公司制氧機組冷卻供水系統距離控制室較遠,均為無人值守。由于原檢測裝置的缺陷,數據顯示不能正確地反映蓄水池的供水量,因而不能監視蓄水池水滿溢和缺水的情況,全靠工人巡回檢查。常常出現低水位和水滿溢的情況,不能及時補水或斷水,對生產不利,同時也造成了水資源的浪費。我們在供水計量檢測過程中,采用電磁流量計對原孔板、差壓測量系統裝置進行了改造,克服了原孔板流量計的缺陷,解決了孔板測量范圍度小的難題,以及差壓傳感器正、負引壓管內容易聚集氣泡所造成的計量誤差問題。同時將流量信號接到PKS系統上,為計量管理部門和操作工提供了準確的計量統計數據和正確的操作依據,解決了原裝置測量數據長期計量不準的難題,也避免了水資源的浪費。
1．基本原理
電磁流量計的基本原理是以法拉第電磁感應定律為基礎,即導體在磁場中作切割磁力線運動時,在其兩端產生感應電動勢。該原理用于測量管道內流動的導電性流體。導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管道內流動,并且流體流動的方向與磁場方向相垂直(見圖1),產生與流量成比例的感應電勢,流體中產生的感應電動勢被位于管子徑向兩端的一對電極拾取,該信號電壓UE與磁場強度B、電極間距離D和平均流速υ成正比。磁場強度B和電極距離D是常數,所以信號電壓與平均流速成正比。計算公式如下:
根據體積流量的計算公式表明,信號電壓UE與平均流速υ成線形正比。只要測得液體的流速,就可測得液體的流量,即:
qv=(D2²•π/4)•υ
在信號轉換器中該感應信號電壓被變換成可編程的模擬和數字輸出信號送出。
2.特點及應用
(1)由于測量導管內部無可動元件和阻流體,幾乎沒有壓力損失,所以反應十分靈敏。
(2)測量導涂層或襯里可解決腐蝕性介質流量的測量,檢測過程中不受被測量介質的溫度、壓力、密度、粘度以及流動狀態等變化的影響,沒有測量滯后現象。
(3)測量范圍寬,zui高可達100:1,一般為10:1,流速一般可達1~6m³/s。測量管徑范圍可從2mm到2400mm。
(4)測量感應電動勢與流量成線性關系,流體的體積流量與介質的物性(如溫度、壓力、密度、粘度等)流動狀態無關。
電磁流量計也有其局限性不足之處,就是使用溫度和壓力不能太高,溫度一般不超過120℃,壓力一般不要超過1.6MPa。應用范圍有限,不能用來測量氣體等非導電流體的流量。由于電磁流量計用于導電液體的流量測量有其優越性,且線性好,穩定、可靠,電信號適宜于遠距離傳輸,且安裝維護方便,前景廣闊。
3.設計選型及安裝
3.1設計選型
原計量檢測為節流式孔板、差壓檢測裝置,我們對其計量數據檢測不準的情況進行了分析,主要有兩個方面的因素造成,一是孔板的測量范圍度不夠?？装逶O計常用流量為15~20m³/h,實際使用中zui小流量為7m³/h,zui大流量50m³/h,在小流量和大流量時都會出現較大誤差;二是流體有氣泡。供水系統的供水管道為DN100mm,zui大流量可以達到240m³/h,出水口為敞放式排水,常常處于非滿管狀態,以及由于供水設備或管道安裝等方面的因素,存在不正常節流的現象,常常有氣泡聚集在傳感器的正、負壓室內,造成測量數據嚴重偏差。
根據機組供水系統的情況和測量裝置的可適用性、可靠性以及現場環境等情況,我們選擇了一體型電磁流量計對原測量裝置進行換型改造。電磁流量計的測量范圍寬,響應快,不受溫度、壓力變化的影響,安裝方便,可滿足供水系統檢測計量的需要。
根據工藝方面提出的參數,供水量的常用流量在12~15m³/h之間,zui小水流量7m³/h,zui大水流量可達50m³/h,水壓力在0.2~0.3MPa之間(閥前壓力),水溫度為常溫。在設計時,電磁流量計的管道口徑選擇了DN50mm 管道,zui大流量為60m³/h這樣既節約了成本,又滿足了日常供水計量的需要。
3.2安裝
電磁流量計的正確安裝對其正常運行極為重要,電磁流量計的安裝環境和安裝位置亦關系到計量的準確,可靠。按照電磁流量計的安裝要求,安裝方向或水平或垂直、傾斜均可,不受限制。本裝置采用了水平安裝,并保證了流量計上游管道直管段大于5D(實際達12D),下游管道直管段大于3D(實際達10D)要求。
傳感器安裝處應具有一定背壓,否則傳感器出口直接排空易造成測量管內液體非滿管,為不良的安裝位置,應予以避免,因此在出水管道的安裝上考慮了一段向上傾斜的安裝位置見圖2,使電磁流量計的安裝位置始終位于出口管道下方,保證液體在任何時候都能夠充滿測量管道,避免了測量誤差,滿足了必要的安裝要求。管道采用了法蘭連接,便于安裝、檢修維護方便。
電磁流量計安裝在一根DN50mm的管道上,原供水管為Φ108mm,將其作為旁通用途。正常情況時,打開V1、V3閥,關閉V2閥,補充水通過電磁流量計計量后向蓄水池供水。當電磁流量計故障或者檢修時,關閉V3閥,打開V1、V2閥向蓄水池供水,以保證生產不受影響,還可以方便電磁流量計的零點校驗。安裝示意圖見圖3。
由于電磁流量計安裝在露天現場,考慮到現場的環境以及安全,電磁流量計的供電采用了DC•24V電源,由泵站儀表柜內的穩壓電源供給。電氣連接見原理框圖4。電磁流量計將拾取的流量信號,通過轉換和運算處理,轉換成標準的電流信號,送到泵站儀表柜的二次儀表(數顯控制儀WPS-80型)上顯示,同時將其數據傳輸到機組控制室的DCS-PKS 統上,通過監視畫面可監測供水量的瞬時流量和累計流量,操作工即可根據其顯示數據調節供水量。
4.干擾與接地
電磁流量計是基于導電性流體在磁場中運動所產生的感應電動勢來推算流體流量的測量儀表,其基本工作原理是電磁感應定律。因此電磁耦合、靜電感應是電磁流量計干擾噪聲的首要來源,在管線上存在雜散電壓干擾。為了保證液體與地同電位,避免液體與地有電位差以及因空間電磁干擾而造成的測量誤差,所以,對接地做了嚴格的要求。本裝置與管道為固定法蘭連接,固定法蘭和管道以及流量傳感器均用2.5mm²的銅芯線作了良好的接地見圖5。經檢測,該裝置的接地電阻為8.2Ω(安裝要求小于100Ω),除了將傳感器接地外,還用銅線跨接在管道的兩法蘭上,保證了接地牢固、可靠,減少了電磁耦合、靜電感應引起的干擾?？臻g電磁干擾一般經過電纜引入,我們采用了單層屏蔽信號電纜予以保護,同時,由于該電磁流量計為一體型(其傳感器和轉換器組裝在一起),縮短了信號線與激磁線的長度并且隱蔽在儀表內部,也減少了信號衰減和空間電磁波的噪聲侵入,保證了測量數據的準確、可靠。實際使用運行中,定期用萬用表檢查兩電極與地端的絕緣電阻。
5.校驗檢查
(1)系統零位檢查
當系統安裝完成后,按照廠家要求做了系統零點校驗。電磁流量計系統零點的校驗可用手動和自動兩種方式進行。檢查時,流量傳感器的流體應處于絕對靜止,同時保證流量傳感器測量管內充滿液體,然后對system zero (系統零位)參數進行手動或自動零位調整,用“ENTER”鍵選擇參數,用ARROWA 鍵選擇方式(手動或自動),這里選擇自動(automatic),按ENTER 動程序。在調整中,顯示器上從255至實際“0”值的倒計數,過程約20s完成,在實際操作中該過程進行兩次。
(2)量程檢查
根據該電磁流量計的生產廠家說明書說明,量程的校驗在流量計出廠前有專門的稱重實驗裝置進行了校準,我們在使用中只對其量程值進行了確認,以及對相關參數的設定作了檢查。
6.電磁流量計的可靠性及維護
提高電磁流量計的可靠性,就是盡可能的減少和消除故障。而實際上故障是多樣的,有的是儀表線路、電氣以及環境因素引起的;有的是系統中元件,元件/組件組合因素造成的;有的是安裝不規范造成的。還有流體介質的導電性能、或水中帶有大量空氣等,均會影響測量計量的準確可靠。有些故障通過調整可以解決,有些故障則需要在使用中通過有效的維護管理來解決。
與其它儀控設備一樣,為保證電磁流量計的可靠性,除了在規定的條件下運行外,需要維護人員加強專業知識的掌握,還需要加強初期的維護。大部分儀表設備的故障均在運行初期較高,要勤觀察,勤巡點檢,發現問題,隨時處理和報告。還應作好其運行數據的管理,作為一種新型儀表的應用,應加強對其進行跟蹤,作好歷史記錄,便于對其掌握及推廣應用。
7.結束語
流量計量是企業能源消耗的計算工具,是企業生產過程中重要參數之一。流量計量儀表得到了越來越多的應用,隨著科學技術的飛速發展,人們對高精度、高可靠性、高智能化儀表日益青睞。選用的電磁流量計體現了安裝方便,測量數據直觀可靠,易于操作等特點,給計量部門提供了準確真實的數據,為節約能源提供了依據,起到了良好的效果,有較好的推廣前景。