醋酸生产中电磁流量计操作与故障处理,流量计性能特点

摘 要： 醋酸生产工艺具有高温、强腐蚀性的特点，腐蚀介质种类多，腐蚀环境复杂，为满足计量需要，大多数的醋酸装置采用电磁流量计代替传统的流量计，对电磁流量计在测量过程中出现的故障，进行分析并提出一些日常维护方法。
关键字： 电磁流量计；计量；故障

醋酸装置中很多都采用孔板、涡街、涡轮、椭圆齿轮等流量测量仪表。这些流量计有很多不足之处：容易磨损、被介质腐蚀后泄漏、寿命短、维护工作量大，很难满足生产要求[1]。随着装置的技改采用新型的电磁流量计代替设计的的流量计。这一改动不但满足了醋酸生产工艺要求又很大程度的降低了投资、减小了维护强度。在实际生产中取得了非常理想的效果。

1 电磁流量计的种类

电磁流量计可有多种分类，按励磁方式分类、按传感器和转换器的组成分类、按连接方式分类按传感器与管道的连接方式分类，也可按用途分类，本文主要介绍按励磁方式的分类。

1）直流励磁型。这种电磁流量计数量很少，只用于测量液态金属流量，如常温下的汞和高温下的液态钠、钾等。

2）交流工频励磁型。较早期的电磁流量计用50Hz工频市电励磁，由于易受电磁干扰和零点漂移等原因，现已逐渐被低频矩形励磁所代替。但在测量泥浆、矿浆等液固两相流时，低频矩形波励磁方式由于不能克服固体擦过电极表面产生的尖峰噪声，而工频交流励磁的仪表则不存在这一缺点，所以国内外尚有一些电磁流量计仍采用交流励磁方式。

3）低频矩形波励磁型。用于低频矩形波励磁方式功耗小，零点稳定，是目前电磁流量计的主要励磁方式。其波形有“正-负”二值和“正-零-负-零”三值两种。有的电磁流量计励磁频率可以由用户设定，一般小口径仪表用较高频率，大口径仪表用较低频率。

4）双频励磁型。励磁电流的波形是在低频矩形波上叠加高频矩形波，主要为克服二值矩形波励磁存在的浆液噪声和流动噪声，提高仪表的稳定性和响应特性。

2 电磁流量计的特点

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种流量测量仪表，用于测量管道中导电液体体积流量。由于电磁流量计的部件没有转动部分，也没有阻碍流体流动的部件，因此几乎没有压力损失；被测液体只与电磁流量计的管道衬里和电极相接触，因此只要电极和衬里材料选择合理，因此具有很好的耐腐蚀、耐磨损性能[2]；安装方便水平、垂直、倾斜均可安装；测量精度高，可以达到0.5%；量程比大，一般为1：20。

3 电磁流量计的故障分析

电磁流量计在运行中会由于各种故障的发生会造成测量不准的现象，一般在运行中电磁流量计产生的故障大概可分为两类。一类为流量计本身故障，元器件损坏引发的故障；一类为外界条件的改变引起的故障，例如安装的不合理造成流动畸变，沉积和结垢等。

3.1 介质中含有气泡出现测量故障

介质从外界吸入气体或者介质中溶解气体转变成游离状气泡是液体中产生泡状气体的两种途径。如果介质中存在较大的气泡，当气泡通过电极时整个电极就被遮盖，使流量信号输人回路瞬时开路，从而输出信号就会出现波动。判断造成这种波动原因的可以这样做，将磁场的回路电流切断，切断后如果流量计还有显示并且还处于波动状态，证明介质中存在气泡会造成电磁流量计波动。用指针式万用表测量电磁流量计电极电阻，会发现电磁流量计电极的回路电阻要高于正常时的电阻值。

若是由于电磁流量计安装位置所的造成空气进入被测介质，如果由于在管系高点安装电磁流量计而贮留气体，或由于外界吸入空气引起的流量计波动，则需要更换电磁流量计安装位置改装在管线*低点安装，或者采用U型管安装。但是有些情况由于电磁流量计口径较大或者安装的位置不易改变，可以采取在流量计上游安装集气包和排气阀来解决这种情况[3]。

3.2 介质非满管

在日常生产中偶尔会有非满管现象。这种现象可以看做是液体中含有气泡的典型情况。当电极水平面低于介质液面时，流量计前后采用直管段比较理想，测量数据比较稳定。但是管内上半部的气体体积也被算成介质流量，因此这种情况下得测量误差较大；当电极水平面高于介质液面时，电磁流量计的测量回路处于开路状态，所测量的数据严重失真。处理这种介质非满管所产生的故障可有如下办法：尽量在自下而上流动的垂直管道上安装电磁流量计；实际生产中需要电磁流量计水平安装，这种情况下应该安装在管道的*低端，并将且电磁流量计的电极轴线于地平线平行，（不然沉积物会覆盖处于低位的电极）；为了避免测量管内产生负压，应该将流量计的传感器安装在泵的下游、控制阀的上游；流量计传感器的安装口应有一定的背压，并且应远离直接排放口[4]。

但是，*重要的还是电磁流量计在安装时*好禁止出现介质非满管的情况。

3.3 电磁流量计电极被腐蚀

由于在醋酸生产的过程中会接触到一些强腐蚀性的介质，所以当电磁流量计的电极材料选择不当时，介质会腐蚀流量计的电极，*终导致传感器失效。因此会出现流量计输出波动。只有当电极被腐蚀后出现流量计故障我们才能发现电极材料不耐腐蚀，这种材料本身性能问题使用之前是无法辨别的。因此只有更换新的电极来解决此种故障。所以电极腐蚀故障判断处理都属于事后维护处理的方法。

3.4 待测液体性质导致测量故障

如果被测介质电导率降低，电极的输出阻抗会增大，这时转换器输入的阻抗就会引起负载效应，流量计就会产生测量误差。如果电磁流量计出现这个故障则只有选用满足要求的低电导率电磁流量计，或者选用孔板流量计等其它试验方法的流量计。

3.5 流量计的电极结垢或电极短路造成的测量故障

当被测液体中含有金属时，流量计的电极容易发生短路现象，这时流量计的测量值明显偏小或趋于零。在日常生产运行中这种现象不是经常发生的。当测量高粘度介质时，由于介质易附着和沉淀在管壁，若被测液体电导率低于附着的介质电导率时，电极的信号电势就会被沉淀分流从而不能正常工作，出现电极短路现象；如果沉淀的介质是非导电层，会造成电极开路流量计也不能正常工作。若氧化铁锈层附着于衬里管壁，或者主要成分是金属的沉淀物，其电导率大于液体电导率，实际流量值会高于流量计测得的流量值；若沉淀物是碳酸钙等水垢层，则被测液体的电导率高于沉淀物的电导率，结果测得的流量值会小于实际的流量。

为了防止流体中的沉淀物影响流量计的工作，流量计的电极选用不易附着突出的尖形或半球形，并且可以更换式或者刮刀式清垢电极等。选用刮刀式电极可定期手动刮除传感器外的尘垢。或者也可以将测量电路暂时断开，通以短时间的低压大电流在电极间，焚烧清除油脂类沉淀物。也可采用提高液体流速的办法来清扫管壁的附着层。

3.6 待测介质的非对称流动

在正常生产的情况下，管道内流体的流速是轴对称分布，磁场均匀。 而实际管道中流体的非轴对称流速分布经常出现，此时，流体流向可分成沿管道轴线的直线流，待测液体的体积流量就是它对管道横截面的积分；另一种则是旋涡流。由于旋涡流的出现对传感器的输出产生影响，流量计就会产生误差[5]。为了消除旋涡流对流量计传感器的影响；流量计的上游应该有足够长的直管段，才能使流体的流速按同心圆分布；流量计附近的管道内径应与流量计内径相同，这样才会使流速分布均匀；不然可用安装流量调节器来部分补偿上游直管段的不足。

3.7 流量计衬里变形导致测量波动

流量计的衬里一般都采用氟塑料，这样流量计的衬里非常容易发生变形，出现计量故障的现象。衬里发生变形的主要原因有两种：一氟塑料衬里渗透进蒸汽发生热扩散现象，通常衬里材料、厚度、内外的温差以及流体和蒸汽的类型、管道压力等诸多因素决定了渗透的程度；二是取决于氟塑料衬里材料的本身的工艺结构，一般采用聚四氟乙烯作为氟塑料衬里材料，聚四氟乙烯材料无粘结力仅靠压贴与管壁结合，所以负压管道不采用此种材质[6]。

为了防止衬里变形，我们一般采取以下措施：增加法兰和线圈盒之间的隔热厚度，降低流体温差减小热扩散，使衬里内外温差*大程度上得到改善，这样就可以降低渗透率减缓测量管壁内蒸汽的凝聚；此外，将聚四氟乙烯衬里厚度加厚或者更换另外形式的衬里。

3.8 外部电磁的干扰

在生产现场存在着管道杂散电流、静电、电磁波和磁场等干扰源。电磁流量计的流量信号很小，非常容易被外界电磁干扰，而影响了电磁流量计的正常工作。所谓的电场干扰是指，流量计测量管内的电势平衡被噪声破坏后出现输出信号波动异常。

为了减少外部磁场对流量计的干扰，我们要在远离强磁场源的位置安装电磁流量计传感器。另外采取增强屏蔽措施来防止强电场的干扰等。也可以将电磁流量传感器与管道的连接处做绝缘处理。

3.9 其他原因引起的故障

1）雷电打击。电磁流量计在受到雷击后容易在线路中感应出高电压和电流，损坏流量剂。

2）环境条件变化。一旦流量计的工作环境条件变化，运行期间出现新的干扰源，仪表的正常工作就会被干扰，流量计的输出信号就会出现波动。

4 结束语

随着现代科学技术的不断发展进步，电磁流量计的设计，新材料的应用，其生产工艺越来越成熟，对仪表的防护等级也日渐提高，电磁流量计使用性能更加稳定。根据实际生产情况的调查发现，电磁流量计的自身很少出现故障。因此，只要我们对电磁流量计发生的各种类型的故障及其产生原因进行深刻分析，并且严格按标准进行安装和使用，就可以轻松的对电磁流量计进行日常维护了。

参考文献：
[1]乐嘉谦，仪表维修工，化学工业出版社，2005.
[2]粱国伟、蔡武昌，流量测量技术及仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]蔡武昌，电磁流量计[M].北京：中国石化出版社，2004．
[4]石海林等，电磁流量计常见故障检测判别及其解决办法[J].自动化仪表，2005.
[5]蔡武昌，电磁流量计使用中常见和罕见故障例[J].自动化仪表，2001.
[6]舒欢等，电磁流量计电极与励磁线圈不对称误差分析[J].计量技术，2005.

涡街流量计的流量测量新型测量方法

说明了采用新型的检测方式应用于涡街流量计的流量测量的充分可行性,并通过实验数据阐明由此带来的流量计检测性能地提高。

0.引言

利用节流差压试验方法制成的流量计有很多种，差压流量计试验方法可靠、结构简单、无运动部件、可靠性较高。但是,差压流量计采用的是差压的数值，用于差压型流量计设计计算的流量方程比较复杂，仪表测量精度受被测流体物性影响较大。差压流量计输出的差压模拟信号与流量不是线性关系，这种模拟信号不适于远传,且容易出现零漂和温漂。这些都导致差压型流量计的现场使用系统精度不高。同时，差压型流量计的量程一般较窄。这些缺点使得差压型流量计在某些测量精度要求较高的场合不能适用。

涡街流量计是一种新型的数字信号流量计。涡街流量计测量精度高，介质通用性好，输出线性频率信号且无温漂和零漂，系统构成简单，无运动部件，维护量很小，可靠性高，工作寿命长。这些优点是其它类型流量计不能同时兼有的。

横向脉动差压涡街流量计是在这两种流量计的基础上发展出来的。在这里，差压传感器不用于测量差压的数值，而是用来测量差压的脉动频率。通常，涡街流量计的旋涡分离频率可采用多种不同的方法进行检测。曾经采用和正被采用的方法有：采用应变片或压电晶体检测旋涡交替分离引起的横向交变升力；采用旋涡调制超声信号的方法；采用旋涡交替分离引起的交变差压推动金属片振动，切割磁力线产生交变电动势的方法；其中，压电晶体检测法是目前采用***多，***普遍的方法。

压电晶体检测法采用高居里点的压电晶体或压电陶瓷感受旋涡分离引起的交变横向升力。压电晶体不需与被测介质接触，流量计的使用介质温度、压力可以较高；仪表具有较高的可靠性和使用寿命。但是，压电晶体是一种力敏元件，容易受管道振动或声波激励而产生噪声干扰信号，流量计的抗振动能力较低。采用压电晶体检测法的涡街流量计不适用于有强烈机械振动的场合。

横向脉动差压涡街流量计采用具有良好动态差压测量特性的差压传感器，检测横向差压的脉动频率。差压传感器输出的交变差压信号经滤波、整形成为与流量成比例的频率信号输出。与压电晶体检测法的涡街流量计相比，差压检测式涡街流量计具有更好的抗机械振动的能力。而且，差压传感器系统置于流量计的流管之外，维修和更换差压传感器时不需要切断管流。

目前，市场上还没有可供现场使用的差压检测式涡街流量计产品。文献上介绍的差压检测式涡街流量计采用两侧管壁取差压的方法，即在旋涡发生体后两侧流管壁上分别设置感压孔和导压管，用差压传感器测量这两点的差压，通过差压传感器输出的差压脉动信号得到旋涡分离频率，进而获得体积流量值。这种两侧壁取压方式的取压点位置有多种方案，但都处于旋涡发生体后面的旋涡尾流部分。

旋涡发生体的下游是流动噪声较强的区域，因此，***终所采集的差压信号中叠加有较强，较复杂的流动澡声信号。这会加重信号处理电路的负担。此外，这种取压方式需要较长的引压管线，导致交变差压检测系统的频率特性变差，也不利于涡街流量计差压传感器及附件的结构布置。为了开发一种流动噪声信号较低同时结构又紧凑的差压检测式涡街流量计，对旋涡发生体直接取差压的差压检测式涡街流量计进行了实验研究，并开发成功了旋涡发生体上直接取差压的横向脉冲差压涡街流量计。

1.横向脉动差压涡街流量计试验方法

1.1 “横向差压”的概念

节流差压型流量计通常是在节流件的上下游分别设置取压孔，通过测量两者的差压值，计算得出流量，也就是说两个取压孔和流体流动方向是沿流动方向上下游的纵向排列,测量的是”纵向差压”。而差压检测式涡街流量计的两个取压孔则设置在与流动方向垂直的同一平面上，它要检测的是流体的横向差压的脉动频率。

1.2横向脉动差压的产生机理

当管道内的流体流经非流线型断面的柱体时，雷诺数达到一定数值后，在柱体后部两侧会产生交替分离的旋涡，导致流体产生振荡射流流动，即柱体两侧的流体流速交替增大或变小。柱体两侧由于流体的振荡流动而产生脉动的横向差压。两侧差压的正负方向与旋涡分离频率同步交替变化。

从流体流动机理上分析，旋涡从柱体的两侧交替形成和脱离的过程中,柱体后部的一股不断改变方向的横向流起了重要的作用,正是这股横向流周期性地改变方向,维持了沿柱体绕流的规则振荡现象。

1.3差压脉动频率与流量的关系

研究表明，柱体绕流的规则振荡的频率取决于管内平均流速大小和柱体的几何参数（断面形状和尺寸）。

当柱体断面的几何形状一定时，旋涡分离频率与柱侧流速v和柱体迎流面宽度d有确定的比例关系：

f=St ×v / d

上式中，斯特劳哈尔数St是仅由柱体断面几何形状确定的系数。实验表明，在一定的Re数范围内，St是一个常数。而d是定值，因此，脉动差压的频率，即流体振荡的频率f与管内平均流速v成正比。瞬时流量与流体振荡频率成确定的线性关系。测得横向差压脉动频率即测得管内流量。

2.横向差压型涡街流量计的主要结构

1）旋涡发生体；2）差压传感器；3）信号处理电路；

4）表体；5）三阀组。

2.1管壁取压（DN50以下）

2.2柱体取压（DN80-DN300）

2.3柱侧取压

3.横向差压式涡街流量计主要特点

3.1原始信号为脉冲数字信号

1）脉冲数字信号，压力元件无“零点漂移”或“温度漂移”。（它是测量变化量，而不是测量幅度)。

2）传输距离远，信号幅度的衰减并不影响流量测量精度。

3）仪表的准确度为示值准确度。

3.2压力传感器数字信号与流体为线性关系

数字脉冲信号与流量的线性关系可获得较高的测量精度。

3.3差压传感器原始信号信噪比高

传感器原始信号信噪比好，可大幅度降低流量计的测量下限。

3.4可用于测量组分变化的介质

在测量体积流量时，流量计的仪表系数与介质密度几乎无关。

因此在测量变组分的气体、液体时，与差压流量计相比，准确度较高。

3.5结构简单安装方便

流量计在管道上直接安装，无需要另装引压管，差压变送器等。

3.6抗振能力强

受管道振动及声波影响小，抗振能力优于传统的应力检测式涡街流量计。

3.7测量下限低，量程比宽。

DN80样机在中国航空工业计量站的20000升钟罩检定系统上进行了精度测试，得到图9。

在不同量程下，精度指标分别为：

流量区间30-802 m3/h，线性误差±1.1％，重复性误差0.36％（范围度1:26）。

流量区间50-802 m3/h，线性误差±0.51％重复性误差0.12％（范围度1:16）。

流量区间70-694 m3/h，线性误差±0.3％，重复性误差0.12％（范围度1:10）。

从图10～图16可以看出：各测量流量点的信号质量较好。

3.8可以不断流在线更换检测元件

传感器元件可实现在线更换，更换传感器元件后，仪表系数不发生变化。

3.9旋涡发声体侧面中心取压不易堵塞

DN80以上口径取压空设置在旋涡发声体侧面的中心，此位置流速***大，在测量赃物介质时，有自清洗能力，与常规差压流量计的管壁取压相比，比较不易堵塞。

4.主要缺点和不足

1）和应力式涡街流量计相比，结构较复杂。

2）测量高温介质时，需加装冷凝管。

3）管壁取压型，不适合测量脏污介质。

5.结论

应力式涡街流量计检测技术现在比较成熟，但是管道振动对测量的影响一直困扰生产厂家和用户。虽然有多种提高抗振动能力的设计和现场措施，还是不能彻底解决仪表抗振问题，应用范围受到限制。

横向差压涡街流量计的推入市场，进一步了拓宽涡街流量计的应用范围，特别是在大管径、低流速、变组分流体测量以及有强振动的场合与应力式涡街流量计和差压流量计相比，具有明显的优势。

涡街流量计应用指南

　　涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。涡街流量计是一种属于对管道流速分布突变、回旋流和液流脉动等干扰较敏感的流量计。所以应充分重视现场管道的安装、使用条件，严格遵照使用说明书的技术要求安装使用。涡街流量计可以安装在室内或室外。如果安装在管道地井内部，需要考虑防止被水淹没，应选用防水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时，为了防止气泡和液滴的干扰，具体的安装位置需注意。

　　涡街流量计应用指南：

　　一、工艺管道上、下游配管内径D与传感器内径D′相同，其差异满足下述条件：0.95D≤D′≤1.1D。

　　二、配管应与传感器同心，同轴度小于0.05D′。

　　三、管道密封垫不能凸人管道内，其内径可比传感器内径大1-2mm。

　　四、如需断流检查或清洗传感器，应增加设置旁通管道。

　　五、现场安装时减小现场电机振动对涡街流量计的影响值。应尽量避开振动源，采用弹性软管在小口径中连接，并加装管道支撑物。