摘要(yào):着(zhe)重介紹了電(diàn)磁流(liú)量計 的(de)原(yuán)理、分類(lèi)、特(tè)點及(jí)其安裝(zhuāng)維護,并(bìng)将其在化(huà)工領域的(de)發展做了(le)相應的分析,同時重點探(tàn)讨了在實(shí)際石油化(huà)工工(gōng)程項目中(zhōng)電磁流量(liàng)計的(de)典型應用案例。以mto裝置(甲(jiǎ)醇制烯烴裝置)堿液(yè)、氨液、漿液管道(dào)和共用工程管(guǎn)道爲(wèi)工程(chéng)背景(jǐng),爲電磁流量計(jì)的正确配置、選型提(tí)供了可行(háng)的參考(kǎo)方(fāng)案。
　　在(zài)石油(yóu)化(huà)工生(shēng)産(chǎn)過程中,至(zhì)關重(zhòng)要的環節就是流體流量參數(shù)的檢測與控制(zhì),關系(xì)到整個生(shēng)産過程的安全(quán)與質(zhì)量(liàng)。所以針(zhēn)對流(liú)量測量,如(rú)果能做到更爲(wèi)高效、快速、及時、正确(què),就可以較(jiào)爲顯(xiǎn)著地(dì)提高産品的(de)品(pǐn)質、降(jiàng)低企業的(de)成本(běn)、提升企業安全(quán)生産和節能環保的能力(lì)。
　　電磁(cí)流量計傳感器(qì)沒有活動部件(jiàn),具有(yǒu)無阻力,無壓損的優點,用于流量(liàng)測量,可(kě)以盡(jìn)可能(néng)減小(xiǎo)工藝管道内的(de)阻力,且測(cè)量範(fàn)圍大(dà),測量(liàng)精度(dù)高,符(fú)合(hé)現(xiàn)代工(gōng)藝所(suǒ)倡(chàng)導(dǎo)的綠(lǜ)色、節能、降(jiàng)耗的(de)特點(diǎn),因而電磁(cí)流量計在(zài)石油(yóu)化工行業内得(dé)到較爲(wèi)廣泛的(de)認可,成(chéng)了業内(nèi)用量較大的流量儀表。但是電(diàn)磁流量計也有(yǒu)着自(zì)身的使用(yòng)、安裝(zhuāng)局限(xiàn),所以(yǐ)以mto裝置堿液、氨(ān)液、漿液管(guǎn)道和(hé)共用工程管道(dào)爲工程背景,對(duì)電磁流(liú)量計的(de)選型和應(yīng)用(yòng)進(jìn)行了探讨。
1測量原理(lǐ)
　　電(diàn)磁流量(liàng)計的工作原理(lǐ)簡(jiǎn)單來講(jiǎng)就是(shì)基于電磁感應(yīng)定律。工藝管道(dào)中的(de)導(dǎo)電液體(tǐ)流過電磁流量(liàng)計(jì)的磁感線時(shí),由于導電(diàn)液體(tǐ)切割磁感(gǎn)線,導(dǎo)電液體(tǐ)中會産(chǎn)生感(gǎn)應電動勢(shì),流量(liàng)計中的傳(chuán)感器會(huì)把(bǎ)電動(dòng)勢測出,由轉換(huàn)器轉換計(jì)算出(chū)相應的(de)流(liú)量,達到測量目(mù)的。感(gǎn)應電動勢的方向、磁場的(de)方向(xiàng)、導電液體(tǐ)的流(liú)動方向這三者(zhě)是互相垂(chuí)直的,如圖1所示。
 
　　感應電(diàn)動勢u的計算公(gōng)式如下(xià):
u=kbdv
　　式中:u爲(wèi)感應電動(dòng)勢(v);h爲系數;b爲磁(cí)感應(yīng)強度(t);d爲(wèi)測(cè)量管内徑(m);υ爲導(dǎo)電液(yè)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動的平均速度(dù)(m/s)。
2分類
(1)電磁(cí)流量(liàng)計按(àn)勵(lì)磁方式(shì)進行分(fèn)類(lèi),有直(zhí)流、交流、矩形.波(bō)勵磁(cí)等(děng)。20世(shì)紀(jì)80年(nián)代以(yǐ)後,石(shí)油化(huà)工行業比較常用的是低頻矩(jǔ)形(xíng)波(bō)勵(lì)磁,它具(jù)有功耗小(xiǎo)，穩定(dìng)性高，可抗(kàng)工頻幹擾,性價比高(gāo)等特點。但(dàn)是未(wèi)來的電(diàn)磁流量(liàng)計的(de)發(fā)展方向會是雙(shuāng)頻(pín)矩形(xíng)波勵磁,這種勵磁方(fāng)式橫河公(gōng)司已(yǐ)率先(xiān)應用于流(liú)量計,它在(zài)低頻的基(jī)礎上(shàng)疊加了(le)高頻矩(jǔ)形波(bō),這(zhè)種形式(shì)使得(dé)流量計的(de)快速響應性得(dé)到了(le)進一(yī)步提(tí)升,穩定(dìng)性(xìng)和精度上(shàng)也(yě)更優。
(2)按組裝形式進行(háng)分類,有分體型(xíng)和一體型。目前(qián)石油化(huà)工行業(yè)更爲常用的是(shì)一體(tǐ)型,但是當(dāng)現場環(huán)境(jìng)比較(jiào)惡劣例如井下(xià).有強力(lì)振動的管道,或(huò)者(zhě)轉換(huàn)器需要安裝在(zài)巡檢人員更(gèng)易(yì)接近的場合就更需要 分體型電磁流量計 。
(3)按與管道的連接(jiē)方式分類,有(yǒu)法蘭型、插人型、夾(jiá)持型(xíng).等。法蘭連接是(shì)傳統的連(lián)接(jiē)方式同時也(yě)是石(shí)油(yóu)化(huà)工行(háng)業最爲常用的連接(jiē)方式。但是(shì)在一(yī)些管(guǎn)道相對較粗,或者安(ān)裝條件嚴(yán)苛(kē)的情況(kuàng)下,插人式(shì)流量計(jì)體(tǐ)積更小更(gèng)有(yǒu)利(lì)于維(wéi)護(hù)則更适(shì)用。
(4)按(àn)電極與被測液體是否(fǒu)接(jiē)觸分類,有(yǒu)接觸型和(hé)非接(jiē)觸型。目前石油(yóu)化工行業(yè)常用的還是(shì)接(jiē)觸型的電(diàn)磁流(liú)量計。但(dàn)是(shì)這種(zhǒng)傳統的電磁流(liú)量計對(duì)所測的(de)液體有電導率(lǜ)的最低要求，且對一(yī)些黏度較大，易(yì)沉積的流體(tǐ)測(cè)量(liàng)較(jiào)爲困(kùn)難,未(wèi)來(lái)需要打破這種局限,非(fēi)接觸型電磁流(liú)量計(jì)将(jiāng)會(huì)是發展趨勢,所以電容式(shì)電磁流量計也就應(yīng)運而生了(le)。在(zài)國外,一些大的(de)流量計(jì)公司(sī)可提供此(cǐ)類産品(pǐn)如fisher.橫河(hé)、krohne等。但(dàn)是其(qí)結構(gòu)的設計(jì)、信号的(de)檢測(cè)仍是當今(jīn)的研究熱(rè)點和(hé)關鍵,且有待進(jìn)一步(bù)優化。也正(zhèng)是因(yīn)爲這些成(chéng)本、技(jì)術上(shàng)的難(nán)點,電(diàn)容式流量(liàng)計距離(lí)大(dà)規(guī)模(mó)的商業化生産(chǎn)還有一定(dìng)的距(jù)離。
3适用範圍和(hé)主要特點
　　電磁(cí)流量(liàng)計(jì)廣泛(fàn)用(yòng)于導(dǎo)電液(yè)體的(de)測量(liàng),可(kě)以測量(liàng)像其他儀(yí)表不容(róng)易(yì)測量的一(yī)些酸、堿、鹽(yán)等易(yì)結晶(jīng)腐蝕的溶(róng)液,也可以測量漿液等(děng)對流量(liàng)計磨損性大的液固(gù)介質(zhì)。當然也可以測量相(xiàng)對簡單的純水(shuǐ)、污水等液(yè)體。其主要(yào)特(tè)點如下(xià):
(1)常用的 法(fǎ)蘭式(shì)電磁(cí)流量計 的(de)測量(liàng)管是一段無阻(zǔ)流檢測件(jiàn)的直管(guǎn),因而基(jī)本不會造(zào)成(chéng)壓(yā)損,節能效(xiào)果相對好。特(tè)别是在(zài)工藝(yì)管道壓力(lì)不高或工(gōng)藝對(duì)儀表壓損有限(xiàn)制時采用(yòng)更有利。
(2)傳感器結構可靠(kào)。因無阻流(liú)檢測(cè)件,也(yě)不會(huì)堵塞(sāi)。石油化工(gōng)行業中液體中經常(cháng)會含有催(cuī)化劑(jì)、結晶物等(děng)固體(tǐ)顆(kē)粒，所以(yǐ)電磁流量(liàng)計在測量(liàng)液固(gù)兩相(xiàng)流體的情(qíng)況下(xià)也是(shì)有利的。
(3)測(cè)量範圍大。電磁(cí)流量計的(de)量程(chéng)比常(cháng)規大(dà)于10:1,最(zuì)高可達100:1,優勢明(míng)顯,且(qiě)可任意改(gǎi)變量程。流速範(fàn)圍一(yī)般爲1~6m/s,也可(kě)擴展到(dào)0.5~10.0m/s。
(4)電磁流(liú)量計所測(cè)體積(jī)流量(liàng)與(yǔ)流體的(de)自(zì)身特性(xìng)無關(guān)，也就是說(shuō)流體(tǐ)的溫(wēn)度、壓力、密(mì)度、黏度等(děng)不影(yǐng)響其(qí)測量結果(guǒ)。設(shè)液體體積流(liú)量爲qv,qv=πd²υ/4,根據u=hbdυ,可以(yǐ)确定(dìng)u=4kbqυ/πd。由此得出(chū),u與q、呈線性關系,流體(tǐ)的(de)體積流(liú)量(liàng)與介質(zhì)的物(wù)性無關。所以(yǐ)電(diàn)磁流量計(jì)在測量導(dǎo)電(diàn)介質的(de)體積(jī)流量(liàng)之前隻要(yào)用(yòng)最簡單(dān)的液(yè)體水标(biāo)定即可(kě),無需(xū)修正(zhèng)。當然,這是(shì)在比較理想的(de)狀态(tài)下的結論(lùn),工程(chéng)上一般可以采(cǎi)用近似的(de)方法進行計算,對于(yú)實際(jì)存在的偏差,可(kě)以通過儀(yí)表的标定來進(jìn)行彌補。.
4安(ān)裝及(jí)維護
4.1接(jiē)地(dì)
　　由于(yú)電磁(cí)流(liú)量(liàng)計測(cè)量的電勢相對(duì)比較(jiào)微弱,有一(yī)點幹擾可(kě)能會影響測量(liàng)結果(guǒ),所以要良(liáng)好的(de)接地(dì)以保障其(qí)穩定工作(zuò)。通常接地是(shì)通過接(jiē)地環或用金屬(shǔ)導線(xiàn)連(lián)通來實(shí)現
(1)接地環安裝(zhuāng)于流量計(jì)的法(fǎ)蘭面(miàn)上,其内孔和導(dǎo)電(diàn)液體接(jiē)觸,環(huán)的邊緣用(yòng)導電材質接出(chū)并與轉換(huàn)器信号連通。接地環(huán)的材料也(yě)要能(néng)耐流(liú)體的磨損與腐蝕,通常與(yǔ)電極材質(zhì)一緻(zhì)。
(2)安裝在(zài)金屬管(guǎn)道中的電磁流量計,在傳感器法蘭(lán)和用(yòng)戶法(fǎ)蘭之間采用金(jīn)屬導(dǎo)線連通,作爲接地的安裝方式。
4.2直管段要(yào)求
　　在實際應用中,電(diàn)磁流量計(jì)前後直管(guǎn)段都(dōu)有一定的要求(qiú)來減(jiǎn)少(shǎo)誤(wù)差。根(gēn)據石油化工行(háng)業的(de)經驗(yàn),大部(bù)分場合,前(qián)直管段大于等(děng)于5d,後(hòu)直管段大于等(děng)于(yú)3d即可。但是在(zài)某些安(ān)裝條件(jiàn)嚴苛，空間常常無法(fǎ)滿足的情況下,後直管段(duàn)大于(yú)2d也能滿足(zú)測量要求。
4.3安裝(zhuāng)位置
(1)電磁流量(liàng)計不能(néng)用(yòng)于低(dī)導電(diàn)率(lǜ)液體測(cè)量(電(diàn)導(dǎo)率(lǜ)不低(dī)于5x10-6s/cm的流體,例(lì)如(rú)石油化工(gōng)行業中的石(shí)油制品、除鹽(yán)水(shuǐ)、有(yǒu)機溶(róng)劑等。也不能測(cè)量氣體、蒸汽以(yǐ)及黏(nián)度特别大(dà)的液體。
(2)由(yóu)于電磁流(liú)量計一般(bān)不用于較高、較(jiào)低溫度工況。如(rú).不可避(bì)免(miǎn),可參(cān)考表1~2對電極和(hé)襯裏(lǐ)的材料做相應(yīng)的選擇。
(3)電(diàn)磁流(liú)量計安裝的管道應(yīng)是介(jiè)質完全充滿的管道,保證電極(jí)浸入。
(4)電磁(cí)流量(liàng)計的測(cè)量(liàng)管中(zhōng)如果出現(xiàn)氣體(tǐ)聚集或(huò)有氣泡(pào)現象(xiàng)時,此(cǐ)時測(cè)量誤差會增大(dà),所以要盡量(liàng)将(jiāng)流量計安裝于(yú)低位(wèi)，盡(jìn)量避開安裝(zhuāng)在管道的(de)最高點。
(5)盡量避(bì)免安(ān)裝在(zài)有振(zhèn)動的地方,如果(guǒ)不可避免,可選(xuǎn)擇加固(gù)管道和傳感(gǎn)器,以減輕(qīng)振動(dòng)帶來的影響。
(6)盡(jìn)量避(bì)免安(ān)裝在電(diàn)磁場或(huò)者電磁場變化(huà)劇烈的地(dì)方，如(rú)大型(xíng)變壓(yā)器、電(diàn)機等強電(diàn)磁設(shè)備附近(5)
(7)當(dāng)選擇(zé) 插入電(diàn)磁流量計 且管(guǎn)道是水(shuǐ)平或傾斜時,探(tàn)頭插入的位置應在管道中心(xīn)線平面上下45°的(de)範圍内,且探頭(tóu)的中(zhōng)心線應與管道中心(xīn)線垂(chuí)直。
5應用(yòng)案例分(fèn)析
5.1在mto裝置(zhì)中的(de)應(yīng)用(yòng)
　　以(yǐ)甲醇制(zhì)烯烴裝(zhuāng)置(zhì)(mto裝置(zhì))爲例，介(jiè)紹在實際石油化(huà)工行業中(zhōng)電磁流量(liàng)計的若幹應用(yòng)。在設計中分别(bié)在自烯烴分離(lí)裝置(zhì)流(liú)人(rén)的20%堿液管(guǎn)道(dào)、氨水管(guǎn)道、至(zhì)廢液處理(lǐ)單元(yuán)循(xún)環(huán)漿液(yè)管道上設(shè)置電磁流量計(jì)。這些管道(dào)中(zhōng)介(jiè)質的(de)特點是:髒、污流(liú)體,且具有一定(dìng)的腐蝕(shí)性(xìng)磨損(sǔn)性,并(bìng)且(qiě)均爲導(dǎo)電流(liú)體。同時,工(gōng)藝(yì)管(guǎn)道壓力普(pǔ)遍不高(gāo),壓力損(sǔn)失盡量小，且要(yào)求儀表測量精度又(yòu)相對較高(gāo)。鑒于上述工況(kuàng)特點及(jí)要求,選(xuǎn)用了電(diàn)磁(cí)流量計來滿足工藝(yì)測量。由于(yú)電磁流量計(jì)電極和(hé)襯裏與介(jiè)質直(zhí)接接(jiē)觸,根據項(xiàng)目實(shí)際(jì)情況,尤(yóu)其是介質的特(tè)性,選擇合适的(de)電極(jí)材料和襯(chèn)裏材(cái)料尤(yóu)爲關鍵。
5.1.1根據(jù)被測介質的腐蝕性特(tè)性(xìng)選(xuǎn)擇電極材(cái)料
　　電(diàn)磁流量(liàng)計(jì)中的電極(jí)起着(zhe)重要的(de)傳(chuán)輸電(diàn)信号(hào)的作用。電(diàn)信号的傳(chuán)遞是(shì)否正确(què),關(guān)系(xì)到(dào)整個(gè)電磁(cí)流量計精度、精度,是(shì)至關重要的一(yī)個(gè)環(huán)節。而信号(hào)傳遞的正确率(lǜ)主要的影響因(yīn)素是電極表面(miàn)質量及(jí)材料性(xìng)能,所以不同的(de)介質(zhì)流量應選(xuǎn)擇與之相适應的電極(jí)材料,這(zhè)樣才能盡可能保證(zhèng)測(cè)量的正(zhèng)确率,同時延長(zhǎng)整個流量計的(de)使用壽(shòu)命。表1是(shì)石油化工行業(yè)常見(jiàn)電極材料的耐腐蝕性能(néng),針對上述裝置,20%堿液和氨液屬(shǔ)于強腐蝕(shí)介質(zhì),選(xuǎn)用(yòng)哈氏合金(jīn)作爲電極材料。循環漿液(yè)的腐(fǔ)蝕性不高，則選用304l不(bú)鏽鋼作爲(wèi)電極材料,這樣(yàng)選擇(zé)滿足測量(liàng)要求(qiú)正(zhèng)确(què)率和(hé)經濟(jì)性(xìng)要求,儀表運行至今效(xiào)果良好。
 
5.1.2根據被(bèi)測介質的磨損(sǔn)性及溫度(dù)來選擇村裏(lǐ)材料
　　襯裏敷(fū)設于流量(liàng)計測(cè)量管(guǎn)内側(cè),襯裏必須是電(diàn)絕緣材料(liào)。根據表2石油(yóu)化(huà)工行(háng)業常見(jiàn)襯裏材料的性能,在20%堿(jiǎn)液管道、氨(ān)水管(guǎn)道上,電磁流量(liàng)計選用ptfe作(zuò)爲襯(chèn)裏材料(liào),介質的(de)溫度也在ptfe的适(shì)用範(fàn)圍(wéi)之(zhī)内。ptfe是(shì)石油化工行業(yè)比較(jiào)常用的襯(chèn)裏材(cái)料。但是循環漿液因爲介(jiè)質可能含(hán)有(yǒu)催(cuī)化劑等雜(zá)質,選擇聚(jù)氨酯橡膠性能尚可,且耐(nài)磨性相當(dāng)于天(tiān)然橡膠的10倍(bèi)，但(dàn)是它的缺(quē)點是(shì)耐溫太低;氯丁(dīng)橡膠更适合大(dà)口徑的傳感器(qì)，所以針(zhēn)對循環(huán)漿液(yè)就最好選(xuǎn)用pfa作(zuò)爲(wèi)襯裏材料,提(tí)高其耐磨性。這(zhè)種選擇使(shǐ)得裝(zhuāng)置運(yùn)行效果安全且(qiě)高效(xiào)。
 
5.2在公用(yòng)工程部(bù)分的應(yīng)用
　　目前(qián)正在建(jiàn)設(shè)中或(huò)已建成(chéng)的石(shí)油化工(gōng)裝置中,公(gōng)用工程(chéng)部分循(xún)環冷(lěng)水管道、新鮮水管道(dào)通常(cháng)選用電(diàn)磁流量(liàng)計來(lái)測量(liàng)流量。管道的主要特點是(shì):循(xún)環冷水管(guǎn)道工藝管徑(jìng)大、壓力低、水中含有氯化物等(děng)腐蝕性(xìng)介質;且(qiě)循環冷水管道(dào)和新鮮水管道(dào)經常(cháng)敷設在地(dì)面以(yǐ)下。這就要求流量計首先安裝方便,電磁流量(liàng)計可水平(píng).垂直或傾斜任(rèn)意角(jiǎo)度(dù)安(ān)裝。但(dàn)是在這種場合(hé)選用(yòng)電磁流量(liàng)計需(xū)注意:
(1)需維(wéi)護方(fāng)便,電磁流(liú)量計(jì)應(yīng)選(xuǎn)用分(fèn)體式(shì),傳感器裝于工藝管道,轉換(huàn)器(qì)可裝在傳(chuán)感器(qì)附近(jìn)或儀表室,相距數十(shí)到數百米(mǐ)。這樣,轉換(huàn)器既可放在(zài)地面以(yǐ)上,也(yě)可遠離相對惡(è)劣的(de)現(xiàn)場(chǎng)環境(jìng),電子部(bù)件的檢(jiǎn)查、調整和設定(dìng)比較(jiào)方便(biàn)。但是(shì)在安裝過程(chéng)中,對敷(fū)線的要求(qiú)就比較(jiào)嚴(yán)格,否(fǒu)則易(yì)引人幹擾(rǎo)信号。
(2)根據(jù)國标(biāo)cb/t4208-20176],關于外殼(ké)防(fáng)護等級的标準爲(wèi):ip65爲防(fáng)噴水(shuǐ)型,ip66爲(wèi)防止(zhǐ)猛烈(liè)噴水(shuǐ)型,ip67爲短時(shí)間防(fáng)浸水型(xíng),ip68爲(wèi)連續(xù)浸水型，能長期(qī)在水中(zhōng)工作。循(xún)環冷(lěng)水管道和(hé)新鮮水管道常(cháng)敷設在地面以(yǐ)下,一(yī)般會(huì)設置(zhì)儀表井來安裝電磁(cí)流量計的傳感單元,因此(cǐ)此種工(gōng)況下,電磁流量計的傳(chuán)感器的(de)外(wài)殼防護等(děng)級應(yīng)選ip68。
6結(jié)束語
　　電磁流量(liàng)計具(jù)有精度高(gāo)、可測範圍(wéi)大、壓損小(xiǎo)、可靠性好(hǎo)、使用(yòng)方便、維護量小等特點,在(zài)石油(yóu)化工行(háng)業(yè)得到(dào)了(le)廣(guǎng)泛的(de)應用。但同(tóng)時也因爲其本身的(de)--些局限性,要求用戶在正确地(dì)選擇(zé)和應(yīng)用電磁流量(liàng)計之前(qián)應充(chōng)分掌握測(cè)量工況的各項(xiàng)條件及其流量(liàng)計本身的各項(xiàng)要求(qiú)。隻有這樣(yàng)才能正确地選(xuǎn)擇(zé)、應用(yòng)電磁流(liú).量計,保證測(cè)量(liàng)精度(dù),爲安(ān)全生(shēng)産打下堅實的(de)基礎。

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