電磁流量計(jì)在化工行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用案例分析

電磁流量計(jì)的適用范圍很廣，隨著近來年研發(fā)技術(shù)得到突破性發(fā)展，低頻矩形波、雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)和微處理器技術(shù)的應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)，帶來了電磁流量計(jì)的測量單元和數(shù)據(jù)處理單元的性能，無論是電磁流量計(jì)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(jì)的生命力更加旺盛，目前在國內(nèi)的絕大部分重工業(yè)和輕工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都可以見到它的身影，電磁流量計(jì)是依據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成。用來測量電導(dǎo)率大于5μs/cm的導(dǎo)電液體的體積流量，特別適合各種高腐蝕性介質(zhì)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(jì)和無電極流量計(jì)（用于低電導(dǎo)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(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展。
　　電磁流量計(jì)
　　一、選型時(shí)考慮的幾個(gè)要素
　　1.1 精度等級(jí)和功能
　　電磁流量計(jì)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(chǎn)過程對(duì)精度要求一般不太高，選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上不合算，選用一般精度的電磁流量計(jì)即可。
　　電磁流量計(jì)功能簡單的只有單向測量，只輸出模擬信號(hào)；功能多的有雙向流量測量、量程切換、上下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小信號(hào)切除、流量總量計(jì)算、自動(dòng)校對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通訊和運(yùn)動(dòng)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(hù)。
　　1.2 量程、口徑和流速
　　電磁流量計(jì)的量程范圍寬，量程比達(dá)100:1。
　　生產(chǎn)氧化鋁中的漿液，一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5~3m/s。電磁流量計(jì)傳感器的口徑一般與管徑相同。滿度量程時(shí)流速可在1~12m/s范圍內(nèi)選用，量程范圍比較寬，通常建議不超過5m/s。易粘附、沉積結(jié)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(qiáng)的流體，常用流速2~3m/s，以減少對(duì)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(jì)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(yīng)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(zhì)時(shí)不易粘附。但它不耐磨，不能用于礦漿的測量，不能用于負(fù)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(fù)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(shí)易碎。
　　1.4 電極材料的選擇
　　首先考慮電極對(duì)測量的耐腐蝕性，其次為是否會(huì)產(chǎn)生電極表面效應(yīng)（表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)和極化現(xiàn)象）。若選配不當(dāng)，將產(chǎn)生鈍化、氧化等化學(xué)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(jī)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(xué)介質(zhì)的腐蝕 鉑銥合金 對(duì)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(qiáng)腐蝕，一般選含鉬耐酸鋼材料，耐腐蝕，價(jià)格低廉。鉑銥合金耐腐蝕性強(qiáng)，價(jià)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(jì)在測量漿液等流體時(shí)，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(dòng)刮出沉垢），可更換式電極（電極在運(yùn)行條件下被拆卸下來，進(jìn)行有效的清洗或換新）。
　　1.6 勵(lì)磁方式的影響
　　勵(lì)磁技術(shù)是電磁流量計(jì)測量性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，常用的有交流勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁。
　　交流勵(lì)磁的主要問題是工頻干擾，易引起零點(diǎn)變動(dòng)，測量精度低。
　　低頻矩形波勵(lì)磁，采用頻率為50/2~50/36Hz，抗工頻干擾，零點(diǎn)穩(wěn)定性和測量精度提高。但勵(lì)磁頻率降低，會(huì)使儀表抗低頻干擾能力減弱，響應(yīng)速度變慢。在測量泥漿等含固體顆粒和纖維流體及低電導(dǎo)率流體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電噪聲，使輸出信號(hào)擺動(dòng)不定。
　　雙頻矩形波勵(lì)磁，是由低頻和高頻矩形波疊加構(gòu)成。不僅具有低頻矩形波勵(lì)磁的零點(diǎn)穩(wěn)定性，又具有高頻矩形波勵(lì)磁對(duì)泥漿干擾和流體噪聲較強(qiáng)的抑制能力。
　　二、電磁流量計(jì)安裝時(shí)的一些注意事項(xiàng)
　　（1）水平或垂直安裝都可
　　在測量漿料時(shí)最好垂直安裝，流體自下而上流動(dòng)。這不僅保證測量管內(nèi)充滿被測介質(zhì)，而且避免了水平安裝時(shí)電磁流量計(jì)下半部局部磨損和低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。
　　（2）安裝環(huán)境不能有太大震動(dòng)
　　管道系統(tǒng)有較強(qiáng)的震動(dòng)時(shí)，可在傳感器兩側(cè)的管道上加支撐。
　　（3）直管段要求
　　可確保電磁流量計(jì)的精確度。一般的電磁流量計(jì)要求上游側(cè)5D，下游側(cè)3D。精度高的儀表如光華愛爾美特IFM4080型，要求上游側(cè)10D，下游側(cè)2D。直管段不夠要求時(shí)，管內(nèi)流速為非軸對(duì)稱分布，測量將會(huì)引起誤差。
　　（4）周圍盡量避免大電機(jī)、大變壓器，以免受到周圍空間電磁波、大電機(jī)磁場的影響。
　　（5）接地
　　電磁流量計(jì)要求單獨(dú)接地。接地電阻小于10Ω以下。管道內(nèi)若涂有絕緣層或非金屬管道，傳感器兩側(cè)應(yīng)裝接地環(huán)。電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響。傳感器測量流量信號(hào)為mV級(jí)，以傳感器內(nèi)流體電位為基準(zhǔn)的，管道雜散電流對(duì)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(nèi)負(fù)壓，特別是PTFE聚四氟乙烯襯里。
　　（7）轉(zhuǎn)換器的安裝和連接電纜
　　分體型電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器和傳感器的距離受制于被測介質(zhì)電導(dǎo)率和信號(hào)電纜型號(hào)。被測流體電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)，決定了傳感器與轉(zhuǎn)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(hào)。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(zhì)電導(dǎo)率低于100μs/cm時(shí)，需采用兩芯雙屏蔽的驅(qū)動(dòng)屏蔽電纜。電導(dǎo)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(jì)應(yīng)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(jì)目前采用廈門精川生產(chǎn)的一體型電磁流量計(jì)。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(biāo)準(zhǔn)型電極，在測量赤泥且水平安裝時(shí)，采用刮刀式電極，勵(lì)磁方式為低頻矩形波勵(lì)磁。下面介紹幾個(gè)典型故障及處理方法。
　　3.1 測粗液時(shí)電磁流量顯示常為零
　　拜爾法粗液是經(jīng)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(jì)無流量信號(hào)輸出的原因一般有：電源故障；液體流動(dòng)方向與傳感器標(biāo)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(nèi)壁有附著；轉(zhuǎn)換器元器件損壞等。
　　粗液電磁流量計(jì)的安裝環(huán)境有6臺(tái)大的變頻電機(jī)且震動(dòng)強(qiáng)烈，流量計(jì)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(jì)，注意傳感器與轉(zhuǎn)換器間電纜型號(hào)和最大長度，時(shí)常保證接地線良好接地。
　　3.2 測赤泥漿液時(shí)電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定
　　赤泥是拜爾法生產(chǎn)氧化鋁在處理低硅鋁礦石時(shí)的產(chǎn)物，赤泥粒度較細(xì)，多數(shù)是小于20μm的細(xì)粒子。
　　電磁流量計(jì)零點(diǎn)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(dǎo)率變化，使零點(diǎn)變動(dòng)，流動(dòng)時(shí)輸出晃動(dòng)；液體中含固相雜質(zhì)，管道內(nèi)壁有沉積、電極污染；信號(hào)絕緣下降。
　　赤泥電磁流量計(jì)水平安裝，赤泥易粘附。選刮刀式電極，定期對(duì)電極進(jìn)行清理；將IFM4080K型電磁流量的放大器PCB板上的S1和S3兩點(diǎn)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(hào)固定為零。
　　3.3 測硅渣流量時(shí)零點(diǎn)不穩(wěn)定和輸出晃動(dòng)
　　3.3.1 硅渣流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定的處理方法：管道有震動(dòng)，查接地是否良好；放大器板的改變同赤泥流量計(jì)。
　　3.3.2 電磁流量計(jì)輸出晃動(dòng)的原因一般有：流體本身波動(dòng)；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(dǎo)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(lì)磁的電磁流量計(jì)在測量含大顆粒或顆粒含量過多的漿液時(shí)會(huì)造成輸出晃動(dòng)。
　　（1）硅渣流量計(jì)管線太長（從種分到沉降距離約2km），管內(nèi)可能存在脈動(dòng)情況。建議管道中加裝氣室等阻尼裝置、提高勵(lì)磁頻率或增加儀表阻尼時(shí)間。儀表參數(shù)設(shè)置a參數(shù)Fct3.02磁場頻率調(diào)整。磁場頻率一般有50Hz的1/2、1/6、1/8、1/36，從出廠時(shí)的1/6提高到1/2。b參數(shù)Fct1.02時(shí)間常數(shù)調(diào)整由出廠時(shí)3s改為20s。C參數(shù)Fct3.06應(yīng)用參數(shù)調(diào)整由原來穩(wěn)定STEADY改為脈動(dòng)FULSATING。
　　（2）硅渣是燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁在處理高硅鋁礦石時(shí)的產(chǎn)物，顆粒度較赤泥大一些。在采用低頻勵(lì)磁的儀表時(shí)會(huì)引起輸出晃動(dòng)。建議增高頻率或選用雙頻勵(lì)磁的儀表。
　　四、結(jié)束語
　　綜上所述，技術(shù)人員只有熟悉了工藝流程和現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，掌握了電磁流量計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，才能使電磁流量計(jì)得到合理使用和維護(hù)，發(fā)揮電磁流量計(jì)抗腐蝕、耐臟污、精度高、應(yīng)用廣等優(yōu)勢(shì)。