為了減少污染,節水減排,必須對生活用水、工業用水、循環水以及排放的污水進行嚴格的計量和控制。流量的測量在水資源實行總量控制、定額管理和石油化工生產及過程控制中占有重要地位。水處理廠是煤化工廠區循環水主要供水廠,該廠供水裝置的運行正常與否對全廠的生產及環保至關重要。污水處理能力和處理質量是該供水裝置的重要指標,若處理能力低則不能滿足全廠的用水要求,若處理質量低則不能滿足排放要求。考察礦井水的出水能力和經濟效益主要考慮3個流量指標,即礦井水流入量、澄清水流出量和污泥流出量。考慮到性價比等因素,在<250 mm以上的管道上選用插入式電磁流量計,并進行帶壓安裝,經近5個月運行試驗,流量計應用效果良好。
1 技術分析
1.1 工作原理
插入式電磁流量計工作原理是基于法拉第電磁感應定律,測量流量時,液體流過垂直于流動方向的磁場,感應出一個與平均流速(體積流量)成正比的電壓。其感應電壓信號通過2個與液體直接接觸的電極檢出,并通過專用電纜傳送至智能變送器,智能變送器根據電勢的大小和電磁流量數學模型進行運算,轉換成流量信號(包括瞬時量和累計量)進行現場顯示,再將流量標準的4~20MA、1~5 V DC信號輸出到流量二次儀表或DCS。
1.2 組成
插入式電磁流量計主要由傳感器、智能變送器和專用電纜組成。
(1)傳感器由電極和勵磁線圈組成,其作用是根據導電介質(流體)流過勵磁線圈的速度不同在電極上產生相應的感應電勢(5~60 mV)。
(2)智能變送器的作用是將傳感器的感應電勢信號放大,再根據電勢流量數學模型和公式進行計算,得出流量結果和標準流量信號。各種流量參數的調整和標定參數的設置在智能變送器上進行。
(3)專用通訊電纜的作用是傳感器向智能變送器傳送毫伏電勢信號,智能變送器向勵磁線圈提供振蕩電壓。由于電勢信號是5~60 mV的弱信號,勵磁信號是高頻低幅值的振蕩信號,所以電纜要充分考慮屏蔽性和抗干擾性。電纜的長度和截面積成正比,和介質的電導成正比,導電特性越強傳送距離越遠,一般傳送距離為20~500 m。
1.3 安裝要求
1.3.1 保證足夠直管段
流體在方向、管徑以及閥門開度變化時,會產生渦流和流場畸變,這樣會對傳感器電極的測量產生影響,從而影響儀表的精度。所以要盡可能地離開彎管、手閥、調節閥等部件一定距離,直管段的具體要求見表1。表中,D表示管道通徑,L表示傳感器到閥門或彎頭等部件的距離。
1.3.2 保證流體與傳感器磁場的垂直度
在管道開孔安裝取壓短管時,焊接取壓短管應注意垂直方向,要求焊接后短管軸線與管道軸線夾角為90b,且法蘭短管連接的延長線垂直過管道橫截面的圓心,這樣能保證流體與磁場垂直,見圖1
1.3.3 盡量避免干擾源
為了保障測量精度,傳感器應避免在容易產生真空、氣體、渦流等地方安裝,傳感器與智能變送器之間的通訊電纜要避開電動機等強電設備。建議安裝在圖2~圖5所示位置。
1.3.4 保證良好的接地
傳感器輸出信號的接地點應與被測介質電氣連接。當流體切割磁力線產生流量信號時,以流體本身作為0電位,一個電極上產生正電勢,另一個電極上產生負電勢,不斷交替變化。因此,轉換器輸入端中點(信號電纜屏蔽層)必須與流體共處于0電位且導通,這樣才能構成對稱的輸入回路。轉換器的輸入端中點通過傳感器輸出信號的接地點與被測流體電氣連通。由于傳感器的輸出信號很小,只有幾毫伏,為了提高儀表抗干擾能力,輸入回路中的0電位必須接地。由于一般金屬管道都與大地連通,流動介質通過金屬管道與大地電氣連接,所以并不要求電磁流量計單獨設置接地裝置,尤其是小口徑電磁流量傳感器。如果是非金屬管道,就一定要和單獨的接地線連接。
1.3.5 保證傳感器正確的插入深度
由于流體在管道中的層流現象,靠近管壁的流體流速較慢,靠近管道中心的流體流速較快,根據計算管道的D/8處最接近流體的平均速度。安裝時要計算管道的壁厚和法蘭管嘴的長度,確保傳感器的電極插深在D/8位置。不過也不是所有的插入式流量計傳感器都安裝在管道的D/8位置,也有少數安裝在管道的D/2位置,安裝前一定要認真研究安裝說明。
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