1.工作原理
電磁流量計適用于具有一定電導率的流體體積流量的測量,根據法拉第電磁感應定律,導電液體在垂直于磁場的非磁性管道內作切割磁力線的運動時,在與流動垂直的方向上會產生感應電壓,其大小為:V=KBvD,式中V感應電壓,B磁感應強度,D為管道內徑,K為儀表系數,平均流速。
當磁感應強度為常數時,感應電壓的大小正比于平均流速。電磁流量計通過檢測這個感生電壓換算出管道內液體的流量。但是當液體的流速很低時,產生的感生電壓很小,難以同噪聲進行區分,致使測量誤差增大,因此限制了電磁流量計的檢測下限。超低流速電磁流量計綜合使用了一系列先進技術,實現了zui低介質流速在0.05m/s條件下的準確計量,并保證了儀表的靈敏度、穩定性和可靠性。
為了實現超低流量的測量,采用下列技術來提高儀表的檢測靈敏度和測量精度,并能夠適應流體的需求:
(1)采用可編程低頻矩形波勵磁方式,提高了流量測量的穩定性。具有功耗小、電極污染影響小的特點,特別適應于高粘度聚合物調剖劑的計量,同時為了適應多種調剖劑的特點,還提供了多種勵磁模式以適應漿液及脈動流等特殊條件的測量。
(2)采用12位高精度A/D轉換電路,全數字信號處理技術,抗干擾能力強,噪聲處理方便。使用數字處理技術實現可編程控制,可以方便地對勵磁電路進行控制,根據流體的特點自動選擇信噪比zui高的勵磁模式,數字濾波技術的應用可以有效地消除信號中噪聲對測量結果的影響,使測量靈敏度可達1mm/s,流量測量范圍度可達1500:1,同時數字處理技術可以方便地進行流量計參數的調節,數字通訊接口可以直接連接到各種外部設備上。
(3)應用經過優化設計的高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲放大電路,提高了檢測的靈敏度,采用自行設計的開關電源,紋波電壓降低到3mVp-p,大大降低了測量中的噪聲。
(4)采用16位微處理器,運算能力強,速度快,使用先進的算法進行信號中噪聲的軟件處理,可以有效提高檢測的準確性,并提供了多種輔助功能如自診斷、漢字菜單等。
(5)采用氟塑料注塑襯里及鈦電極,可適應流體腐蝕性能的要求。
2.電磁流量計在聚合物調剖劑計量中的應用
某采油廠對兩口注入井進行聚合物調剖,采用了在線檢測調剖劑流量的方案。該調剖劑由主劑和兩種調剖劑A、B組成,其配制系統由兩臺注入泵分別注入調剖劑的組分之一,采用新型電磁流量計進行計量。流量計安裝在注入泵的出口管道上,流量在現場進行顯示并傳送到流量控制器中,根據調剖方案,流量控制器根據主劑的流量按照調剖劑的配比計算出各組分的流量,通過變頻器控制注入泵的排量,從而實現調剖劑的精確配比。
新型電磁流量計在此項應用中的有關技術參數如下:
測量范圍:0.05~5m/s
流量計口徑:10mm
上游直管段:5D
下游直管段:3D
測量誤差:±0.5%
測量介質:陰、陽離子聚合物溶液
傳感器襯里材料:F-46(四氟乙烯和六氟乙烯共聚物,簡稱FEP)
介質溫度:<70℃
介質壓力:15MPa
信號接口:4~20mA電流信號
為了提高配制系統的配比精度及控制的穩定性,采用了串級與比值組合的控制系統,主劑的流量通過比值器運算后得到的信號作為兩種調剖劑流量控制的給定值,在各回路形成閉環控制,采用這種方案可以有效地保證動態比值,消除動態滯后的影響。
3.運行情況與效果
系統投入運行后,對流量控制系統的運行數據進行了跟蹤記錄,通過對數據的分析可知,新型超低流速電磁流量計的運行準確可靠,響應速度快,儀表的示值能夠準確反映流量的變化,同時儀表具有全漢字菜單,具有自診斷功能,便于檢測和調整流量計的工作參數,能夠滿足調剖過程中流量計量要求,但是在流量特別低的測試條件下測量誤差會變大。該電磁流量計不僅保證了調剖劑配方的準確配比,同時使調剖劑的配制由原來人工稱量進行混合改進到自動配制,不僅提高了工作效率,同時實現了連續配制,降低了調剖劑的浪費,取得了很好的經濟效益。