為了減少污染,節(jié)水減排,必須對(duì)生活用水、工業(yè)用水、循環(huán)水以及排放的污水進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)量和控制。流量的測(cè)量在水資源實(shí)行總量控制、定額管理和石油化工生產(chǎn)及過(guò)程控制中占有重要地位。水處理廠是煤化工廠區(qū)循環(huán)水主要供水廠,該廠供水裝置的運(yùn)行正常與否對(duì)全廠的生產(chǎn)及環(huán)保至關(guān)重要。污水處理能力和處理質(zhì)量是該供水裝置的重要指標(biāo),若處理能力低則不能滿足全廠的用水要求,若處理質(zhì)量低則不能滿足排放要求。考察礦井水的出水能力和經(jīng)濟(jì)效益主要考慮3個(gè)流量指標(biāo),即礦井水流入量、澄清水流出量和污泥流出量。考慮到性價(jià)比等因素,在<250 mm以上的管道上選用插入式電磁流量計(jì),并進(jìn)行帶壓安裝,經(jīng)近5個(gè)月運(yùn)行試驗(yàn),流量計(jì)應(yīng)用效果良好。
1 技術(shù)分析
1.1 工作原理
插入式電磁流量計(jì)工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律,測(cè)量流量時(shí),液體流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng),感應(yīng)出一個(gè)與平均流速(體積流量)成正比的電壓。其感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)2個(gè)與液體直接接觸的電極檢出,并通過(guò)專用電纜傳送至智能變送器,智能變送器根據(jù)電勢(shì)的大小和電磁流量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算,轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)(包括瞬時(shí)量和累計(jì)量)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示,再將流量標(biāo)準(zhǔn)的4~20MA、1~5 V DC信號(hào)輸出到流量二次儀表或DCS。
1.2 組成
插入式電磁流量計(jì)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(lì)磁線圈組成,其作用是根據(jù)導(dǎo)電介質(zhì)(流體)流過(guò)勵(lì)磁線圈的速度不同在電極上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)(5~60 mV)。
(2)智能變送器的作用是將傳感器的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)放大,再根據(jù)電勢(shì)流量數(shù)學(xué)模型和公式進(jìn)行計(jì)算,得出流量結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)流量信號(hào)。各種流量參數(shù)的調(diào)整和標(biāo)定參數(shù)的設(shè)置在智能變送器上進(jìn)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(shì)信號(hào),智能變送器向勵(lì)磁線圈提供振蕩電壓。由于電勢(shì)信號(hào)是5~60 mV的弱信號(hào),勵(lì)磁信號(hào)是高頻低幅值的振蕩信號(hào),所以電纜要充分考慮屏蔽性和抗干擾性。電纜的長(zhǎng)度和截面積成正比,和介質(zhì)的電導(dǎo)成正比,導(dǎo)電特性越強(qiáng)傳送距離越遠(yuǎn),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(mén)開(kāi)度變化時(shí),會(huì)產(chǎn)生渦流和流場(chǎng)畸變,這樣會(huì)對(duì)傳感器電極的測(cè)量產(chǎn)生影響,從而影響儀表的精度。所以要盡可能地離開(kāi)彎管、手閥、調(diào)節(jié)閥等部件一定距離,直管段的具體要求見(jiàn)表1。表中,D表示管道通徑,L表示傳感器到閥門(mén)或彎頭等部件的距離。
1.3.2 保證流體與傳感器磁場(chǎng)的垂直度
在管道開(kāi)孔安裝取壓短管時(shí),焊接取壓短管應(yīng)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(zhǎng)線垂直過(guò)管道橫截面的圓心,這樣能保證流體與磁場(chǎng)垂直,見(jiàn)圖1
1.3.3 盡量避免干擾源
為了保障測(cè)量精度,傳感器應(yīng)避免在容易產(chǎn)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(kāi)電動(dòng)機(jī)等強(qiáng)電設(shè)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(hào)的接地點(diǎn)應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)電氣連接。當(dāng)流體切割磁力線產(chǎn)生流量信號(hào)時(shí),以流體本身作為0電位,一個(gè)電極上產(chǎn)生正電勢(shì),另一個(gè)電極上產(chǎn)生負(fù)電勢(shì),不斷交替變化。因此,轉(zhuǎn)換器輸入端中點(diǎn)(信號(hào)電纜屏蔽層)必須與流體共處于0電位且導(dǎo)通,這樣才能構(gòu)成對(duì)稱的輸入回路。轉(zhuǎn)換器的輸入端中點(diǎn)通過(guò)傳感器輸出信號(hào)的接地點(diǎn)與被測(cè)流體電氣連通。由于傳感器的輸出信號(hào)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(dòng)介質(zhì)通過(guò)金屬管道與大地電氣連接,所以并不要求電磁流量計(jì)單獨(dú)設(shè)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(dú)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(xiàn)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(jù)計(jì)算管道的D/8處最接近流體的平均速度。安裝時(shí)要計(jì)算管道的壁厚和法蘭管嘴的長(zhǎng)度,確保傳感器的電極插深在D/8位置。不過(guò)也不是所有的插入式流量計(jì)傳感器都安裝在管道的D/8位置,也有少數(shù)安裝在管道的D/2位置,安裝前一定要認(rèn)真研究安裝說(shuō)明。
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