为了减少污染,节水减排,必须对生活用水、工业用水、循环水以及排放的污水进行严格的计量和控制。流量的测量在水资源实行总量控制、定额管理和石油化工生产及过程控制中占有重要地位。水处理厂是煤化工厂区循环水主要供水厂,该厂供水装置的运行正常与否对全厂的生产及环保至关重要。污水处理能力和处理质量是该供水装置的重要指标,若处理能力低则不能满足全厂的用水要求,若处理质量低则不能满足排放要求。考察矿井水的出水能力和经济效益主要考虑3个流量指标,即矿井水流入量、澄清水流出量和污泥流出量。考虑到性价比等因素,在<250 mm以上的管道上选用插入式电磁流量计,并进行带压安装,经近5个月运行试验,流量计应用效果良好。
1 技术分析
1.1 工作原理
插入式电磁流量计工作原理是基于法拉第电磁感应定律,测量流量时,液体流过垂直于流动方向的磁场,感应出一个与平均流速(体积流量)成正比的电压。其感应电压信号通过2个与液体直接接触的电极检出,并通过专用电缆传送至智能变送器,智能变送器根据电势的大小和电磁流量数学模型进行运算,转换成流量信号(包括瞬时量和累计量)进行现场显示,再将流量标准的4~20MA、1~5 V DC信号输出到流量二次仪表或DCS。
1.2 组成
插入式电磁流量计主要由传感器、智能变送器和专用电缆组成。
(1)传感器由电极和励磁线圈组成,其作用是根据导电介质(流体)流过励磁线圈的速度不同在电极上产生相应的感应电势(5~60 mV)。
(2)智能变送器的作用是将传感器的感应电势信号放大,再根据电势流量数学模型和公式进行计算,得出流量结果和标准流量信号。各种流量参数的调整和标定参数的设置在智能变送器上进行。
(3)专用通讯电缆的作用是传感器向智能变送器传送毫伏电势信号,智能变送器向励磁线圈提供振荡电压。由于电势信号是5~60 mV的弱信号,励磁信号是高频低幅值的振荡信号,所以电缆要充分考虑屏蔽性和抗干扰性。电缆的长度和截面积成正比,和介质的电导成正比,导电特性越强传送距离越远,一般传送距离为20~500 m。
1.3 安装要求
1.3.1 保证足够直管段
流体在方向、管径以及阀门开度变化时,会产生涡流和流场畸变,这样会对传感器电极的测量产生影响,从而影响仪表的精度。所以要尽可能地离开弯管、手阀、调节阀等部件一定距离,直管段的具体要求见表1。表中,D表示管道通径,L表示传感器到阀门或弯头等部件的距离。
1.3.2 保证流体与传感器磁场的垂直度
在管道开孔安装取压短管时,焊接取压短管应注意垂直方向,要求焊接后短管轴线与管道轴线夹角为90b,且法兰短管连接的延长线垂直过管道横截面的圆心,这样能保证流体与磁场垂直,见图1
1.3.3 尽量避免干扰源
为了保障测量精度,传感器应避免在容易产生真空、气体、涡流等地方安装,传感器与智能变送器之间的通讯电缆要避开电动机等强电设备。建议安装在图2~图5所示位置。
1.3.4 保证良好的接地
传感器输出信号的接地点应与被测介质电气连接。当流体切割磁力线产生流量信号时,以流体本身作为0电位,一个电极上产生正电势,另一个电极上产生负电势,不断交替变化。因此,转换器输入端中点(信号电缆屏蔽层)必须与流体共处于0电位且导通,这样才能构成对称的输入回路。转换器的输入端中点通过传感器输出信号的接地点与被测流体电气连通。由于传感器的输出信号很小,只有几毫伏,为了提高仪表抗干扰能力,输入回路中的0电位必须接地。由于一般金属管道都与大地连通,流动介质通过金属管道与大地电气连接,所以并不要求电磁流量计单独设置接地装置,尤其是小口径电磁流量传感器。如果是非金属管道,就一定要和单独的接地线连接。
1.3.5 保证传感器正确的插入深度
由于流体在管道中的层流现象,靠近管壁的流体流速较慢,靠近管道中心的流体流速较快,根据计算管道的D/8处最接近流体的平均速度。安装时要计算管道的壁厚和法兰管嘴的长度,确保传感器的电极插深在D/8位置。不过也不是所有的插入式流量计传感器都安装在管道的D/8位置,也有少数安装在管道的D/2位置,安装前一定要认真研究安装说明。
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