流量是化工生產(chǎn)中重要的測定參數之一,就測量導電液體流量而言,不管目的是監控還是計量,EMF都能做到測量穩定、可靠、精度高、易維護。在儀表選型和使用時(shí),筆者結合實(shí)際應用總結一些要點(diǎn)介紹給大家供參考。
1 EMF的工作原理
EMF的基本原理是法拉第電磁感應定律,即導體在磁場(chǎng)中切割磁力運動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。如圖1所示,在EMF測量管內的導電介質(zhì)相當于法拉第試驗中的導電金屬桿,上下兩端的兩個(gè)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當有導電介質(zhì)流過(guò)時(shí),則會(huì )產(chǎn)生感應電勢,由管道內部的兩個(gè)電極測量并引出感應電壓。測量管道通過(guò)不導電的內襯(橡膠,特氟隆等)實(shí)現流體與測量電極的電磁隔離。假設電磁感應線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)強度B(T)為恒定,產(chǎn)生的感應電壓Ue(V)正比于流體平均速度(m/s),系數為k,測量管內徑L(m)為已知,則體積流量Qv(m3/s)可通過(guò)如下公式計算:
EMF由流量傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器測量管上下裝有勵磁線(xiàn)圈,通勵磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測量管,一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸,引出感應電勢,送到變送器。勵磁電流則由變送器提供。
2 EMF的特點(diǎn)
1)結構簡(jiǎn)單,EMF的測量管道是一段無(wú)阻流擾動(dòng)件或節流件的光滑直管,不易發(fā)生堵塞、磨損等問(wèn)題。因此,EMF特別適用于含固體顆?;蚶w維的液固兩相流體,如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。
圖1 測量原理
2)由于沒(méi)有節流件,儀表幾乎無(wú)壓力損失,僅消耗10~20W的電功率,這點(diǎn)與節流的差壓式流量計相比,其節能效果成為EMF發(fā)展的一大優(yōu)勢。
3)EMF所得的體積流量,實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數以及在一定范圍內電導率變化的影響。
4)EMF測量范圍很大,通常為20∶1~50∶1,每個(gè)量程又可從2%~線(xiàn)性測量,EMF的測量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態(tài),這是其他流量計不能與之相比擬的。
5)測量原理是線(xiàn)性的,測量度高,反應速度快,可測脈動(dòng)流量和快速累積總量,可測正反雙向流量,傳感器前后直管段要求低。
6)耐腐蝕性能好,使用可靠,維護方便,壽命長(cháng)。
但是,EMF不能測量電導率很低的液體,如石油制品和有機溶劑等;不能測量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體;受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制,不能測量較高溫度的液體。
3 EMF的選型考慮要點(diǎn)
在石油化工設計中,要選擇適合的流量?jì)x表要考慮的因素很多,具體到EMF的特點(diǎn),重點(diǎn)要求考慮四個(gè)方面的因素,即儀表性能、流量特性、安裝條件和環(huán)境條件。
3.1 儀表性能
市場(chǎng)上EMF的功能差別也很大,簡(jiǎn)單的就只是測量單向流量,只輸出模擬信號帶動(dòng)后位儀表;多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動(dòng)核對和故障自診斷、與上位機通信和運動(dòng)組態(tài)等。有些型號儀表的串行數字通信功能可選多種通信接口和芯片(ASIC),以連接HART協(xié)議系統、PROFTBUS、Modbus、FF現場(chǎng)總線(xiàn)等。
EMF的口徑范圍比其他品種流量?jì)x表寬,如E+H公司提供W、P、H三種類(lèi)型的傳感器,分別應用于水和污水行業(yè)(W型),化工、食品行業(yè)(P型),食品、制藥行業(yè)(H型),口徑范圍從2毫米到2米。變送器可提供10、50、23、53多種選擇,10針對于水行業(yè)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟型,50為普通型,53為增強型,23為兩線(xiàn)制。精度可有0.5%,0.2%兩種選擇??蓽y正反雙向流量,也可測脈動(dòng)流量。
用于易粘附、沉積、結垢等介質(zhì),流速要求應不低于2m/s,提高到3~4m/s或以上,起到自清洗、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨蝕性強的流體,流速應低于2~3m/s,以降低襯里和電極的磨損。襯里、電極和接地環(huán)材料的選擇也很關(guān)鍵,可查閱適合不同介質(zhì)的有關(guān)“材料手冊”,如《自控常用材料器件手冊》。
3.2 流體特性
使用EMF的前提是被測液體必須是導電的,不能低于閾值(即下限值)。電導率低于閾值會(huì )產(chǎn)生測量誤差直至不能使用,超過(guò)閾值即使變化也可以測量,示值誤差變化不大,通用型EMF的閾值在10-4~(5×10-6)S/cm之間,視型號而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉換器間流量信號線(xiàn)長(cháng)度及其分布電容,制造廠(chǎng)使用說(shuō)明書(shū)中通常規定電導率相對應的信號線(xiàn)長(cháng)度。
工業(yè)用水及其水溶液的電導率大于10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問(wèn)題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問(wèn)題。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低,認為不能使用,然而實(shí)際工作中會(huì )遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類(lèi)雜質(zhì)對增加電導率有利。對于水溶液,資料中的電導率是用純水配比在實(shí)驗室測得的,實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比,電導率將比查得的要高,也有利于流量測量。
3.3 安裝條件
按EMF自身的轉換器與傳感器組裝方式分類(lèi),有分離型和一體型兩種。如在污水廠(chǎng)中大口徑流量計傳感器大多安裝在地下,所以建議選擇IP68(防塵防潛水級),如果安裝在地上,建議選擇IP67(防塵防濺水級)。小口徑以一體式為多。通常EMF對安裝場(chǎng)所要求有:a.測量混合相流體時(shí),選擇不會(huì )引起相分離的場(chǎng)所;測量雙組分液體時(shí),避免裝在混合尚未均勻的下游;測量化學(xué)反應管道時(shí),要裝在反應充分完成段的下游;盡量滿(mǎn)足前后直管段分別不小于5D和2D;
b.盡可能避免測量管內變成負壓;
c.選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所,特別對一體型儀表;
d.避免附近有大電機、大變壓器等,以免引起電磁場(chǎng)干擾;
e.易于實(shí)現傳感器單獨接地的場(chǎng)所;
f.盡可能避開(kāi)周?chē)h(huán)境有高濃度腐蝕性氣體;
g.盡可能避免受陽(yáng)光直照
3.4 環(huán)境條件
一般儀表應用于爆炸性危險環(huán)境應按標準GB3836.1《爆炸性環(huán)境電氣設備通用要求》的規定,選擇適應使用場(chǎng)所環(huán)境的氣氛、爆炸性混合物的分級分組、設備類(lèi)型以及其他安全規則或標準的儀表。另外,外界磁場(chǎng)、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點(diǎn)。
4 結束語(yǔ)
EMF使用方便,維護量小,主要是電極的清洗和更換,也有無(wú)電極型的EMF幾乎無(wú)需維護。當然對EMF定期進(jìn)行在線(xiàn)標定和檢查也是非常必要的。只要對EMF性能、特點(diǎn)有了全面深入的了解,有了應付各種工況的策略,EMF一定會(huì )成為化工測量中的得力助手。