摘要:着重介紹了(le)電磁流量計 的原(yuan)理、分類、特點及其(qí)安裝維護,并将其(qí)在化工領域的發(fa)展做了相應的分(fen)析,同時重點探讨(tǎo)了在實際石油化(huà)工工☂️程項🧑🏽‍🤝‍🧑🏻目中電(dian)磁流量計的典型(xing)應用案例。以MTO裝置(zhi)(甲醇制烯烴裝置(zhì))堿液、氨液、漿液管(guǎn)道和共用工程管(guan)道爲工程背景,爲(wei)電磁流量計的正(zheng)⚽确配置、選型提供(gòng)了可行的參考方(fāng)案。
　　在石油化工生(shēng)産過程中,至關重(zhong)要的環節就是流(liú)🤟體流❗量參數⭐的檢(jian)測與控制,關系到(dào)整個生産過程的(de)安🏃🏻全與質量。所以(yǐ)針對💜流量測量,如(rú)果能做到更爲高(gao)效、快速、及時、正确(què),就可以較爲顯著(zhe)地提高産品的品(pin)質、降低企業的成(chéng)本、提升企業安全(quán)生産和節能環保(bǎo)的能力。
　　電磁流量(liang)計傳感器沒有活(huó)動部件,具有無阻(zu)力,無😄壓損🌂的優點(dian),用于流量測量,可(ke)以盡可能減小工(gong)藝管道🛀内的阻力(li),且測量範圍大,測(cè)量精度高,符合現(xian)代工藝所倡導的(de)綠色、節能、降耗的(de)特點,因而電磁流(liu)量計在石油化工(gong)行業内得到較爲(wei)廣泛的認可,成了(le)業内用量較大的(de)流💰量儀表。但是電(diàn)磁流量計也有着(zhe)自身的使用、安裝(zhuāng)局限,所以以MTO裝置(zhi)堿液、氨液、漿液管(guan)道和共用工程管(guan)道爲工程背景,對(duì)電磁流量計的選(xuan)型和應👌用進行了(le)探讨。
1測量原理
　　電(diàn)磁流量計的工作(zuo)原理簡單來講就(jiù)是基于電磁感🧡應(ying)定律。工藝管道中(zhōng)的導電液體流過(guo)電磁流量計的磁(cí)感線時😘,由于導電(diàn)🐆液體切割磁感線(xian),導電液㊙️體中會産(chǎn)生感♋應電動勢,流(liu)量計中的傳感器(qi)會把電動勢測出(chū),由轉換器轉換計(ji)算出相應✏️的流量(liàng),達到測量目的。感(gǎn)應電動勢的方向(xiang)、磁場的方向、導電(diàn)液體的流動🤞方向(xiang)這三者是互相垂(chui)直的,如圖1所示。
 
　　感應電動(dong)勢U的計算公式如(rú)下:
U=kBDv
　　式中:U爲感應電(diàn)動勢(V);h爲系數;B爲磁(ci)感應強度(T);D爲測量(liàng)管内🚶徑(m);υ爲導電液(ye)體在磁場中運動(dong)的平均速度(m/s)。
2分類(lèi)
(1)電磁流量計按勵(li)磁方式進行分類(lèi),有直流、交流、矩形(xing).波勵🈲磁等。20世紀80年(nián)代以後,石油化工(gōng)行業比較常用的(de)是低頻矩🏃‍♂️形波勵(li)磁,它具有功耗小(xiao)，穩定性高，可抗工(gong)頻幹擾,性價比高(gāo)等特點。但是未來(lai)的電磁流量計的(de)發展方向會是雙(shuang)頻🎯矩形波勵磁,這(zhè)種勵磁方式橫河(hé)公司已率先📐應用(yòng)于流量🛀🏻計,它在低(di)頻的基礎上疊加(jia)了高頻矩形波,這(zhè)種形式使得流量(liang)計的快速響應性(xìng)得到了進一步提(ti)升,穩定性和精🤩度(du)上也更優。
(2)按組裝(zhuāng)形式進行分類,有(you)分體型和一體型(xing)。目前石油化工行(hang)業更爲常用的是(shi)一體型,但是當現(xian)場環境比較惡劣(liè)例如井🔴下.有強力(lì)振動的管道,或者(zhe)轉換器需✏️要安裝(zhuāng)在巡檢人員更易(yì)接近的場合就更(geng)需要 分體型電磁(ci)流量計 。
(3)按與管道(dao)的連接方式分類(lèi),有法蘭型、插人型(xíng)、夾持🎯型.等。法蘭☎️連(lian)接是傳統的連接(jie)方式同時也是石(shi)油化工行業最爲(wei)常用💚的連接方式(shi)。但是在一些管道(dào)相對較粗,或者安(ān)裝條件嚴苛的情(qing)況下,插人式流量(liang)計體積更小更有(you)利于維護則更适(shì)用。
(4)按電極與被測(ce)液體是否接觸分(fèn)類,有接觸型和非(fēi)☂️接🔅觸型。目前石油(yóu)化工行業常用的(de)還是接觸型的電(dian)磁流量計。但是這(zhe)種傳統的電磁流(liú)量計對所測的液(yè)體有電導🐪率的最(zui)低要求，且對一💞些(xie)黏度較大，易沉積(ji)的流體測量較爲(wei)困難,未來需要打(dǎ)破這種局限,非接(jie)觸型電磁流量計(jì)将會是發展趨勢(shì),所以電容式電磁(ci)流量計也就應運(yun)而生了。在國外🔞,一(yī)些大的流量計公(gōng)司可提供此類産(chan)品如Fisher.橫河、Krohne等。但是(shì)其結構的設計、信(xìn)号的檢測仍是當(dang)今的研究熱點和(hé)關鍵,且有待進一(yī)步優化。也正是因(yin)爲這些🌈成本、技術(shù)上的難點,電容式(shì)流量計距離大規(guī)模的商業化生産(chǎn)還有一定的距離(lí)。
3适用範圍和主要(yào)特點
　　電磁流量計(jì)廣泛用于導電液(yè)體的測量,可以測(cè)量像其他儀㊙️表不(bú)容易測量的一些(xiē)酸、堿、鹽等易結晶(jing)腐蝕的溶液,也⭐可(kě)以測量🐕漿液等對(duì)流量計磨損性大(da)的液固介質。當然(rán)也可以測量相對(duì)簡單的純水、污水(shuǐ)等液體。其主要特(tè)點如下💋:
(1)常用的 法(fǎ)蘭式電磁流量計(ji) 的測量管是一段(duan)無阻流檢測件的(de)直管,因而基本不(bu)會造成壓損,節能(neng)效果相對好。特别(bié)是在工藝管🐅道壓(yā)力不高或工藝對(dui)儀表壓損有限制(zhì)時采用更有利。
(2)傳(chuan)感器結構可靠。因(yin)無阻流檢測件,也(yě)不會堵塞。石油化(hua)工⭐行業中液體中(zhōng)經常會含有催化(huà)劑、結晶物等固💋體(ti)顆粒，所以電磁流(liu)🏃🏻‍♂️量計在測量液固(gu)兩相流體的情況(kuang)下也是有利的。
(3)測(ce)量範圍大。電磁流(liú)量計的量程比常(cháng)規大于10:1,最高可達(da)100:1,優☔勢🐆明顯,且可任(rèn)意改變量程。流速(su)範圍一般爲1~6m/s,也可(ke)擴展到0.5~10.0m/s。
(4)電磁流量(liàng)計所測體積流量(liang)與流體的自身特(te)性無關，也就♊是說(shuō)流體的溫度、壓力(li)、密度、黏度等不影(yǐng)響其測🧡量結✔️果。設(shè)液體體積流量爲(wèi)Qv,Qv=πD²υ/4,根據U=hBDυ,可以确定U=4kBQυ/πD。由(you)此得出,U與Q、呈線👣性(xing)關系🔞,流體的🌈體積(ji)流量與介質的物(wù)性無關🈲。所以電磁(ci)流量計在🐪測量導(dǎo)電介質的體積流(liú)量之前🔱隻要用最(zui)簡單的液體水标(biao)定即可,無需修正(zheng)。當然,這㊙️是在比較(jiào)理想的狀态下的(de)結論,工程上一般(ban)可以采🔞用近似的(de)方法進行計算,對(duì)于實際存在的偏(piān)差,可以🛀🏻通過儀表(biǎo)的标定☀️來進行彌(mi)補。.
4安裝及維護
4.1接(jiē)地
　　由于電磁流量(liang)計測量的電勢相(xiàng)對比較微弱,有一(yī)點幹擾可能會影(yǐng)響測量結果,所以(yǐ)要良好的接地以(yǐ)保✏️障其穩定工作(zuo)。通常接地是通過(guo)接地環或用金屬(shǔ)導線連通來實現(xian)
(1)接地環安裝于流(liú)量計的法蘭面上(shang),其内孔和導電液(ye)體㊙️接觸,環的邊緣(yuan)用導電材質接出(chu)并與轉換器信号(hao)連通。接地🌏環的材(cái)料也要能耐流體(ti)的磨損與腐蝕,通(tong)常與電極材質一(yī)緻。
(2)安裝在金屬管(guan)道中的電磁流量(liàng)計,在傳感器法蘭(lán)和用♋戶法蘭🤞之間(jian)采用金屬導線連(lian)通,作爲接地的安(an)裝🚶方式。
4.2直管段要(yào)求
　　在實際應用中(zhōng),電磁流量計前後(hòu)直管段都有一定(dìng)的要求來減少誤(wu)差。根據石油化工(gong)行業的經驗,大部(bu)分場合🐉,前直管段(duàn)大于🚶等于5D,後直管(guǎn)段大于等于3D即可(ke)。但是在某🧑🏽‍🤝‍🧑🏻些安裝(zhuāng)條件嚴苛，空間常(chang)常無法滿📐足的情(qíng)況下,後直管🈲段大(dà)于2D也能滿足測量(liàng)要求。
4.3安裝位置
(1)電(diàn)磁流量計不能用(yòng)于低導電率液體(ti)測量(電導率不🔴低(dī)于5x10-6S/cm的流體,例如石(shi)油化工行業中的(de)石油制品、除鹽水(shui)、有機溶劑等。也不(bu)能測量氣體、蒸汽(qì)以及黏度特别👄大(da)的液體。
(2)由于電磁(cí)流量計一般不用(yong)于較高、較低溫度(dù)工況。如.不可避免(mian),可參考表1~2對電極(jí)和襯裏的材料做(zuo)相📐應的選擇。
(3)電磁(ci)流量計安裝的管(guan)道應是介質完全(quan)充滿的管道,保證(zheng)電⛹🏻‍♀️極浸入。
(4)電磁流(liú)量計的測量管中(zhōng)如果出現氣體聚(jù)集或有氣泡現象(xiang)時,此時測量誤差(cha)會增大,所以要盡(jìn)量将流量🌂計安裝(zhuāng)于低位，盡量避開(kai)安裝在管道的最(zui)高點。
(5)盡量避免安(ān)裝在有振動的地(dì)方,如果不可避免(mian),可選擇加固管道(dào)和傳感器,以減輕(qing)振動帶來的影響(xiang)。
(6)盡量避免安裝在(zài)電磁場或者電磁(ci)場變化劇烈的💃地(di)方，如大型變壓器(qì)、電機等強電磁設(she)備附近(5)
(7)當選擇 插(cha)入電磁流量計 且(qie)管道是水平或傾(qing)斜時,探頭插入的(de)位置應在管道中(zhong)心📧線平面上下45°的(de)範圍内,且探頭的(de)中心線應與管道(dào)中心線垂直。
5應用(yòng)案例分析
5.1在MTO裝置(zhi)中的應用
　　以甲醇(chun)制烯烴裝置(MTO裝置(zhi))爲例，介紹在實際(jì)石油化工行業中(zhōng)電磁流量計的若(ruo)幹應用。在設計中(zhōng)分别在自烯烴🔞分(fen)離裝置流人的20%堿(jian)液管道、氨水管道(dào)、至廢液處㊙️理單元(yuan)循環漿液管道上(shàng)設置電磁流量計(ji)🏃‍♀️。這些管道中介質(zhi)的特點是:髒、污流(liu)體,且具有一定🔴的(de)腐蝕性磨損性,并(bing)且均爲導電流體(tǐ)。同時,工藝管道壓(yā)力普遍不高,壓力(lì)損失盡💯量小，且要(yao)求儀表測量精度(du)又🔞相對較高。鑒于(yu)上述工況特點及(ji)要求,選用了電磁(cí)流量計來滿足工(gong)藝測量。由于電磁(cí)流量♊計電極和襯(chen)裏與介質直接接(jie)⛹🏻‍♀️觸,根據項目實際(ji)情況,尤其是介質(zhì)的🏃‍♀️特性,選✂️擇合适(shì)的電極材料和襯(chen)裏材料尤爲關鍵(jian)。
5.1.1根據被測介質的(de)腐蝕性特性選擇(ze)電極材料
　　電磁流(liú)量計中的電極起(qi)着重要的傳輸電(dian)信号的🈲作用。電信(xin)🛀号的傳遞是否正(zheng)确,關系到整個電(dian)磁流量計精度、精(jīng)度⛹🏻‍♀️,是至關重要的(de)一個環節。而信号(hào)傳遞的正确率主(zhǔ)要的影響因素是(shì)電極表面質量及(jí)材料性能,所以不(bu)同♍的介質流量應(ying)選擇與之相适應(ying)的電極材料,這樣(yang)才能盡可能保證(zhèng)測量的正确率,同(tong)時延長整個流量(liàng)計的使用壽命。表(biao)1是石油化工行業(ye)常見電極材料的(de)耐腐蝕性能,針對(duì)上述裝🧑🏽‍🤝‍🧑🏻置,20%堿液和(he)氨液屬于😄強腐蝕(shí)介質,選用哈氏合(hé)金作爲電極材料(liào)。循環漿液的腐蝕(shí)性不高，則選用304L不(bu)鏽鋼作爲電極材(cái)料,這樣選擇滿足(zu)測量要求正确率(lǜ)和經濟性要求,儀(yí)表運行至今效果(guo)良好。
 
5.1.2根據被測介(jiè)質的磨損性及溫(wēn)度來選擇村裏材(cai)料
　　襯裏敷設于流(liu)量計測量管内側(cè),襯裏必須是電絕(jué)緣材料。根據表2石(shí)油化工行業常見(jiàn)襯裏材料的性能(néng),在20%堿液🈲管道、氨水(shui)管道上,電磁流量(liang)計選用PTFE作爲襯裏(lǐ)材料,介質的溫度(du)也在PTFE的♍适用範圍(wei)之内。PTFE是石油化工(gong)行業比較常用的(de)襯裏材料。但是👌循(xun)環漿液因爲介質(zhì)可能含有催化👄劑(ji)等雜質,選擇聚氨(ān)酯橡膠性能尚可(kě)🧡,且耐磨性相當于(yu)天然橡膠的10倍，但(dàn)是它的缺點是耐(nài)溫♋太低;氯🔞丁橡膠(jiāo)更✔️适合大口徑的(de)傳感器，所以針對(dui)循環漿液就最好(hao)選用PFA作爲襯裏材(cai)料,提高其耐磨性(xing)。這種選擇使得裝(zhuang)置運行效果❄️安全(quan)且高效。
 
5.2在公用工(gōng)程部分的應用
　　目(mu)前正在建設中或(huò)已建成的石油化(hua)工裝置中,公用🔴工(gong)程部分循環冷水(shuǐ)管道、新鮮水管道(dao)通常選用電磁⁉️流(liú)量計來測量流量(liàng)。管道的主要特點(dian)是:循環冷水管道(dao)工藝🚶管徑大、壓力(li)低、水中含🐕有氯化(hua)物等腐蝕性介質(zhì);且循環冷水管道(dao)🏃🏻‍♂️和新鮮水管道經(jing)常敷設在地面以(yi)下。這就要求流量(liang)計首先安裝方便(biàn),電磁流量計可🔞水(shuǐ)平.垂直或傾斜任(rèn)意角度安裝。但是(shi)在這種場合選❓用(yong)電磁流量計需注(zhu)意:
(1)需維護方便,電(dian)磁流量計應選用(yòng)分體式,傳感器裝(zhuang)于工藝管道,轉換(huan)器可裝在傳感器(qì)附近或儀表室,相(xiang)距數十👅到數百米(mǐ)。這樣,轉換器既可(kě)放在地面以上,也(yě)可遠離相對惡劣(liè)🈚的現場環境,電子(zǐ)部件的檢查、調整(zheng)和設定比較方便(biàn)。但是在安裝過程(cheng)中,對敷線的要求(qiu)就比較嚴格,否則(zé)易引人幹擾信号(hào)。
(2)根據國标CB/T4208-20176],關于外(wai)殼防護等級的标(biāo)準爲:IP65爲防噴水型(xing)😍,IP66爲防止猛♌烈噴水(shui)型,IP67爲短時間防浸(jin)水型,IP68爲連續浸水(shui)💘型，能長期在水中(zhong)工♈作。循環冷水管(guan)道和新鮮水管道(dào)常敷設在地面以(yi)下,一般會設⛹🏻‍♀️置儀(yi)表井來安裝電磁(cí)♈流量計的傳感單(dān)元,因此此種工況(kuàng)下,電磁流量計的(de)傳感器的外⁉️殼防(fáng)護等級應選IP68。
6結束(shu)語
　　電磁流量計具(ju)有精度高、可測範(fàn)圍大、壓損小、可靠(kào)☔性🍓好、使用方♈便、維(wei)護量小等特點,在(zài)石油化工行業♋得(de)到了廣🌈泛的應用(yòng)。但同時也因爲其(qí)本身的--些局限性(xìng),要求用戶在正确(que)地選擇🥵和應用✊電(diàn)磁流量計之前應(yīng)充分掌握測量工(gong)況的各項條件及(jí)其流量計本身的(de)各🐆項要求。隻有這(zhe)樣才能正💃🏻确地選(xuǎn)擇、應用電磁流.量(liang)計🈚,保證測量精度(du)☔,爲安全生産打📐下(xià)堅實的基礎。

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