電磁流量計(jì)在化工生產(chǎn)中應(yīng)用電磁流量計(jì)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
摘.. 要: 電磁流量計(jì)( 以下簡稱emf) 是化工生產(chǎn)中測量導(dǎo)電液體流量的工具。簡述了emf 的工作原理, 討論了emf 的特點(diǎn)及在各產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用, 分析了em f 選用的考慮要點(diǎn)和注意事項(xiàng), 詳細(xì)介紹了儀表的安裝條件、環(huán)境條件、維護(hù)方法及使用技巧。
關(guān)鍵詞: 電磁感應(yīng); 電導(dǎo)率; 流量特性; 體積流量
.. .. 流量是化工生產(chǎn)中重要的測定參數(shù)之一, 就測量導(dǎo)電液體流量而言, 不管目的是監(jiān)控還是計(jì)量, emf 都能做到測量穩(wěn)定、可靠、精度高、易維護(hù)。在儀表選型和使用時(shí), 筆者結(jié)合實(shí)際應(yīng)用總結(jié)一些要點(diǎn)介紹給大家供參考。
1 .. emf的工作原理
emf 的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律, 即導(dǎo)體在磁場中切割磁力運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。如圖1 所示, 在emf 測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿, 上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時(shí), 則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢, 由管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測量并引出感應(yīng)電壓。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯( 橡膠, 特氟隆等) 實(shí)現(xiàn)流體與測量電極的電磁隔離。假設(shè)電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場強(qiáng)度b( t) 為恒定, 產(chǎn)生的感應(yīng)電壓ue( v) 正比于流體平均速度v ( m/ s) , 系數(shù)為k, 測量管內(nèi)徑l( m) 為已知, 則體積流量qv ( m3 / s) 可通過如下公式計(jì)算: ue= kbl v ( 1. 1) qv= ..l2v/ 4= ( ..l/ 4kb) ue ( 1. 2) emf 由流量傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器測量管上下裝有勵(lì)磁線圈, 通勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管, 一對(duì)電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸, 引出感應(yīng)電勢, 送到變送器。勵(lì)磁電流則由變送器提供。
2 .. 智能電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
1) 結(jié)構(gòu)簡單, emf 的測量管道是一段無阻流擾動(dòng)件或節(jié)流件的光滑直管, 不易發(fā)生堵塞、磨損等問題。因此, emf 特別適用于含固體顆粒或纖維的液圖1 .. 測量原理固兩相流體, 如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。
2) 由于沒有節(jié)流件, 儀表幾乎無壓力損失, 僅消耗10~ 20w 的電功率, 這點(diǎn)與節(jié)流的差壓式流量計(jì)相比, 其節(jié)能效果成為emf 發(fā)展的一大優(yōu)勢。
3) emf 所得的體積流量, 實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化的影響。
4) emf 測量范圍很大, 通常為20 .. 1~ 50 .. 1, 每個(gè)量程又可從2% ~ 99%線性測量, emf 的測量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態(tài), 這是其他流量計(jì)不能與之相比擬的。
5) 測量原理是線性的, 測量精確度高, 反應(yīng)速度快, 可測脈動(dòng)流量和快速累積總量, 可測正反雙向流量, 傳感器前后直管段要求低。
6) 耐腐蝕性能好, 使用可靠, 維護(hù)方便, 壽命長。但是, emf 不能測量電導(dǎo)率很低的液體, 如石油制品和有機(jī)溶劑等; 不能測量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體; 受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制, 不能測量較高溫度的液體。
3 .. 智能電磁流量計(jì)的選型考慮要點(diǎn)
在石油化工設(shè)計(jì)中, 要選擇適合的流量儀表要考慮的因素很多, 具體到emf 的特點(diǎn), 重點(diǎn)要求考慮四個(gè)方面的因素, 即儀表性能、流量特性、安裝條件和環(huán)境條件。
3. 1 .. 儀表性能
市場上emf 的功能差別也很大, 簡單的就只是測量單向流量, 只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表; 多功能儀表有測雙向流、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、流量顯示和總量計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和專用芯片( asic) , 以連接hart 協(xié)議系統(tǒng)、proftbus、modbus、ff 現(xiàn)場總線等。emf 的口徑范圍比其他品種流量儀表寬, 如e + h 公司提供w、p、h 三種類型的傳感器, 分別應(yīng)用于水和污水行業(yè)( w 型) , 化工、食品行業(yè)( p 型) , 食品、制藥行業(yè)( h 型) , 口徑范圍從2 毫米到2 米。變送器可提供10、50、23、53 多種選擇, 10 針對(duì)于水行業(yè)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型, 50 為普通型, 53 為增強(qiáng)型, 23 為兩線制。精度可有0. 5% , 0. 2% 兩種選擇?？蓽y正反雙向流量, 也可測脈動(dòng)流量。用于易粘附、沉積、結(jié)垢等介質(zhì), 流速要求應(yīng)不低于2m/ s, 提高到3~ 4m/ s 或以上, 起到自清洗、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨蝕性強(qiáng)的流體, 流速應(yīng)低于2~ 3m/ s, 以降低襯里和電極的磨損。襯里、電極和接地環(huán)材料的選擇也很關(guān)鍵, 可查閱適合不同介質(zhì)的有關(guān).. 材料手冊(cè).., 如..自控常用材料器件手冊(cè)..。
3. 2 .. 流體特性
使用電磁流量計(jì) 的前提是被測液體必須是導(dǎo)電的, 不能低于閾值( 即下限值) 。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測量誤差直至不能使用, 超過閾值即使變化也可以測量, 示值誤差變化不大, 通用型emf 的閾值在10- 4 ~ ( 5 .. 10- 6 ) s/ cm 之間, 視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長度及其分布電容, 制造廠使用說明書中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長度。工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10- 4 s/ cm, 酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10- 4 ~ 10- 1 s/ cm 之間, 使用不存在問題, 低度蒸餾水為10- 5 s/ cm 也不存在問題。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低, 認(rèn)為不能使用, 然而實(shí)際工作中會(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例, 這類雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。對(duì)于水溶液, 資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測得的, 實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比, 電導(dǎo)率將比查得的要高, 也有利于流量測量。
3. 3 .. 安裝條件
按emf 自身的轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類, 有分離型和一體型兩種。如在污水廠中大口徑流量計(jì)傳感器大多安裝在地下, 所以建議選擇ip68 ( 防塵防潛水級(jí)) , 如果安裝在地上, 建議選擇ip67 ( 防塵防濺水級(jí)) 。小口徑以一體式為多。通常emf 對(duì)安裝場所要求有: a. 測量混合相流體時(shí), 選擇不會(huì)引起相分離的場所; 測量雙組分液體時(shí), 避免裝在混合尚未均勻的下游; 測量化學(xué)反應(yīng)管道時(shí), 要裝在反應(yīng)充分完成段的下游; 盡量滿足前后直管段分別不小于5d 和2d; b. 盡可能避免測量管內(nèi)變成負(fù)壓; c. 選擇震動(dòng)小的場所, 特別對(duì)一體型儀表; d. 避免附近有大電機(jī)、大變壓器等, 以免引起電磁場干擾; e. 易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場所; f. 盡可能避開周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體; g. 盡可能避免受陽光直照
3. 4 .. 環(huán)境條件
一般儀表應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)gb3836. 1..爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備通用要求..的規(guī)定, 選擇適應(yīng)使用場所環(huán)境的氣氛、爆炸性混合物的分級(jí)分組、設(shè)備類型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)的儀表。另外, 外界磁場、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是emf 選型的考慮要點(diǎn)。
4 .. 結(jié)束語
emf 使用方便, 維護(hù)量小, 主要是電極的清洗和更換, 也有無電極型的emf 幾乎無需維護(hù)。當(dāng)然對(duì)emf 定期進(jìn)行在線標(biāo)定和檢查也是非常必要的。只要對(duì)emf 性能、特點(diǎn)有了全面深入的了解, 有了應(yīng)付各種工況的策略, emf 一定會(huì)成為化工測量中的得力助手。
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