亓瀟(中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

流量計大部分用于測量管道或明渠中流體流量的一種儀表設(shè)備。流量計是計量科學技術(shù)的重要組成部分。流量計廣泛應用于國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究對外貿(mào)易以及人民生活等各個領(lǐng)域。如果沒有流量計量，那么工業(yè)將無法正常的生產(chǎn)，也無法保證工業(yè)的貿(mào)易來往。在化工行業(yè)，流量計量不準確會造成化學組分無法達到標準要求，產(chǎn)品質(zhì)量就無法得到保障，更嚴重的還可能會導致生產(chǎn)安全事故。在工業(yè)生產(chǎn)中，液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)流量的測量和調(diào)節(jié)十分重要。流量計量的準確與否對工業(yè)生產(chǎn)意義重大，隨著科技不斷的發(fā)展，在工業(yè)的應用上流量測量的準確性已經(jīng)成為保障安全運行的重要因素[1]。

1 流量計的種類

(1)按測量原理分類：力學原理、電學原理、熱學原理、光學原理、聲學原理、原子物理學原理等。(2)按測量結(jié)構(gòu)原理分類：容積式流量計、壓差式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、渦街流量計、質(zhì)量流量計等。

2 電磁流量計的歷史

電磁流量計是采用法拉第電磁感應定律原理制作而成的一種可以測量導電液體體積流量的儀表設(shè)備。20世紀50 年代初電磁流量計實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用，70 年代后期低頻矩形波勵磁替換了早期應用的工頻交流勵磁方式，得到更為廣泛的應用。近年來，電磁流量計的應用更為廣泛，給排水工程，固液兩相等難測流體或要求較高的場，如：造紙產(chǎn)業(yè)紙漿液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學產(chǎn)業(yè)的強侵蝕液以及鋼鐵產(chǎn)業(yè)高爐冷卻水控制和監(jiān)控，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、食物產(chǎn)業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所均有較好的應用。

3 電磁流量計的基本原理

測量原理是基于法拉第電磁感應定律。即：導電液體在磁場中作切割磁力線運動時，導體中產(chǎn)生感應電動勢，其感應電勢 E 為：

式中：K為儀表常數(shù)；B為磁感應強度；V為測量管截面內(nèi)的平均流速；D為測量管的內(nèi)徑。

在電磁流量計測量流量時，流體流過垂直于流動方向時產(chǎn)生磁場，導電性液體的流動感應出一個與平均流速(亦即體積流量)成正比的電壓，其感應電壓信號通過兩個與液體直接接觸的電極檢出，并通過專用信號電纜傳送至信號放大器，最終轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號。

4 電磁流量計的優(yōu)勢

(1)測量不受流體密度、黏度、溫度、壓力等工況條件的影響；(2)測量管內(nèi)任何無節(jié)流元件，所以介質(zhì)流過時，不會造成壓損，直管段要求與其他形式流量計相比相對較低；(3)具有良好的耐腐蝕和耐磨損特性；(4)功耗相對其他形式的流量計相對較低、零點穩(wěn)定、精確度較高；(5)多種安裝形式可以便于用戶進行選擇，例如：一體式、分體式、掛墻式等；(6)流量計可以雙向測量，可顯示正、反向流量，并具有多種輸出選擇，如：電流、脈沖、數(shù)字通訊、HART等。

5 電磁流量計的劣勢

(1)無法測量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的介質(zhì)；(2)基本無法測量電導率很低或者不導電的液體介質(zhì)；(3)會受到周圍強磁場的影響。

6 電磁流量計的選用

6.1 電極

一般情況下，測量介質(zhì)不結(jié)晶、不沾污電極的介質(zhì)可選用標準電極；如測量介質(zhì)含有腐蝕性，應根據(jù)被測介質(zhì)的腐蝕特性進行選擇，如介質(zhì)混雜建議進行掛片測試以防盲目選擇材質(zhì)帶來不必要的經(jīng)濟損失及安全風險。

舉例如下：工業(yè)上的用水、原水、下水、污水、稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸、堿、鹽，建議選用316L材質(zhì)；海水、鹽水、弱酸、弱堿建議選用哈式合金材質(zhì)；沸點的鹽酸、硝酸、硫酸強腐蝕性建議選用鉭材質(zhì)。

6.2 襯里

應根據(jù)被測介質(zhì)的腐蝕性，介質(zhì)磨損特性及介質(zhì)運行溫度范圍進行選擇。例如：-40～180 ℃，酸堿等強腐蝕性介質(zhì)，衛(wèi)生類介質(zhì)建議選用PTFE材質(zhì)。-5～80 ℃，一般的水、污水、泥漿、礦漿，建議選用氯丁橡膠材質(zhì)。

6.3 防護等級的要求

根據(jù)國標GB 4208—2017與國際電工委員會 IEC 標準(IEC 529—76)關(guān)于外殼防護等級為：IPXX，第一位代表的是防塵等級，考慮到工業(yè)生產(chǎn)中惡劣的環(huán)境與不定因素，我們在工業(yè)使用中基本選擇的都是IP6X，6數(shù)字代表完全防止外物及灰塵。所以基本在防護等級上選擇IP65IP66IP67IP68，在工業(yè)中我們基本選擇IP67和IP68的較多，7數(shù)字代表在深達1 m的水中防30 min的浸泡影響，8代表在深度超過1 m的水中防持續(xù)浸泡影響[2]。

6.4 接地環(huán)

普通接地環(huán)，保護接地環(huán)，用于保護 PTFE 翻邊不受損傷及帶頸接地環(huán)，適用于磨損性介質(zhì)，保護端部襯里，延長傳感器壽命(建議與儀表一起訂貨和標定，否則可能影響精度)，接地環(huán)材質(zhì)：不銹鋼、哈氏合金、鉭等。

6.5 安裝方式

一體式、分體式或者掛墻式。

6.6 電極形式

標準型或刮刀型。

6.7 電源選擇

220 VAC或24 VDC。

6.8 防爆等級

AEPSATEX等。

7 電磁流量計選用及應用的經(jīng)驗

當電磁流量計到貨之后，務必第一時間安排人員對其組織進行驗收，其中到貨檢查有幾點需格外注意。銘牌的檢查務必確認其參數(shù)是否齊全，參數(shù)與設(shè)計規(guī)格書及計算書規(guī)格一致，其中參數(shù)一般包括但不限于：產(chǎn)品制造廠名稱、產(chǎn)品規(guī)格型號、出廠編號、公稱通徑、流量范圍、精度等級、流量計特性系數(shù)、防爆等級、防護等級、制造年月等參數(shù)。外觀檢查時需要注意不得出現(xiàn)毛刺、刻痕、裂紋、銹蝕、霉斑、涂層不允許有起皮、剝落的現(xiàn)象。

法蘭密封面無任何損傷。如果條件允許可以用754連接變送器檢查設(shè)置參數(shù)確保與設(shè)計規(guī)格書及計算規(guī)格書參數(shù)一致，另務必注意K系數(shù)是否與銘牌一致，生產(chǎn)日期是否與銘牌一致，以防出現(xiàn)返修的產(chǎn)品。隨機合格證書及檢定或標定證書是否齊全且合格，隨機備件是否齊全且合格。供電電壓是否與設(shè)計規(guī)格書或計算書保持一致。變送器及傳感器蓋是否蓋緊，孔洞是否封堵合格，傳感器及變送器專用電纜是否提供，且無任何損傷。如檢查發(fā)現(xiàn)任何問題，務必在第一時間將驗收情況反饋給商務部門，要求其盡快答復，避免因為處理或者更換時間過長影響現(xiàn)場的安裝及施工。

(1)電極的材質(zhì)選用并不是絕對的，當選型時除了考慮設(shè)計的介質(zhì)外，也要充分考慮是否存在其他介質(zhì)的可能，是否存在介質(zhì)發(fā)生改變或者濃度發(fā)生改變的情況，評估后再做選擇，避免造成設(shè)備損壞的風險。我們在選用時經(jīng)常會忽略可能存在的介質(zhì)，這導致后期投用介質(zhì)后很快就無法正常使用，二次選型來解決投入的成本也會更高，而且更重要的還面臨著工藝是否具備隔離的條件，此問題會給貿(mào)易計量或成本核算帶來巨大困難。解決辦法：在項目詳細設(shè)計階段時，首先工藝介質(zhì)要由設(shè)計院工藝專業(yè)和有生產(chǎn)運行經(jīng)驗的業(yè)主共同確認后再反饋給儀表專業(yè)進行選型確認，尤其明確濃度范圍，這是材質(zhì)選擇的關(guān)鍵部分，同時也要充分考慮材質(zhì)的投資成本。

(2)襯里材質(zhì)的選擇，很多會忽略掉耐磨性，一般在設(shè)計規(guī)格書中并不會明確支持介質(zhì)的特性，盲目地選用材質(zhì)會大大縮短電磁流量計的使用壽命。解決辦法：除正常的原水、循環(huán)水、酸、堿等以外的介質(zhì)，需要格外注意，如設(shè)計院未明確，且自己不了解介質(zhì)特性時需格外注意。需向設(shè)計院和有生產(chǎn)運行經(jīng)驗的業(yè)主咨詢，之后再進行選型。同時也要充分考慮材質(zhì)的投資成本，襯里材質(zhì)不同會導致不同電磁流量計的價格偏差很大。

(3)防護等級的應用，經(jīng)過多年應用建議，戶外露天的選擇最好為IP67，液下使用或者閥井內(nèi)的選擇最好為IP68，特別提示有很多閥門井內(nèi)設(shè)計防護等級是IP67，但在應用時發(fā)現(xiàn)流量計安裝位置頻繁出現(xiàn)閥門井內(nèi)滲漏，或者下雨存積井內(nèi)導致電磁流量計傳感器長期處于水下，這導致儀表元件的損壞危害性最大。

(4)接地環(huán)的選擇，很多工廠為了便于安裝也為了節(jié)約成本基本不選擇配備接地環(huán)，自己安排施工單位在法蘭面焊接兩處螺釘，供連接等電勢線使用。此方案也可接受，但務必注意焊接時對襯里的保護，高溫會導致襯里的破壞，如局部處理破壞會導致在介質(zhì)投用后無法正常使用，有腐蝕的介質(zhì)也會很快將襯里損壞后面的殼體穿孔，存在安全風險。另焊接螺釘處，需注意防腐措施，我們會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場電磁流量計的迅速腐蝕都源自于焊接螺釘，基本都是焊接后破壞了原防腐涂層，施工后又不進行防腐導致，尤其是在存在酸霧區(qū)域更為明顯。如果工藝管道是絕緣材質(zhì)，那么建議要配備接地環(huán)。信號源參考零電位，使被測介質(zhì)與大地相連通抗外界干擾。接地點離傳感器越近越好，絕不能與其他設(shè)備接地點相連接，要求接地電阻≤10 Ω。接地要求電磁流量計變送器外殼、屏蔽線、測量導管及變送器兩端的管道都要接地且單獨設(shè)置接地點，絕不能接在電機電氣等公用地線或上下水管道上；轉(zhuǎn)換器部分已通過電纜線接地，無須再行接地，以免因電位不同而引入干擾。

(5)安裝方式可以根據(jù)需求自行選擇，如沒有特殊要求，建議選擇分體式，根據(jù)使用經(jīng)驗，雖然分體式增加了接線的環(huán)節(jié)以及安裝分體式變送器的工作量。但對于后期維護來講十分便利，因為在應用中有一些一體式的電磁流量計安裝位置對維護工作不便利，可能面臨需要搭設(shè)腳手架或者進入受限空間作業(yè)，這不但增加了維修工時，也增加了作業(yè)的風險，同時對于操作人員現(xiàn)場巡檢時，可以隨時觀察到現(xiàn)場的電磁流量計指示。當然如果工廠具有PRM管理系統(tǒng)，無論哪種安裝方式都可以。

(6)電極形式一般建議選擇廠家的標準形式，對于污泥的工況有些設(shè)計院會設(shè)計帶有掛刀功能的形式，所謂刮刀電極就是可以在工藝正常運行時可以手動機械清理附著于電極表面的沾污物。目前也有一些廠家可以生產(chǎn)在工藝運行的條件下將電極拆卸安裝的功能，這兩種功能在某些情況會有一定的作用，但是對于維護來講，因為增加了附件也就是增加了維修的環(huán)節(jié)和精密封點，同時帶來的就是故障率的增加，某些方面增加了維修的成本。

(7)供電選擇根據(jù)設(shè)計院的要求執(zhí)行即可，但仍然建議可以在詳設(shè)階段能夠確認電纜的路由距離，如果距離過長將導致電壓衰減，電磁流量計無法正常使用，這也是我們在新建項目中常見的一種情況。

(8)防爆級別和要求根據(jù)設(shè)計院提供的防爆區(qū)域等級要求選型即可。

(9)現(xiàn)場施工單位的安裝不滿足電磁流量計的要求，此問題大多存在于新建工廠和改擴建裝置，施工單位基本都是按圖施工，施工后電磁流量計投用，介質(zhì)因為不滿管的情況導致無法正常使用。此問題一直困擾用戶，導致后期需要調(diào)整電磁流量計位置或者變更管線走向既增大了施工量，也帶來了不必要的損失。

解決辦法：設(shè)計院在基礎(chǔ)設(shè)計時需要明確提出電磁流量計直管段要求及滿管要求，在現(xiàn)場施工安裝時需儀表專業(yè)人員及有生產(chǎn)運行經(jīng)驗的業(yè)主共同確認是否保證滿管，如確認無法滿足申請設(shè)計變更進行管線的調(diào)整。在PID圖審查時我們需對幾點格外關(guān)注，安裝要在控制閥門前，在泵的后面進行安裝。另注意電磁流量計的直管段要求，一般是以電極為起點，以前有很多施工人員一直是以法蘭進行計算是一種誤解。如果具備條件建議垂直安裝，使介質(zhì)自下而上流經(jīng)儀表。如不能垂直安裝，水平安裝也可以，但要保證兩電極在同一水平面上。當被測介質(zhì)中固體顆粒多時，應垂直安裝使襯里不受磨損(水平安裝會造成局部磨損)。流量計安裝使用時，不能在負壓的情況下使用。因為變送器的襯里容易剝落，所以流量計只能在正壓的工藝管線上安裝使用。

(10)在施工安裝電磁流量計時我們會常見到在緊固法蘭連接的螺栓時造成襯里的翻邊位置損壞，日后會很容易的導致泄漏或腐蝕，這就要求我們在安裝電磁流量計時，襯里的翻邊會在受到壓力作用下變形，安裝時務必要將螺栓均勻的擰緊，如果有條件建議使用扭矩扳手進行安裝。

(11)在介質(zhì)投用后即使流量指標穩(wěn)定，也建議現(xiàn)場對電磁流量計的振動情況進行檢查，如果在這種工況下長時間運行會導致后續(xù)帶來的危害，例如：電氣元件的損傷、接線端子的松動、法蘭的泄漏等。

8 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)上合理地選用電磁流量計且保證長期可靠的應用關(guān)鍵的核心在于確認好設(shè)計工況參數(shù)，這樣才能保證在電磁流量計選型時是準確可靠的，到貨后嚴格執(zhí)行驗收標準，安裝及施工注意事項嚴格按照廠家指導要求進行，相信電磁流量計在日后長時間的工業(yè)應用中會展現(xiàn)出準確且可靠的特性。