電磁流量計(jì)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
摘要:流量是化工生產(chǎn)中重要的測(cè)定參數(shù)之一,就測(cè)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(cè)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、LD電磁流量計(jì)的工作原理
LD電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體在磁場(chǎng)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(shì)。如圖1所示,在MGG/KL-GB電磁流量計(jì)測(cè)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(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí),則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),由管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量并引出感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯(橡膠,特氟隆等)實(shí)現(xiàn)流體與測(cè)量電極的電磁隔離。假設(shè)電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)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(cè)量管內(nèi)徑L(m)為已知,則體積流量Qv(m3/s)可通過(guò)如下公式計(jì)算:
LD電磁流量計(jì)由流量傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器測(cè)量管上下裝有勵(lì)磁線圈,通勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管,一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸,引出感應(yīng)電勢(shì),送到變送器。勵(lì)磁電流則由變送器提供。
2、LD電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,MGG/KL-GB電磁流量計(jì)的測(cè)量管道是一段無(wú)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(wèn)題。因此,MGG/KL-GB電磁流量計(jì)特別適用于含固體顆;蚶w維的液固兩相流體,如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。
圖1測(cè)量原理
2)由于沒(méi)有節(jié)流件,儀表幾乎無(wú)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MGG/KL-GB電磁流量計(jì)發(fā)展的一大優(yōu)勢(shì)。
3)LD電磁流量計(jì)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)LD電磁流量計(jì)測(cè)量范圍很大,通常為20∶1~50∶1,每個(gè)量程又可從2%~100%線性測(cè)量,EMF的測(cè)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(cè)量原理是線性的,測(cè)量精確度高,反應(yīng)速度快,可測(cè)脈動(dòng)流量和快速累積總量,可測(cè)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(zhǎng)。
但是,LD電磁流量計(jì)不能測(cè)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(cè)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(cè)量較高溫度的液體。
3、LD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?jī)x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(chǎng)上LD電磁流量計(jì)的功能差別也很大,簡(jiǎn)單的就只是測(cè)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(cè)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(chǎng)總線等。
LD電磁流量計(jì)的口徑范圍比其他品種流量?jī)x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(kāi)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。可測(cè)正反雙向流量,也可測(cè)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,最好提高到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EMF的前提是被測(cè)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(cè)量誤差直至不能使用,超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)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(zhǎng)度及其分布電容,制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度。
工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問(wèn)題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問(wèn)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(cè)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(cè)量。
3.3 安裝條件
按LD電磁流量計(jì)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(chǎng)所要求有:
a.測(cè)量混合相流體時(shí),選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所;測(cè)量雙組分液體時(shí),避免裝在混合尚未均勻的下游;測(cè)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(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓;
c.選擇震動(dòng)小的場(chǎng)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(chǎng)干擾;
e.易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所;
f.盡可能避開(kāi)周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體;
g.盡可能避免受陽(yáng)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(chǎng)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(chǎng)、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點(diǎn)。
4、LD電磁流量計(jì)結(jié)束語(yǔ)
LD電磁流量計(jì)使用方便,維護(hù)量小,主要是電極的清洗和更換,也有無(wú)電極型的EMF幾乎無(wú)需維護(hù)。當(dāng)然對(duì)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(cè)量中的得力助手。
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