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電磁流量計(jì)在熱網(wǎng)計(jì)量中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-02-12

摘要:電磁流量計(jì)以其安裝方便、測量精度高和使用壽命長等一般流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn),在熱網(wǎng)計(jì)量中擁有著不可替代的地位。因此電磁流量計(jì)對(duì)于熱網(wǎng)高溫水流量測量來說則是一種比較理想的計(jì)量儀表,可以在供熱企業(yè)的熱網(wǎng)測量中廣泛推廣。
1.引言
  城鎮(zhèn)集中供熱目前在我國北方大多數(shù)城鎮(zhèn)已得到大規(guī)模的普及并以更加迅猛的勢頭發(fā)展著,在這些小則數(shù)十萬,多則有數(shù)百萬甚至上千萬平方米供熱面積的熱網(wǎng)上,哪怕任何微小的技術(shù)進(jìn)步都會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。熱電廠的熱力產(chǎn)品主要有蒸汽和熱水。對(duì)蒸汽和熱水的流量、熱量如何計(jì)量和管理是維護(hù)供用熱雙方經(jīng)濟(jì)利益、減少貿(mào)易糾紛、維持社會(huì)和諧穩(wěn)定的關(guān)鍵所在
2.電磁流量計(jì)
  流量計(jì)(Flowmeter)是指用以測量瞬時(shí)流量和累計(jì)流量的器具,統(tǒng)稱為流量計(jì)。流量計(jì)是工業(yè)測量中重要的儀表之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,對(duì)流量測量的精度和范圍的要求越來越高,流量測量技術(shù)日新月異,為了適應(yīng)各種用途,各種類型的流量計(jì)相繼問世。目前已投入使用的流量計(jì)已超過100種。
  電磁流量計(jì)就是其中一種測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的計(jì)量儀表,具有無節(jié)流阻流部件,不易堵塞,耐腐蝕性好,適用介質(zhì)范圍廣,測量精度不受被測介質(zhì)溫度、粘度、密度、壓力、比重等物理參數(shù)的影響,其示值在一定的導(dǎo)電率范圍內(nèi)與被標(biāo)定的液體種類無關(guān)等特點(diǎn)。
2.1工作原理
  電磁流量計(jì)的測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律:導(dǎo)電液體在磁場中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢,如圖1所示,其感應(yīng)電勢E為:
E=KBVD
式中:
K———儀表常數(shù)
B———磁感應(yīng)強(qiáng)度
V———測量管道平面內(nèi)的平均流速
D———測量管道截面的內(nèi)徑
電磁流量計(jì)工作原理圖示
  電磁流量計(jì)在結(jié)構(gòu)上一般由電磁流量計(jì)傳感器和電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成。一般情況下傳感器和轉(zhuǎn)換器是分體的,傳感器安裝在生產(chǎn)過程工藝管道上,它的作用是將流經(jīng)管內(nèi)的液體流量值線性地變換成感應(yīng)電勢信號(hào),并通過傳輸線將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器中去,主要由管組件、磁路系統(tǒng)、電極及干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)等部分組成。信號(hào)轉(zhuǎn)換器的作用是將傳感器送來的流量信號(hào)進(jìn)行比較、放大、并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào),以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測液體流量的遠(yuǎn)距離指示、記錄、積算或調(diào)節(jié)控制。也有的電磁流量計(jì)將傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器裝在一起組成一體型電磁流量計(jì),可就地顯示,并遠(yuǎn)傳顯示和控制。圖2是分體式的傳感器和轉(zhuǎn)換器工作的原理圖。
分體式電磁流量計(jì)傳感器和轉(zhuǎn)換器工作原理圖
2.2功能特點(diǎn)
電磁流量計(jì)主要有以下特點(diǎn):
(1)傳感器結(jié)構(gòu)簡單可靠,沒有可動(dòng)部分,也沒有阻礙被測介質(zhì)流動(dòng)的節(jié)流部件,不會(huì)發(fā)生阻塞問題:
(2)由于沒有節(jié)流部件,被測介質(zhì)在傳感器的測量管內(nèi)流過時(shí)幾乎沒有壓力損失,僅有可忽略不計(jì)的沿程阻力;
(3)電磁流量計(jì)量程范圍極寬,而且可任意改變量程;其流量、流速、口徑三者關(guān)系可查閱曲線(圖3);

(4)電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性,反應(yīng)靈敏,可以測量瞬時(shí)脈動(dòng)流量,而且線性好,可以將測量信號(hào)直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,并且低頻三值波勵(lì)磁不受工頻及現(xiàn)場條件各種雜波干擾影響,工作穩(wěn)定可靠;
(5)傳感器測量管道內(nèi)只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸,只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料,即可耐腐蝕和耐磨損;
(6)安裝、使用維護(hù)方便,使用壽命較長。一般的電磁流量計(jì)要求的直管段為前5D,后3D,智能文丘利電磁流量計(jì)只需要前3D,后1D,就能確保計(jì)量精度。
3.熱網(wǎng)應(yīng)用
  國電作為城市現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施,用集中供熱形式替代分散供熱形式,在節(jié)約能源和改善環(huán)境污染等方面顯示出巨大的優(yōu)越性,為城市建設(shè)和人民生活水平的提高做出了貢獻(xiàn)。
公司目前負(fù)責(zé)39家企業(yè)高溫水熱用戶和95家高溫水換熱站冬季供暖工作,這些熱用戶和換熱站基本都采用電磁流量計(jì)用來計(jì)量高溫水流量。
  首先從供熱企業(yè)本身來說,供熱管網(wǎng)在運(yùn)行中普遍存在水力失調(diào)(即供熱管網(wǎng)不能按照管段所需的流量進(jìn)行分配)的問題。水力失調(diào)會(huì)造成供熱系統(tǒng)的效率降低和供熱質(zhì)量的惡化,使得供熱系統(tǒng)能耗和運(yùn)行費(fèi)用大幅度增加。要想進(jìn)行水力平衡的調(diào)節(jié),管網(wǎng)中的流量參數(shù)是必不可少的重要參考數(shù)據(jù)。安裝在供水管線上的流量計(jì)可以很直觀的反映出管線中的瞬時(shí)水流量和累計(jì)水流量。根據(jù)流量計(jì)顯示的測量值來調(diào)節(jié)熱網(wǎng)系統(tǒng)水力平衡,從而達(dá)到提高供熱效率的效果,并且可以得到可靠的流量測量參數(shù)進(jìn)行調(diào)整負(fù)荷,進(jìn)一步根據(jù)用戶端的流量測量值的變化來調(diào)整高溫水網(wǎng)管線的供熱量來滿足熱用戶需求。可見,電磁流量計(jì)在供熱生產(chǎn)中的應(yīng)用是很重要的,具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于一些較大型的居民換熱站內(nèi),作為高溫水流量計(jì)的測量儀表,因?yàn)槠渚用窆┡W(wǎng)覆蓋面積很大,并且水網(wǎng)管道容易上銹,里面的雜質(zhì)很多,如果采用差壓式流量計(jì),很容易造成節(jié)流裝置的堵塞,從而導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確,而電磁流量計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)簡單可靠,沒有可動(dòng)部分,也沒有阻礙被測介質(zhì)流動(dòng)的節(jié)流部件,不會(huì)發(fā)生阻塞問題。由于電磁流量計(jì)的傳感器測量管道內(nèi)只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸,因此為換熱站選用的內(nèi)襯材質(zhì)為聚四伏乙烯,電極材料為含鉬不銹鋼,更加保證了內(nèi)襯和電極的耐腐蝕和耐磨損性,可以有較長的使用壽命,節(jié)省設(shè)備維護(hù)經(jīng)費(fèi)。
(2)在一些小型換熱站,由于換熱站內(nèi)空間小、直管段較短,安裝空間不大。一般的流量計(jì)要求的直管段較長,在換熱站內(nèi)無法滿足其直管段要求,不能保證計(jì)量的正確率。但是電磁流量計(jì)一般要求的直管段為前5D,后3D,而智能文丘利電磁流量計(jì)只需要前3D,后1D,就能確保計(jì)量精度。所以其以安裝、使用維護(hù)方便的特點(diǎn)得以廣泛使用。
(3)自供熱行業(yè)改革后,我國逐步實(shí)行供熱分戶計(jì)量、按用熱量計(jì)量收費(fèi)制度。分戶計(jì)量用熱就要安裝熱量計(jì)量儀表。要想計(jì)量管線中熱水的熱量,對(duì)管線中熱水的流量測量是必不可少的參考數(shù)值。所以電磁流量計(jì)還應(yīng)用于企業(yè)高溫水熱用戶的高溫水進(jìn)戶的供回水雙側(cè),作為流量計(jì)量儀表,并配PT1000的熱電阻,共同將信號(hào)入熱量計(jì)量儀,并按照熱量計(jì)量儀顯示的熱量值對(duì)用戶進(jìn)行收費(fèi)。由于電磁流量計(jì)沒有節(jié)流部件,被測介質(zhì)在傳感器的測量管內(nèi)流過時(shí)幾乎沒有壓力損失,僅有可忽略不計(jì)的沿程阻力;這樣就減少了管道里面的壓力損失,避免了計(jì)量誤差的產(chǎn)生。并且因?yàn)樵诠┗厮畠啥硕及惭b了電磁流量計(jì),所以可以測量出其供回水的差值,對(duì)高溫水的失水量加以計(jì)量,避免了高溫水的丟失,保證了對(duì)企業(yè)熱用戶的貿(mào)易計(jì)量的正確率。
(4)由于各個(gè)用戶的工作環(huán)境不同,其周圍環(huán)境對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生的干擾也是影響熱量計(jì)量正確率的重要因素。一般的差壓式流量計(jì)其流體流量經(jīng)節(jié)流件及差壓變送器兩次信號(hào)能量形式的轉(zhuǎn)換,輸出統(tǒng)一的電流信號(hào)給熱量積算儀,而電流信號(hào)容易受到工頻及現(xiàn)場條件各種雜波的干擾影響,導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確,而電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性,反應(yīng)靈敏,可以測量瞬時(shí)脈動(dòng)流量,而且線性好,可以將測量信號(hào)直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,低頻三值波勵(lì)磁不受工頻及現(xiàn)場條件各種雜波干擾影響,工作穩(wěn)定可靠,并且為了避免外界強(qiáng)磁場的干擾,還可以加強(qiáng)對(duì)儀表的接地措施,使儀表可靠的接地工作,提高測量精度,不受外界寄生電勢的干擾,其傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地。如圖4所示。從而進(jìn)一步的保證熱量計(jì)量的正確率,減少貿(mào)易糾紛,避免給公司造成損失。
電磁流量計(jì)傳感器接地圖示
4.發(fā)展趨勢
  盡管電磁流量計(jì)具有上述許多優(yōu)異的性能,但是在使用上也有一定的限制。它的不足之處有:
(1)電磁流量計(jì)不能測量氣體、蒸汽以及含大量氣泡的液體;
(2)電磁流量計(jì)目前還不能測導(dǎo)電率很低的液體,如石油制品和有機(jī)溶劑等;
(3)電磁流量計(jì)要求避免外界強(qiáng)磁場的干擾,并對(duì)儀表接地措施有一定的要求,如果處理不當(dāng),就會(huì)影響儀表的正常運(yùn)行。
  但是流量是計(jì)量的重要數(shù)據(jù),所以它的測量關(guān)系企業(yè)的效益、產(chǎn)品的質(zhì)量,各國都很重視流量儀表的研制開發(fā),電磁流量計(jì)則是目前較為成熟又發(fā)展較快的流量儀表。從1953年第一臺(tái)工業(yè)用電磁流量計(jì)投入市場以來,在應(yīng)用中不斷發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,不斷采用新技術(shù),不斷改進(jìn),如今電磁流量計(jì)得到了長足的發(fā)展。從國際上看和從使用方法上來看,不僅有測量滿管的電磁流量計(jì),而且已出現(xiàn)測量非滿管的電磁流量計(jì),還出現(xiàn)了二線制電磁流量計(jì)、電池供電式電磁流量計(jì)以及測量低電導(dǎo)率的電磁流量計(jì)。
4.1非滿管電磁流量計(jì)
  傳統(tǒng)電磁流量計(jì)只能測量滿管液體流量,非滿管電磁流量計(jì)應(yīng)用于具有自由表面自然流的下水排放領(lǐng)域,并提高該領(lǐng)域的測量精度。將傳統(tǒng)非滿管流或明渠流流量誤差從±(3-5)%FS降低到±(1-2)%FS。
4.2測量更低電導(dǎo)率的液體
  現(xiàn)在可測量比傳統(tǒng)電磁流量計(jì)電導(dǎo)率閾值低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)的液體,如以前不能測量的甘油、乙二醇等。除此之外,本類儀表幾乎不存在漿液噪聲和流動(dòng)噪聲,也不會(huì)產(chǎn)生電極表面效應(yīng)形成的噪聲。襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或結(jié)薄絕緣垢層也不會(huì)影響測量。
4.3低功耗和二線制電磁流量計(jì)有較快發(fā)展
  二線制不需另外外接激磁回路,僅用4mADC電流提供儀表所需功率,通常僅數(shù)十毫瓦。低功耗電磁流量計(jì)使有可能采用干電池或太陽電池,更方便地將電磁流量計(jì)裝用于無市電供電的場所。
4.4二維(方向)電磁流速計(jì)和多測量點(diǎn)插入式電磁流量計(jì)
  置于船體外部的船舶電磁航速儀是插入式電磁流量計(jì)的雛形。后來插入式電磁流量計(jì)在大中型管道中卻有較大發(fā)展,也有用于明渠,稱作電磁流速計(jì)(electromagneticcurrentmeter)。但在河道流或水利試驗(yàn)?zāi)P筒粌H要測量流速還要知道流速方向。二維電磁流速記又稱向量流速計(jì),使電磁流量儀表族可以進(jìn)入水文試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域。此外插入式電磁流量計(jì)還參照勻速管的設(shè)計(jì)思路,在插入桿上置多套電磁流速測量單元,提高測量精度,使插入式電磁流量計(jì)在大管經(jīng)應(yīng)用處于有利地位。
5.結(jié)束語
  企業(yè)用戶的供熱計(jì)量體系,需要準(zhǔn)確的流量計(jì);熱網(wǎng)系統(tǒng)水力平衡和熱力平衡的精細(xì)化調(diào)控,也同樣需要準(zhǔn)確的流量計(jì)。所以流量計(jì)在高溫水熱網(wǎng)的調(diào)控、計(jì)量等方面有著重要的作用。電磁流量計(jì)以其安裝方便、測量精度高和使用壽命長等一般流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn),在熱網(wǎng)計(jì)量中擁有著不可替代的地位。因此電磁流量計(jì)對(duì)于熱網(wǎng)高溫水流量測量來說則是一種比較理想的計(jì)量儀表,可以在供熱企業(yè)的熱網(wǎng)測量中廣泛推廣。

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