电磁流量计在工业上的应用

亓潇(中海壳牌石油化工有限公司，广东 惠州 516086)

0 引言

流量计大部分用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表设备。流量计是计量科学技术的重要组成部分。流量计广泛应用于国防建设、工农业生产、科学研究对外贸易以及人民生活等各个领域。如果没有流量计量，那么工业将无法正常的生产，也无法保证工业的贸易来往。在化工行业，流量计量不准确会造成化学组分无法达到标准要求，产品质量就无法得到保障，更严重的还可能会导致生产安全事故。在工业生产中，液体、气体、蒸汽等介质流量的测量和调节十分重要。流量计量的准确与否对工业生产意义重大，随着科技不断的发展，在工业的应用上流量测量的准确性已经成为保障安全运行的重要因素[1]。

1 流量计的种类

(1)按测量原理分类：力学原理、电学原理、热学原理、光学原理、声学原理、原子物理学原理等。(2)按测量结构原理分类：容积式流量计、压差式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计等。

2 电磁流量计的历史

电磁流量计是采用法拉第电磁感应定律原理制作而成的一种可以测量导电液体体积流量的仪表设备。20世纪50 年代初电磁流量计实现了产业化应用，70 年代后期低频矩形波励磁替换了早期应用的工频交流励磁方式，得到更为广泛的应用。近年来，电磁流量计的应用更为广泛，给排水工程，固液两相等难测流体或要求较高的场，如：造纸产业纸浆液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学产业的强侵蚀液以及钢铁产业高炉冷却水控制和监控，医药产业、食物产业、生物工程等有卫生要求的场所均有较好的应用。

3 电磁流量计的基本原理

测量原理是基于法拉第电磁感应定律。即：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电动势，其感应电势 E 为：

式中：K为仪表常数；B为磁感应强度；V为测量管截面内的平均流速；D为测量管的内径。

在电磁流量计测量流量时，流体流过垂直于流动方向时产生磁场，导电性液体的流动感应出一个与平均流速(亦即体积流量)成正比的电压，其感应电压信号通过两个与液体直接接触的电极检出，并通过专用信号电缆传送至信号放大器，最终转换成统一的输出信号。

4 电磁流量计的优势

(1)测量不受流体密度、黏度、温度、压力等工况条件的影响；(2)测量管内任何无节流元件，所以介质流过时，不会造成压损，直管段要求与其他形式流量计相比相对较低；(3)具有良好的耐腐蚀和耐磨损特性；(4)功耗相对其他形式的流量计相对较低、零点稳定、精确度较高；(5)多种安装形式可以便于用户进行选择，例如：一体式、分体式、挂墙式等；(6)流量计可以双向测量，可显示正、反向流量，并具有多种输出选择，如：电流、脉冲、数字通讯、HART等。

5 电磁流量计的劣势

(1)无法测量气体、蒸汽以及含有大量气体的介质；(2)基本无法测量电导率很低或者不导电的液体介质；(3)会受到周围强磁场的影响。

6 电磁流量计的选用

6.1 电极

一般情况下，测量介质不结晶、不沾污电极的介质可选用标准电极；如测量介质含有腐蚀性，应根据被测介质的腐蚀特性进行选择，如介质混杂建议进行挂片测试以防盲目选择材质带来不必要的经济损失及安全风险。

举例如下：工业上的用水、原水、下水、污水、稀酸、稀碱等弱腐蚀性酸、碱、盐，建议选用316L材质；海水、盐水、弱酸、弱碱建议选用哈式合金材质；沸点的盐酸、硝酸、硫酸强腐蚀性建议选用钽材质。

6.2 衬里

应根据被测介质的腐蚀性，介质磨损特性及介质运行温度范围进行选择。例如：-40～180 ℃，酸碱等强腐蚀性介质，卫生类介质建议选用PTFE材质。-5～80 ℃，一般的水、污水、泥浆、矿浆，建议选用氯丁橡胶材质。

6.3 防护等级的要求

根据国标GB 4208—2017与国际电工委员会 IEC 标准(IEC 529—76)关于外壳防护等级为：IPXX，第一位代表的是防尘等级，考虑到工业生产中恶劣的环境与不定因素，我们在工业使用中基本选择的都是IP6X，6数字代表完全防止外物及灰尘。所以基本在防护等级上选择IP65IP66IP67IP68，在工业中我们基本选择IP67和IP68的较多，7数字代表在深达1 m的水中防30 min的浸泡影响，8代表在深度超过1 m的水中防持续浸泡影响[2]。

6.4 接地环

普通接地环，保护接地环，用于保护 PTFE 翻边不受损伤及带颈接地环，适用于磨损性介质，保护端部衬里，延长传感器寿命(建议与仪表一起订货和标定，否则可能影响精度)，接地环材质：不锈钢、哈氏合金、钽等。

6.5 安装方式

一体式、分体式或者挂墙式。

6.6 电极形式

标准型或刮刀型。

6.7 电源选择

220 VAC或24 VDC。

6.8 防爆等级

AEPSATEX等。

7 电磁流量计选用及应用的经验

当电磁流量计到货之后，务必第一时间安排人员对其组织进行验收，其中到货检查有几点需格外注意。铭牌的检查务必确认其参数是否齐全，参数与设计规格书及计算书规格一致，其中参数一般包括但不限于：产品制造厂名称、产品规格型号、出厂编号、公称通径、流量范围、精度等级、流量计特性系数、防爆等级、防护等级、制造年月等参数。外观检查时需要注意不得出现毛刺、刻痕、裂纹、锈蚀、霉斑、涂层不允许有起皮、剥落的现象。

法兰密封面无任何损伤。如果条件允许可以用754连接变送器检查设置参数确保与设计规格书及计算规格书参数一致，另务必注意K系数是否与铭牌一致，生产日期是否与铭牌一致，以防出现返修的产品。随机合格证书及检定或标定证书是否齐全且合格，随机备件是否齐全且合格。供电电压是否与设计规格书或计算书保持一致。变送器及传感器盖是否盖紧，孔洞是否封堵合格，传感器及变送器专用电缆是否提供，且无任何损伤。如检查发现任何问题，务必在第一时间将验收情况反馈给商务部门，要求其尽快答复，避免因为处理或者更换时间过长影响现场的安装及施工。

(1)电极的材质选用并不是绝对的，当选型时除了考虑设计的介质外，也要充分考虑是否存在其他介质的可能，是否存在介质发生改变或者浓度发生改变的情况，评估后再做选择，避免造成设备损坏的风险。我们在选用时经常会忽略可能存在的介质，这导致后期投用介质后很快就无法正常使用，二次选型来解决投入的成本也会更高，而且更重要的还面临着工艺是否具备隔离的条件，此问题会给贸易计量或成本核算带来巨大困难。解决办法：在项目详细设计阶段时，首先工艺介质要由设计院工艺专业和有生产运行经验的业主共同确认后再反馈给仪表专业进行选型确认，尤其明确浓度范围，这是材质选择的关键部分，同时也要充分考虑材质的投资成本。

(2)衬里材质的选择，很多会忽略掉耐磨性，一般在设计规格书中并不会明确支持介质的特性，盲目地选用材质会大大缩短电磁流量计的使用寿命。解决办法：除正常的原水、循环水、酸、碱等以外的介质，需要格外注意，如设计院未明确，且自己不了解介质特性时需格外注意。需向设计院和有生产运行经验的业主咨询，之后再进行选型。同时也要充分考虑材质的投资成本，衬里材质不同会导致不同电磁流量计的价格偏差很大。

(3)防护等级的应用，经过多年应用建议，户外露天的选择最好为IP67，液下使用或者阀井内的选择最好为IP68，特别提示有很多阀门井内设计防护等级是IP67，但在应用时发现流量计安装位置频繁出现阀门井内渗漏，或者下雨存积井内导致电磁流量计传感器长期处于水下，这导致仪表元件的损坏危害性最大。

(4)接地环的选择，很多工厂为了便于安装也为了节约成本基本不选择配备接地环，自己安排施工单位在法兰面焊接两处螺钉，供连接等电势线使用。此方案也可接受，但务必注意焊接时对衬里的保护，高温会导致衬里的破坏，如局部处理破坏会导致在介质投用后无法正常使用，有腐蚀的介质也会很快将衬里损坏后面的壳体穿孔，存在安全风险。另焊接螺钉处，需注意防腐措施，我们会经常发现现场电磁流量计的迅速腐蚀都源自于焊接螺钉，基本都是焊接后破坏了原防腐涂层，施工后又不进行防腐导致，尤其是在存在酸雾区域更为明显。如果工艺管道是绝缘材质，那么建议要配备接地环。信号源参考零电位，使被测介质与大地相连通抗外界干扰。接地点离传感器越近越好，绝不能与其他设备接地点相连接，要求接地电阻≤10 Ω。接地要求电磁流量计变送器外壳、屏蔽线、测量导管及变送器两端的管道都要接地且单独设置接地点，绝不能接在电机电气等公用地线或上下水管道上；转换器部分已通过电缆线接地，无须再行接地，以免因电位不同而引入干扰。

(5)安装方式可以根据需求自行选择，如没有特殊要求，建议选择分体式，根据使用经验，虽然分体式增加了接线的环节以及安装分体式变送器的工作量。但对于后期维护来讲十分便利，因为在应用中有一些一体式的电磁流量计安装位置对维护工作不便利，可能面临需要搭设脚手架或者进入受限空间作业，这不但增加了维修工时，也增加了作业的风险，同时对于操作人员现场巡检时，可以随时观察到现场的电磁流量计指示。当然如果工厂具有PRM管理系统，无论哪种安装方式都可以。

(6)电极形式一般建议选择厂家的标准形式，对于污泥的工况有些设计院会设计带有挂刀功能的形式，所谓刮刀电极就是可以在工艺正常运行时可以手动机械清理附着于电极表面的沾污物。目前也有一些厂家可以生产在工艺运行的条件下将电极拆卸安装的功能，这两种功能在某些情况会有一定的作用，但是对于维护来讲，因为增加了附件也就是增加了维修的环节和精密封点，同时带来的就是故障率的增加，某些方面增加了维修的成本。

(7)供电选择根据设计院的要求执行即可，但仍然建议可以在详设阶段能够确认电缆的路由距离，如果距离过长将导致电压衰减，电磁流量计无法正常使用，这也是我们在新建项目中常见的一种情况。

(8)防爆级别和要求根据设计院提供的防爆区域等级要求选型即可。

(9)现场施工单位的安装不满足电磁流量计的要求，此问题大多存在于新建工厂和改扩建装置，施工单位基本都是按图施工，施工后电磁流量计投用，介质因为不满管的情况导致无法正常使用。此问题一直困扰用户，导致后期需要调整电磁流量计位置或者变更管线走向既增大了施工量，也带来了不必要的损失。

解决办法：设计院在基础设计时需要明确提出电磁流量计直管段要求及满管要求，在现场施工安装时需仪表专业人员及有生产运行经验的业主共同确认是否保证满管，如确认无法满足申请设计变更进行管线的调整。在PID图审查时我们需对几点格外关注，安装要在控制阀门前，在泵的后面进行安装。另注意电磁流量计的直管段要求，一般是以电极为起点，以前有很多施工人员一直是以法兰进行计算是一种误解。如果具备条件建议垂直安装，使介质自下而上流经仪表。如不能垂直安装，水平安装也可以，但要保证两电极在同一水平面上。当被测介质中固体颗粒多时，应垂直安装使衬里不受磨损(水平安装会造成局部磨损)。流量计安装使用时，不能在负压的情况下使用。因为变送器的衬里容易剥落，所以流量计只能在正压的工艺管线上安装使用。

(10)在施工安装电磁流量计时我们会常见到在紧固法兰连接的螺栓时造成衬里的翻边位置损坏，日后会很容易的导致泄漏或腐蚀，这就要求我们在安装电磁流量计时，衬里的翻边会在受到压力作用下变形，安装时务必要将螺栓均匀的拧紧，如果有条件建议使用扭矩扳手进行安装。

(11)在介质投用后即使流量指标稳定，也建议现场对电磁流量计的振动情况进行检查，如果在这种工况下长时间运行会导致后续带来的危害，例如：电气元件的损伤、接线端子的松动、法兰的泄漏等。

8 结语

综上所述，工业上合理地选用电磁流量计且保证长期可靠的应用关键的核心在于确认好设计工况参数，这样才能保证在电磁流量计选型时是准确可靠的，到货后严格执行验收标准，安装及施工注意事项严格按照厂家指导要求进行，相信电磁流量计在日后长时间的工业应用中会展现出准确且可靠的特性。