電磁流量計(jì)的工作原理是根據(jù)法拉第的電磁感應(yīng)定律，它由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。廣泛應(yīng)用于測(cè)量能導(dǎo)電液體或液固兩相介質(zhì)的體積流量，也大量用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量，當(dāng)然也可用于純水、污水等相對(duì)簡(jiǎn)單的導(dǎo)電介質(zhì)的流量，是一種應(yīng)用非常廣泛的流量測(cè)量?jī)x表。

 

1、電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

( 1) 傳感器沒有阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流件，不會(huì)堵塞，非常適合用在含有固體顆粒、結(jié)晶物、泥漿或污水等的測(cè)量。

( 2) 沒有附加壓力損失，對(duì)于管道壓力不高或不允許降低管道壓力降的情況非常適用，在大口徑測(cè)量中節(jié)約泵的能耗更加明顯。

( 3) 僅測(cè)量管襯里和電極與被測(cè)介質(zhì)接觸，易選用相應(yīng)材料測(cè)量腐蝕性及磨蝕性介質(zhì)。用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量測(cè)量有很大的優(yōu)勢(shì)。

( 4) 是一種真實(shí)的體積流量測(cè)量?jī)x表，儀表系數(shù)不受流體組分及物性參數(shù)( 密度、粘度) 、工作狀態(tài)( 壓力、溫度) 及電導(dǎo)率變化( 只要在閾值以上) 等的影響，它可在一種典型介質(zhì)( 一般為水) 下校準(zhǔn)，而用于其他介質(zhì)( 液體) 時(shí)無需附加修正。

( 5) 測(cè)量范圍大，量程比一般大于10∶1，***高可達(dá)100∶1。流速范圍一般為1 ～ 6 m/s，也可擴(kuò)展到0. 5 ～ 10 m/s。

( 6) 儀表口徑系列齊全，可從幾毫米到幾米( 目前已有3m產(chǎn)品) 。對(duì)于大口徑還可采用探頭型( 或叫插入式) 。

( 7) 安裝方便，可水平、垂直或傾斜任意角度安裝，對(duì)上游側(cè)直管段長度要求較低( 一般從電極中心至上游側(cè)阻流件距離只要5 倍管徑) ，下游側(cè)只要3 倍管徑。

 

2、電磁流量計(jì)的不足

( 1) 不能用于低導(dǎo)電率液體，如石油制品、有機(jī)溶劑等，亦不能測(cè)量氣體、蒸汽以及含有較多鐵磁性介質(zhì)或大量氣泡的液體。

( 2) 由于內(nèi)襯材料和電絕緣材料的溫度限制，不能用于較高溫度工況; 如未采取特殊處理，因測(cè)量管外結(jié)霜，也不能用于低溫介質(zhì)測(cè)量。

 

3 工程設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素

3. 1 被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率

        電磁流量計(jì)測(cè)量的流體必須是導(dǎo)電的，一般只要電導(dǎo)率超過閾值，即使變化也不影響測(cè)量值，但低于閾值將會(huì)增大測(cè)量誤差; 通常要求液體電導(dǎo)率不小于5 μS /cm，去離子水電導(dǎo)率不小于20 μS /cm。

3. 2 被測(cè)介質(zhì)溫度

         電磁流量計(jì)一般只能用于工藝介質(zhì)溫度不高于180 ℃的場(chǎng)合。選型時(shí)，要根據(jù)被測(cè)工藝介質(zhì)的溫度范圍，選擇測(cè)量管內(nèi)襯材料及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級(jí)。常用測(cè)量管襯里材料有聚四氟乙烯( PTFE) ，適用溫度范圍－ 40 ～ + 180 ℃; 氯丁橡膠( Neoprene) ，適用溫度＜ 65 ℃; 聚氨酯橡膠( Polyurethane) ，適用溫度＜ 65 ℃;

 

3. 3 當(dāng)被測(cè)液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質(zhì)時(shí)因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)僅測(cè)量管襯里和電極與被測(cè)介質(zhì)接觸，所以只要選好這兩者的材質(zhì)即可。耐酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的襯里常選用聚四氟乙烯( PTFE) ，耐磨損類如礦漿、結(jié)晶類介質(zhì)的襯里可選用聚氨酯橡膠( Polyurethane) 。對(duì)于電極材質(zhì)的選擇，一般可查有關(guān)防腐蝕手冊(cè)［2］，對(duì)于混酸等成份復(fù)雜的介質(zhì)，應(yīng)做掛片試驗(yàn)。

 

3. 4 當(dāng)被測(cè)液體為臟污流( 兩相，漿液等) 介質(zhì)時(shí)

( 1) 當(dāng)介質(zhì)含有固體顆粒時(shí)，水平安裝易使下半部?jī)?nèi)襯及電極磨損嚴(yán)重，這時(shí)選用垂直安裝較好; 襯里要選用高耐磨性材料，如陶瓷或聚氨酯橡膠; 電極則采取一些結(jié)構(gòu)措施以防磨損漏液。

( 2) 測(cè)量會(huì)在管壁附著和沉淀的物質(zhì)的流體時(shí)，應(yīng)注意電極的污染?？蛇x用刮刀式、可更換式。管壁的附著則可用提高流速以起到自清洗作用，或采取比較方便易清洗管道的連接方法。

( 3) 含有非磁性顆粒或纖維的固液兩相流時(shí)，如漿液擦過電極表面會(huì)產(chǎn)生尖峰噪聲，使信號(hào)不穩(wěn)，可選用市電交流激磁或雙頻激磁儀表。

 

3. 5 工藝介質(zhì)的流速

         儀表口徑是根據(jù)管道內(nèi)平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一般工業(yè)輸水管道經(jīng)濟(jì)流速為1. 5 ～3 m/s，易粘附沉積結(jié)垢物質(zhì)則提高到3 ～ 4 m/s 或更高，礦漿等磨蝕性強(qiáng)的為2 ～ 3 m/s。電磁流量計(jì)的液體流速范圍可在1 ～ 10 m/s 之間選用。原理上，上限流速并沒有限制，滿度流量的流速下限一般為1 m/s，有些產(chǎn)品為0. 5 m/s，低于此流速，從測(cè)量準(zhǔn)確度出發(fā)應(yīng)改用小管徑，以異徑管連接到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問題。圖1 為流量計(jì)口徑、流速與流量關(guān)系的曲線圖，計(jì)算儀表口徑時(shí)可參照。

3. 6 大口徑時(shí)電磁流量計(jì)的選擇

        電磁流量計(jì)按安裝形式可分為管道式和探頭式。一般優(yōu)先選用管道式電磁流量計(jì); 當(dāng)工藝管徑較大且考慮設(shè)備費(fèi)用時(shí)，或安裝時(shí)不允許管道停流的情況下，可選用探頭式電磁流量計(jì)( 精度可達(dá)0. 5 級(jí)) 。

         ( 1) 探頭式可裝配球閥，可在管道不停流情況下拆、裝，利于儀表的在線安裝和維護(hù)。

         ( 2) 探頭插入深度只需很短，對(duì)管道阻力小。一般在直管段足夠長時(shí)，采用平均流速點(diǎn)測(cè)量法，這種方法的測(cè)量精度基本不受雷諾系數(shù)變化的影響，探頭的插入深度僅為Ｒ=0. 121D; 當(dāng)直管段較短時(shí)，一般采用中心流速點(diǎn)測(cè)量法，插入深度Ｒ=0. 5D( 其中D 為管道直徑) 。

 

3. 7 工藝管道材質(zhì)

        若連接儀表的管道是( 相對(duì)于被測(cè)介質(zhì)) 金屬導(dǎo)電性的，不需要接電環(huán)，若是絕緣性的，則要用接地環(huán)，可用普通型，它的材質(zhì)應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性相適應(yīng)。若被測(cè)介質(zhì)是磨損性的，則宜選用帶頸接地環(huán)，以保護(hù)進(jìn)、出口端的襯里，延長使用壽命。

3. 8 安裝儀表的工藝管道段的敷設(shè)位置

        電磁流量計(jì)的安裝形式可分為三種: 一體型、分離型和潛水分離型( IP68) 。一般情況選用一體型，它將流量計(jì)的傳感部分和轉(zhuǎn)換部分( 表頭) 裝于一體，便于安裝使用; 當(dāng)管道敷設(shè)的位置較高不便觀察或安裝在環(huán)境差的場(chǎng)合，可采用分離型，分離長度一般不超過30 m; 當(dāng)傳感器需要安裝在井下、水下的被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)管道上時(shí)，需要選用潛水分離型。

 

4 接 地

        為了使電磁流量計(jì)不受外界寄生電勢(shì)的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線，接地電阻 ＜10 Ω 。接地方法要根據(jù)廠家的資料或技術(shù)人員指導(dǎo)認(rèn)真執(zhí)行，常規(guī)的接法是:

         (1) 當(dāng)電磁流量計(jì)安裝在已接地的金屬管道上，通過電磁流量計(jì)變送器上的接地端子實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢(shì)平衡，即通過截面積不小于 6 mm 2 的銅芯電線連接至接地端子上。

         (2) 當(dāng)電磁流量計(jì)安裝在未接地的金屬管道上，2 個(gè)法蘭均通過截面積不小于 6 mm 2 的銅芯電線與管道法蘭相連接，并接地; 將變送器或傳感器接線盒連接至接地端子上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢(shì)平衡。

         (3) 當(dāng)電磁流量計(jì)安裝在塑料管道或帶絕緣內(nèi)襯的管道上，通過附加接地環(huán)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢(shì)平衡，接地環(huán)通過截面積不小于 6 mm 2 的銅芯電線連接至接地端子上。

 

5 應(yīng)用實(shí)例

5. 1 管道式電磁流量計(jì)在 93%濃硫酸中的應(yīng)用

         工況條件如表 1 所示。

         選型情況: 首先，根據(jù)管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流速為: 0. 53 m/s。這個(gè)值比較小，至少要縮徑至流速值為 1m/s 以上，試選用DN65 的流量計(jì)，可算出流速為: 1. 26 m/s，這個(gè)值合適，故通徑縮二檔選用 DN65檔。由于管徑不大，管道敷設(shè)位置也不特殊，故選用一體型管道式電磁流量計(jì)。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇電極材質(zhì)為哈氏合金 B，襯里材質(zhì)為 PTFE。

 

5. 2 探頭式電磁流量計(jì)在高含鹽廢水中的應(yīng)用

         工況條件如表 2 所示

         選型情況: 根據(jù)管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的***小流速為: 0.56 m/s，***大流速為: 1.32 m/s。由于***小流速運(yùn)行的情況很少，這個(gè)流速范圍基本能滿足電磁流量計(jì)的測(cè)量范圍要求。由于管徑較大，考慮到費(fèi)用問題，選用探頭式電磁流量計(jì)。由于流量計(jì)要安裝在室外儀表井內(nèi)管道上，故選用潛水分離型(IP68)電磁流量計(jì)，專用連接電纜 10 m，變送器安裝在地面 1. 4 m 高的 2”管上。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇儀表本體材質(zhì)為 304SS，電極材質(zhì)為 316LSS，襯里材質(zhì)為 PTFE。

 

6 結(jié) 論

         電磁流量計(jì)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在石化行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)選型時(shí)需要考慮的因素，除了上面介紹的主要因素，還有儀表的防爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)，工藝連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)、壓力等級(jí)、供電電壓、儀表精度等。另外，做好現(xiàn)場(chǎng)安裝和現(xiàn)場(chǎng)接地也是提高電磁流量計(jì)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的重要因素。