摘要(yào)：電磁流量計
具有無壓損(sǔn)、口徑(jìng)大、量(liàng)程(chéng)比寬、耐腐蝕、适用于高(gāo)黏度(dù)介質、性價(jià)比高等特(tè)點。探(tàn)讨了電磁流量(liàng)計的(de)測(cè)量(liàng)原理、特點(diǎn)、适用場合(hé)等工程要素，詳(xiáng)細介紹了電磁流量計的性能(néng)特點。介紹了電(diàn)磁流量計的幾個典型應用案(àn)例，提(tí)供了疑難(nán)流量測量(liàng)的參(cān)考方案。
在石化、化工、電力、冶金(jīn)、市政、制藥等行(háng)業，流(liú)量測(cè)量的(de)技術(shù)難度(dù)和複雜程度(dù)都相當(dāng)高，研(yán)究流(liú)量測(cè)量對于提高産(chǎn)品質(zhì)量(liàng)、降低企(qǐ)業的經營(yíng)成本(běn)、解決節能環保起到(dào)重要作用(yòng)。電磁流量(liàng)計具(jù)有無(wú)阻(zǔ)力，無壓(yā)損的優點，可以充分減小管道(dào)内的(de)阻力，符合(hé)節能降耗的要(yào)求，因而電磁流量計在業界得(dé)到廣泛(fàn)的重視(shì)。介紹(shào)了(le)電(diàn)磁流(liú)量計的(de)測量原(yuán)理、特點(diǎn)和适用場合，提(tí)出(chū)了在(zài)工程(chéng)設計中選用電磁(cí)流(liú)量計(jì)需考慮的因素(sù)及電磁流量計(jì)的安裝要(yào)求。
1 測(cè)量原理
電磁流量計的(de)測量原(yuán)理是根據法拉(lā)第電(diàn)磁感(gǎn)應定(dìng)律測量(liàng)流速，再測量流通截面(miàn)液位高(gāo)度得流通面(miàn)積，兩者相(xiàng)乘得(dé)到所測流(liú)量［1］，電磁流量計(jì)測量(liàng)原(yuán)理如圖(tú)1所示(shì)，電(diàn)磁流量(liàng)計實際測(cè)量介(jiè)質流(liú)速，是一(yī)種(zhǒng)速度(dù)式(shì)流(liú)量計(jì)。電磁流量(liàng)計的(de)測量原理依據以下(xià)公式表述(shù)：
ue＝ｋb l v（1）
式中(zhōng)：ue—感應(yīng)電(diàn)動勢，即(jí)流量信号(hào)，v；b—磁感應強度，t；l—電(diàn)極間(jiān)距，即測量管内(nèi)徑，m；v—液(yè)體平(píng)均流(liú)速，m／s；qv—液體體積流(liú)量，m3／s。
2 适用(yòng)範(fàn)圍和(hé)優點
電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計廣(guǎng)泛(fàn)用于導電液(yè)體或(huò)液固(gù)兩相介質的體積流(liú)量(liàng)測量，如(rú)其他儀(yí)表不能(néng)測量(liàng)的(de)各種酸(suān)、堿、鹽(yán)等(děng)高腐蝕(shí)性、易結(jié)晶的溶(róng)液的(de)流量，泥漿、礦(kuàng)漿、水煤漿、紙(zhǐ)漿、漿料等液固(gù)介質和(hé)純(chún)水、污(wū)水等(děng)相(xiàng)對(duì)簡單(dān)的導電介質的(de)流(liú)量。電(diàn)磁流量計要求被測介質電(diàn)導率一般(bān)應大(dà)于(yú)5μs／cm。電磁流(liú)量計由(yóu)流(liú)量傳(chuán)感器(qì)和(hé)轉換器(qì)兩部(bù)分組成，與(yǔ)其他(tā)類(lèi)型的流(liú)量計(jì)相比，其優點如下：
1）傳感器(qì)測量管(guǎn)是(shì)一段(duàn)無阻流(liú)檢測件(jiàn)的直管，因而檢(jiǎn)測流(liú)量時不會(huì)造成壓力損失(shī)，節能效果好。
2）适(shì)用于(yú)測量含有(yǒu)固體顆粒(lì)或纖(xiān)維的液固兩相流體，如紙漿、煤(méi)粉漿、礦漿、污水(shuǐ)及酸、堿、鹽溶液(yè)等具有一(yī)定電(diàn)導率的(de)液體，所(suǒ)測體(tǐ)積流(liú)量不(bú)受流(liú)體密度、黏(nián)度、溫度(dù)、壓(yā)力和電導率的影響(xiǎng)。
3）測量範圍大，量程比(bǐ)一(yī)般大于(yú)10∶1，最高(gāo)可(kě)達100∶1。流速(sù)範圍一(yī)般(bān)爲1～6m／s，也(yě)可擴展到0.5～10.0m／s。測量(liàng)管徑範(fàn)圍爲2mm～3m［2］。
4）ue與qv成線性關(guān)系，故(gù)儀表具(jù)有均勻(yún)刻度(dù)，且所測得(dé)流體的體積流(liú)量與介質的物性（如(rú)溫度、壓力(lì)、密(mì)度(dù)、黏度）無關，所以電磁流量(liàng)計隻需用(yòng)水标定後，即可用來(lái)測量其他導電(diàn)介質(zhì)的體積流(liú)量，無需(xū)修(xiū)正［2］。
5）測(cè)量口徑大(dà)，适用(yòng)于大管(guǎn)徑液體流量(liàng)的測(cè)量。6）與(yǔ)其他大部分流(liú)量儀(yí)表相比，所要求的(de)前(qián)置直管段較低(dī)。
3 工程(chéng)設計(jì)中需考慮(lǜ)的因素
3.1 工(gōng)藝過(guò)程條(tiáo)件(jiàn)
選用電(diàn)磁流(liú)量計通常(cháng)需要(yào)考慮的工藝條件(jiàn)如下：
1）被(bèi)測介質電導率(lǜ)。電磁流量計測(cè)量的(de)流(liú)體(tǐ)必須(xū)是導電的(de)，一般(bān)隻要電導率超(chāo)過阈值，即使變(biàn)化也不(bú)影(yǐng)響測(cè)量值，但低于阈(yù)值将會(huì)增大測(cè)量誤(wù)差；通常要(yào)求液體電導率(lǜ)不小于5μs／cm，去(qù)離子水電(diàn)導率(lǜ)不小于20μs／cm。
2）被測介質溫(wēn)度。根據被測工藝介質的溫度(dù)範圍，選擇測(cè)量(liàng)管内襯(chèn)材(cái)料及(jí)傳感器(qì)線圈的漆包(bāo)線的耐溫(wēn)等(děng)級(jí)，即(jí)襯裏材(cái)料應(yīng)與介(jiè)質溫(wēn)度相适應(yīng)，常用測量管襯裏材料建議(yì)根據表(biǎo)1選擇。
3）被測介質(zhì)壓力。根據被測(cè)工藝介質(zhì)的壓(yā)力，結(jié)合介質的設計(jì)溫(wēn)度來确(què)定電(diàn)磁流量計傳感器的(de)過(guò)程(chéng)連接法蘭壓力(lì)等級，常用标準壓力等(děng)級有pn40，pn16，pn10，pn6；美(měi)國标(biāo)準(zhǔn)asmeb1 6.5class 150，class 300。選用電(diàn)磁流量計時還需注意(yì)壓力等(děng)級與流(liú)量(liàng)計口(kǒu)徑有(yǒu)關。
4）工藝介(jiè)質流量範(fàn)圍及(jí)工藝管道的(de)管(guǎn)徑。根據管道口(kǒu)徑和介質(zhì)流速(sù)确定電磁流量計傳(chuán)感(gǎn)器的标(biāo)稱口徑(jìng)。通(tōng)常選(xuǎn)用與管道相同或略小的(de)口徑(jìng)，管道(dào)内平均流(liú)速(sù)根(gēn)據情況而(ér)定，一般工(gōng)業輸(shū)水管道(dào)爲(wèi)經濟流速1.5～3m／s，易黏附沉積結(jié)垢物質流速宜(yí)爲3～4m／s，礦漿等(děng)磨蝕性強的介(jiè)質流(liú)速宜爲2～3m／s，電磁流量(liàng)計液體(tǐ)流速可在(zài)1～10m／s選用［1］。
5）介(jiè)質狀态(tài)。介質含有固體(tǐ)顆(kē)粒(lì)對傳感器(qì)内襯(chèn)及電(diàn)極(jí)有磨蝕作用(yòng)，如果被測(cè)介質含有固體(tǐ)顆粒，襯裏需選(xuǎn)用高耐磨性材(cái)料，如陶(táo)瓷或聚(jù)氨酯橡膠(jiāo)［1］。
6）介質的腐蝕(shí)性(xìng)。由于電極和襯裏與(yǔ)介質直接(jiē)接觸(chù)，電極和(hé)襯裏的耐腐蝕特(tè)性應(yīng)與(yǔ)介質的(de)腐蝕(shí)性相(xiàng)匹配。
7）工(gōng)藝(yì)管道(dào)材質。根據(jù)安裝電磁流量計所(suǒ)在的管道材質是金(jīn)屬還(hái)是絕緣材料(liào)，确(què)定是否采(cǎi)用接(jiē)地法(fǎ)蘭。
3.2 環境條(tiáo)件
1）根據安裝區(qū)域是否屬于爆(bào)炸危險區域，确(què)定是否選(xuǎn)擇
防(fáng)爆型電磁流量計
，并(bìng)按照爆炸(zhà)危險區域(yù)劃分(fèn)等級(jí)選擇滿足(zú)儀表所在(zài)區域(yù)防爆(bào)要(yào)求(qiú)的電(diàn)磁流量計。
2）根據(jù)電(diàn)磁流量計的(de)實際安裝地理(lǐ)位置，并按(àn)照gb 4208—2008《外(wài)殼防(fáng)護(hù)等級（ip代(dài)碼）》或iec52９—2001 degress 0f pr0tecti0n pr0vided byencl0sures（ip c0de），确(què)定電磁(cí)流量(liàng)計的(de)類型(xíng)及防(fáng)護等級。若(ruò)儀表安(ān)裝在地(dì)面以下，易被水(shuǐ)淹沒，宜選用
分體型電磁流量(liàng)計
，且(qiě)傳感器防護等級應(yīng)選用ip68的儀表；若儀表(biǎo)安裝(zhuāng)在地(dì)面以(yǐ)上，防護等級可選用(yòng)ip65到ip67；同時，對分體型電磁流(liú)量計所提供電(diàn)纜長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)實際安裝位置(zhì)确定。
3.3 材(cái)料(liào)
1）測量(liàng)管材(cái)料。測量管材料應(yīng)爲非磁(cí)性材(cái)料，通常爲(wèi)1.4301不(bú)鏽鋼或1.4306／30 4l不鏽(xiù)鋼。
2）法蘭(lán)。過程連(lián)接法蘭材(cái)料通常爲(wèi)a105，f316l（1.4571／316l）。
3）電(diàn)極材料(liào)。電極(jí)材(cái)料應根(gēn)據被測介質的(de)成分及金屬的耐腐蝕性(xìng)選用。
4）襯裏材料。襯裏材料(liào)應根據被(bèi)測(cè)介質的(de)腐蝕性、磨損性及介(jiè)質的最(zuì)高(gāo)溫度(dù)來選(xuǎn)擇(zé)。
5）接(jiē)地環(huán)（或接地電極）。接(jiē)地環或接(jiē)地電(diàn)極的材質(zhì)應(yīng)根(gēn)據介質的成分(fèn)及金屬(shǔ)耐腐蝕性選(xuǎn)擇，常用的(de)接地環或(huò)接地(dì)電極材料(liào)：316l不鏽(xiù)鋼、哈氏合金、钽。通常接(jiē)地電極(jí)的材(cái)質(zhì)與測量電極相(xiàng)同。
4 安裝(zhuāng)
在工程(chéng)實際應(yīng)用中，爲了确保(bǎo)電磁流量計的正常運行(háng)及測(cè)量(liàng)精(jīng)度，接(jiē)地極(jí)的正(zhèng)确安裝是(shì)極爲重要的一個環(huán)節。
4.1 接地
由(yóu)于電磁(cí)流量計測(cè)量的是微弱(ruò)電勢，需排除一切外(wài)界幹(gàn)擾才(cái)能準(zhǔn)确測(cè)量，因(yīn)而良好的接地(dì)是保障電磁流(liú)量計穩定工作(zuò)的必要條(tiáo)件。通(tōng)常接地是通過(guò)接地環或(huò)傳感(gǎn)器内的參考電(diàn)極和管路(lù)系(xì)統的接地(dì)連(lián)接來(lái)實現。
1）當電磁流量計安(ān)裝在已(yǐ)接地的金屬管(guǎn)道上，通過電磁(cí)流量計變送器上的接地端子(zǐ)實現系統電勢平衡，即(jí)通(tōng)過截(jié)面積不(bú)小于6mm2的(de)銅芯電線(xiàn)連接(jiē)至接(jiē)地(dì)端(duān)子上。
2）當電磁流量計(jì)安(ān)裝(zhuāng)在未(wèi)接地(dì)的金(jīn)屬管(guǎn)道上(shàng)，2個法蘭均(jun1)通過(guò)截面積(jī)至(zhì)少爲(wèi)6mm2的銅芯電線與管道(dào)法蘭相連(lián)接，并接(jiē)地；将變送器或傳感器(qì)接線盒(hé)連接至接地端(duān)子上，實現系統電勢平(píng)衡。
3）當(dāng)電磁流量(liàng)計安裝(zhuāng)在(zài)塑料(liào)管道(dào)或帶(dài)絕緣(yuán)内襯(chèn)的管(guǎn)道上(shàng)，通(tōng)過附加接地(dì)環實現系統電(diàn)勢平衡(héng)，接地環(huán)通過截面(miàn)積至少爲(wèi)6mm2的銅(tóng)芯電線連接(jiē)至接地(dì)端子上。
4.2 直(zhí)管段要求
爲了保證(zhèng)電磁流量計的(de)正常運行(háng)，減少(shǎo)測量誤(wù)差，電磁(cí)流量計(jì)前後應(yīng)符合一(yī)定的直(zhí)管段要(yào)求。根據jjg 1033—2007《電磁流量計核(hé)定規程(chéng)》測試标(biāo)準要求(qiú)，通常前直管段應(yīng)達到(dào)10d，後直管(guǎn)段應爲(wèi)5d；根據實際經驗(yàn)，在大(dà)部分應用(yòng)場合，流量計前(qián)直管段最少不小于5d，後直(zhí)管段(duàn)最少(shǎo)不小于3d。
4.3 安(ān)裝位置
通(tōng)常，電(diàn)磁流量計(jì)設計(jì)時需特别(bié)注意以下幾點(diǎn)：
1）變送(sòng)器要選擇在任(rèn)何時(shí)候測量導(dǎo)管内都(dōu)能(néng)充滿(mǎn)液體的位(wèi)置進(jìn)行安裝(zhuāng)，以防止由于(yú)測量導管(guǎn)内沒有液(yè)體而(ér)産生(shēng)指針不(bú)在(zài)零點(diǎn)引起(qǐ)的錯(cuò)覺。最(zuì)好(hǎo)是垂直安裝，減(jiǎn)少由于液體流過在電(diàn)極上産生(shēng)氣泡(pào)而造成的(de)誤差(chà)。
2）電磁流量計測(cè)量管(guǎn)中(zhōng)出現氣(qì)體積聚或(huò)有氣(qì)泡現象時(shí)，會(huì)增(zēng)大測(cè)量誤(wù)差，所(suǒ)以要(yào)避(bì)免将電(diàn)磁流量計(jì)傳感(gǎn)器(qì)安裝在管道(dào)的最高點。
3）電磁(cí)流量(liàng)計傳感器(qì)不應安裝(zhuāng)在泵(bèng)的入口側(cè)，避免(miǎn)抽液時形(xíng)成負壓損(sǔn)壞(huài)測量管(guǎn)内襯。
4）盡量避免安裝在有振動(dòng)的地方，若不可(kě)避免，應加固管(guǎn)路系(xì)統和傳感器，當振動十分(fèn)劇烈(liè)時(shí)，宜選用分體(tǐ)式電磁流(liú)量計(jì)，将變送器和傳感器(qì)分開(kāi)安裝(zhuāng)。在高(gāo)空管道上，也要盡量(liàng)選用
分(fèn)體式電磁流(liú)量計
，将傳(chuán)感器安裝在高(gāo)空管道上(shàng)，将變(biàn)送器安(ān)裝在地面上的易觀察(chá)處，方便巡(xún)查和(hé)維修。
5）電(diàn)磁流量計信号微(wēi)弱，在(zài)滿量(liàng)程時隻有(yǒu)2.5～8.0mv，流量很小(xiǎo)時，輸出隻有幾微伏(fú)。要避免(miǎn)将(jiāng)電磁流量(liàng)計安裝在(zài)有電磁場和電(diàn)磁場變(biàn)化劇烈(liè)的(de)地方(fāng)，如大型變壓(yā)器、電機等(děng)強電磁設(shè)備附(fù)近。
6）變送器和二(èr)次儀(yí)表必須使(shǐ)用電源(yuán)中的同(tóng)一根相線，否則會由于檢測信(xìn)号和反饋信号相位差120°，導緻儀(yí)表不(bú)能正常工作［3］。
7）對于(yú)含固顆(kē)粒的液(yè)體流量(liàng)測量，電(diàn)磁流量(liàng)檢測(cè)器宜垂直安裝，并且(qiě)流體(tǐ)的流向應自下而上。
4.4 選型中需(xū)要注意的問題
電磁(cí)流量計的(de)測量管内襯材(cái)料有(yǒu)多種(zhǒng)，其中耐腐蝕(shí)性(xìng)能好(hǎo)的是聚(jù)四氟乙烯，目(mù)前的陶瓷(cí)内膽襯裏(lǐ)，此種(zhǒng)材料既防腐蝕(shí)又耐磨。電極材(cái)料的選擇要嚴格按照選型要求進行，應(yīng)以滿(mǎn)足需(xū)要爲原則(zé)，不盲目選(xuǎn)擇貴(guì)金屬(shǔ)。在化工生(shēng)産中鉑是(shì)一種(zhǒng)性能很好的催(cuī)化劑，某些介質(zhì)在一定的條件(jiàn)下與鉑接觸後(hòu)易發(fā)生化學反(fǎn)應，鉑電極的電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計(jì)在測量雙(shuāng)氧水時，會(huì)在電(diàn)極(jí)表面生(shēng)成氣霧，流(liú)量爲(wèi)零時(shí)，輸(shū)出也會(huì)波動(dòng)［4］。
由于腐蝕性介(jiè)質的種類(lèi)多種多(duō)樣，提供(gòng)腐蝕性介質給(gěi)制(zhì)造(zào)廠商(shāng)進行(háng)研究，由制(zhì)造廠商提供(gòng)試用材料，在規定的條(tiáo)件上(shàng)挂片試驗(yàn)樣機。
5 應(yīng)用案例(lì)分析
5.1 在循(xún)環冷(lěng)卻水站及尿素(sù)裝置中(zhōng)的應用
某項(xiàng)目的循環(huán)冷卻水(shuǐ)站及尿素裝(zhuāng)置液體(tǐ)流(liú)量測量點(diǎn)的特(tè)點：循(xún)環(huán)冷卻水站的(de)工(gōng)藝管徑(jìng)大(dà)、壓(yā)力低(dī)、水中(zhōng)含有氯化物等腐蝕(shí)性介質，而(ér)且工藝(yì)管道敷設在(zài)地面(miàn)以下(xià)；尿素裝置流量(liàng)測量介(jiè)質有(yǒu)熔(róng)融尿素、甲氨溶液等(děng)，具(jù)有腐蝕性強、易結晶的(de)特點。同時要求(qiú)儀表測量(liàng)精度(dù)優于(yú)±0.5％。鑒于上述(shù)工況特點及要求，選(xuǎn)用電(diàn)磁流(liú)量計(jì)，表2爲該項(xiàng)目工況條件及(jí)電磁流(liú)量(liàng)計的性能指标。其中(zhōng)，循環(huán)冷卻水站(zhàn)的(de)電(diàn)磁流量計(jì)選用分體型，檢(jiǎn)測器的防護等級爲ip68，信号轉換器的防護等級爲(wèi)ip67；尿素裝置所用電(diàn)磁流量計(jì)的防護等(děng)級爲ip67，儀表運行至今效果良好(hǎo)。
5.2 在乙(yǐ)烯堿(jiǎn)洗塔系統(tǒng)中的應用(yòng)
乙烯(xī)堿洗塔系(xì)統中(zhōng)采用(yòng)20％質量(liàng)分數的離子堿(jiǎn)注入(rù)塔内，與塔内的(de)洗滌水液混合形成三段(duàn)不同(tóng)質量分數的堿液，對裂解氣壓縮機(jī)Ⅲ段出來的(de)裂解氣進行洗(xǐ)滌，從(cóng)而脫(tuō)除乙烯裂(liè)解氣中的h2s和c02等雜(zá)質(zhì)，經過(guò)三(sān)段洗滌(dí)後，在最後(hòu)一段(duàn)雜質生成(chéng)碳酸氫鈉後排出(chū)塔。洗滌(dí)後的(de)裂(liè)解(jiě)氣進入壓(yā)縮機的高(gāo)壓段繼續壓(yā)縮(suō)并進(jìn)入(rù)後(hòu)系統(tǒng)進一步(bù)分(fèn)離處(chù)理。
由(yóu)于離子堿(jiǎn)具有較(jiào)強的腐(fǔ)蝕性(xìng)，測(cè)量難度(dù)大。原(yuán)設計采用(yòng)
差壓(yā)變送(sòng)器
測(cè)量方案，在使用(yòng)過程中(zhōng)因引壓(yā)管和三閥(fá)組内的物料結晶頻(pín)繁，無法(fǎ)正常工(gōng)作。經(jīng)過多方評(píng)估，最後(hòu)選擇了(le)德國(guó)khr0ne公司的鉑(bó)金電極(jí)的(de)電磁流量(liàng)計(jì)，該流量(liàng)計具有強抗腐(fǔ)蝕的鉑(bó)金電極(jí)和ptfe内襯(chèn)，剛開始(shǐ)儀表指示正常，但不(bú)久均失靈(líng)，經多(duō)方面查找原因(yīn)，系内襯損(sǔn)壞導緻電極被腐蝕損壞(huài)，儀表(biǎo)無法(fǎ)工作。經過多方調研和交流，在再次改造(zào)中選擇了橫(héng)河電機(jī)公司的電(diàn)容式無電極電(diàn)磁、配置陶瓷内(nèi)膽的電磁流量(liàng)計，該(gāi)流量計以(yǐ)外壁(bì)作爲測量(liàng)電極，配(pèi)以(yǐ)内部(bù)陶瓷内膽(dǎn)，具有極高(gāo)的耐(nài)磨性(xìng)和防腐蝕性能(néng)，徹底改變了原(yuán)有電磁(cí)流量計(jì)配備(bèi)專用電極(jí)的局限(xiàn)性，很好(hǎo)地解(jiě)決了該(gāi)工(gōng)況中的(de)測(cè)量問(wèn)題。
6 結束(shù)語
綜上(shàng)所述，電磁(cí)流量(liàng)計因(yīn)其(qí)獨特的(de)優點(diǎn)，在(zài)石化、化(huà)工等行業得到(dào)廣泛應(yīng)用(yòng)。用戶(hù)在選(xuǎn)用電磁流(liú)量計時應充分掌握(wò)測量工況(kuàng)的各(gè)項條(tiáo)件及其安(ān)裝(zhuāng)要求，了(le)解電磁(cí)流(liú)量計安裝(zhuāng)所處的環(huán)境條件，以确保(bǎo)正确地(dì)選用電(diàn)磁流量計，提高(gāo)測量(liàng)儀(yí)表的準确和(hé)穩定(dìng)性。
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