shí)形成負(fù)壓后的襯里變形。隔熱絕緣措施判別方法: 襯里變形在現(xiàn)場(chǎng)一般無法判別, 現(xiàn)用的判斷方法是, 在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)覺流量誤差較大時(shí), 即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀察, 但此時(shí)襯里的故障往往已經(jīng)形成。解決方法: 隔熱絕緣的方法如圖 所示, 法蘭和線圈盒間增加隔熱措施, 減小溫差、減小熱擴(kuò)散, 這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況, 從而降低滲透率和蒸汽在測(cè)量管壁內(nèi)的凝聚; 加厚聚四氟( PTFE) 襯里厚度; 提供其它形式的襯里, 如PFA 和陶瓷襯里。

7 外部強(qiáng)電磁場(chǎng)

現(xiàn)象:　電磁流量計(jì)信號(hào)失真, 輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線性或信號(hào)晃動(dòng)。

成因: 由于流量信號(hào)小易受外界影響, 而源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場(chǎng)等。電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)制造應(yīng)符合電磁兼容性要求, 在規(guī)定輻射電磁場(chǎng)環(huán)境下能正常工作。但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明, 強(qiáng)磁場(chǎng)( 如在電解廠和較大的電融爐附近) 會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)回路飽和及外部磁場(chǎng)進(jìn)入電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)回路并形成雜散磁場(chǎng)而影響輸出的線性度。電場(chǎng)則是由于噪聲破壞測(cè)量管內(nèi)的電勢(shì)平衡造成輸出信號(hào)波動(dòng)異常。

判別方法: 當(dāng)輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線性時(shí), 可通過的模擬信號(hào)儀來判斷, 如電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的輸出為線性, 可判別為外界的磁場(chǎng)影響, 反之也有可能是電磁流量計(jì)本身的電器故障。對(duì)電場(chǎng), 可在先不加激磁電流時(shí)用示波器測(cè)量?jī)蓸O間的電勢(shì), 其值應(yīng)為零, 如測(cè)得有交流電勢(shì), 則可判別為漏電流等電場(chǎng)。

解決方法: 防止磁場(chǎng), 通常只有將電磁流量傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)源。強(qiáng)電場(chǎng)的防止, 可采取增強(qiáng)屏蔽等措施。如仍無效, 則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣, 如圖11 所示。圖11 中, V1 和V2 為接地線( 由制造廠提供) ; PE 為功能接地線, 用戶自備; D1、D2、D3 為密封墊片; E 為接地環(huán); Y 為接線盒或信號(hào)轉(zhuǎn)換器; L 為連接導(dǎo)線, 其截面積..4mm2; I 為所有連接部分外部絕緣; F、PF 為法蘭。這一措施也適用于有陰極保護(hù)電流或雜散電流的管道, 作為試排除管道電流影響的方法，傳感器與連接管道的絕緣連接圖

8 電纜的故障

現(xiàn)象: 反映電磁流量計(jì)在運(yùn)行一段時(shí)間后( 一般不是新裝用表) , 出現(xiàn)工作異常, 具體表現(xiàn)為測(cè)量值變大或變小, 或者是不停地波動(dòng), 且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查已排除管道不滿管、介質(zhì)含氣等上述現(xiàn)象的可能性。

成因: 這類問題的產(chǎn)生與用戶的安裝、維護(hù)不當(dāng)有關(guān)。由于管道絕大多數(shù)是埋敷在地下, 傳感器具有IP68 防護(hù)結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內(nèi), 兩者通過電纜連接。由于地面沉陷等現(xiàn)場(chǎng)情況的變化, 傳感器和轉(zhuǎn)換器的相對(duì)安裝位置有了變動(dòng), 或者是因故而移動(dòng)了儀表的安裝位置而引起電纜的短缺, 施工單位或是用戶簡(jiǎn)單地用電纜予以續(xù)接加長(zhǎng)(如圖12 所示) , 并未*做好電纜接頭處的防潮( 防水) 等處理, 且接頭處常用絞接的方法連接。使用日久, 如果恰逢該接頭處于一個(gè)潮濕的環(huán)境, 如儀表井、電纜溝等, 潮氣侵入電纜接頭, 可能造成以下一些故障:

①信號(hào)線對(duì)地絕緣下降,引起信號(hào)衰減,終是測(cè)量結(jié)果偏小。

②信號(hào)電纜連接處接觸電阻變大,使測(cè)量值變小,若該接觸電阻不穩(wěn)定,則測(cè)量值無法穩(wěn)定,且易引入干擾。

③勵(lì)磁線圈對(duì)地絕緣下降,造成測(cè)量結(jié)果偏小。

④勵(lì)磁回路電纜連接處接觸電阻變大,使轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁回路處于非恒流工作區(qū)域,勵(lì)磁電流下降,同樣造成測(cè)量結(jié)果偏小。若該接觸電阻不穩(wěn)定,則測(cè)量值出現(xiàn)波動(dòng)。

 ⑤信號(hào)線、勵(lì)磁線對(duì)地絕緣性能下降,使得測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)。如這種干擾不穩(wěn)定,對(duì)儀表的影響也變化不定,繼而出現(xiàn)波動(dòng)。

⑥信號(hào)電纜、勵(lì)磁電纜兩個(gè)連接頭相靠較近,就會(huì)產(chǎn)生耦合作用。通常能使實(shí)際運(yùn)行結(jié)果增大幾成,此時(shí)儀表的零點(diǎn)變化就是由干擾引起的。  

判別方法:對(duì)于這類異常情況,在排除流量計(jì)其它幾類故障的可能性后,就應(yīng)檢查電纜是否有問題,尤其是電纜曾有中間接續(xù)處。

上述第①、②項(xiàng)故障,因發(fā)生 在信號(hào)回路,判斷有一定難度,需要儀表生產(chǎn)廠家的配合支持。

③、④兩項(xiàng)勵(lì)磁回路電纜的故障,儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場(chǎng)的勵(lì)磁回路電阻測(cè)量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較即可得知問題所在,繼而采取措施。

對(duì)于⑤、⑥兩項(xiàng)故障,同樣可由儀表維護(hù)人員在斷開一根勵(lì)磁線的情況下,觀察儀表的顯示或輸出信號(hào),此時(shí)儀表應(yīng)處于零流量的狀態(tài),若測(cè)量值偏大,則可確定是信號(hào)線、勵(lì)磁線的絕緣不良或有耦合,若電纜有接續(xù)施工的,則可有的放矢地作相應(yīng)的檢查。 解決方法:因電纜有中間接頭而產(chǎn)生的故障,*的解決方法只有更換整根電纜,但這通常需要由儀表生產(chǎn)廠家配合支持。