電磁流量計故障源和故障現(xiàn)象匯總表

本章前面已對故障源頭作了一些描述，本節(jié)將進(jìn)一步討論，并例舉13個具體案例。這些案例除注明外均為筆者及其同事們的實踐經(jīng)驗。一種故障源頭會表現(xiàn)出多種故障現(xiàn)象，匯總?cè)绫?－2所示。

表7－2  電磁流量計故障源和故障現(xiàn)象匯總表

 一、管道系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備類

  源自管道系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備引起的電磁流量計故障源主要有以下幾種。（1）安裝不善；（2）未滿管；（3）管系儲留氣體；（4）不斷吸入氣體；（5）往復(fù)泵或控制閥振蕩產(chǎn)生的脈動流；（6）使用過程中流動狀態(tài)變化。

1．安裝不善

 安裝不善的表現(xiàn)在：（1）流量傳感器與連接管道間內(nèi)徑匹配失當(dāng)，相差過大，GB/T18659－2002規(guī)定：在沒有制造廠推薦的情況下，連接管內(nèi)徑不得小于流量傳感器內(nèi)徑，不得大于內(nèi)徑的3％；（2）流量傳感器與管道間墊圈突入流通通道；（3）鄰近流量傳感器前撓流件產(chǎn)生嚴(yán)重流速分布畸變或旋轉(zhuǎn)流，直管段不足。這些原因主要引起流量測量值與實際不符，有時也會出現(xiàn)輸出晃動。

案例1  本實例雖非安裝不善直接引起的，但其因故卻與流量傳感器進(jìn)入端墊圈進(jìn)入流通通道相同。

上海某水廠兩根輸水管各用二臺串聯(lián)DN1400儀表計量出廠成品水，分別由發(fā)送方（水廠）和接收方掌握。臺傳感器上游離全開蝶閥距離約5m與下游第2臺傳感器相距約2.5m，上游直管段長度略嫌不足。1997年啟用，發(fā)現(xiàn)其中一根管線兩臺儀表計量值相差15％，半年后差值略有減小，為10％。除未檢查傳感器測量管內(nèi)部狀況外，作了全面檢查和分析，未找到故障原因，成為懸案。直到1998年下半年卸下傳感器發(fā)現(xiàn)進(jìn)口管道水泥襯里大塊脫落，堆積在傳感器進(jìn)口處高度達(dá)300～350mm（目側(cè)）。這些堆積物導(dǎo)致進(jìn)入傳感器的水流流速分布嚴(yán)重畸變，即管道下部約有0.25D高度的弓形截面障礙物擋住了水流。清除障礙即恢復(fù)正常。對于差值半年后從15％減小到10％，可以解釋為開始時堆積高度比300～350mm高，在流動沖刷下高度降低，差值也隨著減小。大口徑流量傳感器卸下管線或進(jìn)入管道檢查內(nèi)部，必須停止流動，涉及面廣，通常只能在排除其他故障的可能性后，放到最后進(jìn)行。

2．未滿管

由于背壓不足或流量傳感器安裝位置不良，致使其測量管內(nèi)液體未能充滿，故障現(xiàn)象因不充滿程度和流動狀況有不同表現(xiàn)。若少量氣體在水平管道中呈分層流或波狀流，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為誤差增加，即流量測量值與實際值不符；若流動是氣泡流或塞狀流，故障現(xiàn)象除測量值與實際值不符外，還會因氣相瞬間遮蓋電極表面而出現(xiàn)輸出晃動。若水平管道分層流中流通面積氣相部分增大，即液體未滿管程度增大，亦會出現(xiàn)輸出晃動。若液體未滿管到液體表面在電極以下，則會出現(xiàn)輸出超滿度現(xiàn)象。

案例2  某造船廠有一臺DN80mm電磁流量計測量水流量，運行人員反映關(guān)閉閥流量為零時，輸出反而達(dá)到滿度值。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)傳感器下游僅有一段短管，水直接排入大氣，截止閥卻裝在傳感器上游（如圖6－17虛線1位置），閥關(guān)后傳感器測量管內(nèi)水全部排空。將閥改裝到位置2，故障便迎刃而解。這類故障原因在售后服務(wù)事例中是經(jīng)常碰到的，當(dāng)屬工程設(shè)計之誤。

3．管系潴留氣體

管系潴留氣體的一種原因是啟用前未能排凈管內(nèi)空氣，剩留氣體積聚在管系高點，流動時被液體夾帶，呈氣泡狀流出；另一原因是液體中夾帶小氣泡逐漸聚集，潴留在管系高點。故障表現(xiàn)為流量測量值和實際值不符以及輸出晃動。

案例3  南京某石化廠以DN1000mm管道引長江水，管道長10km順地勢起伏途徑小丘，在小丘頂裝DN700mm儀表。管系投入運行，電磁流量計不能正常工作，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)電磁流量傳感器及其附近有水流聲的不正常現(xiàn)象。初步分析認(rèn)為管系啟用后未能將管道內(nèi)空氣排凈，而工程設(shè)計未在高點裝排氣閥而無法放氣。測量電極信號高達(dá)4mV（大部分為干擾電勢），因不能停水無法進(jìn)一步檢查和排除故障。數(shù)月后制造廠維修人員再次隨訪，此時不再有水流聲，因經(jīng)過一段時間流動，剩留空氣隨水流帶走，重新調(diào)試即能使之正常運行。

案例4 廣西某水廠在效區(qū)山頭設(shè)置清水池，利用水池高度勢能發(fā)送成品水。運行人員反映計量出水量的DN700mm電磁流量計有時流量顯示不穩(wěn)，晃動達(dá)10％～20％，誤差也大，估計相差約20％。現(xiàn)場考查發(fā)現(xiàn)水池如圖7－8所示安裝流量傳感器，水位高度不足就會卷入氣泡，甚至流量傳感器測量管內(nèi)不能充滿。如水位降至A線時，雖高出吸入口頂端，但高處不多，還會在C處產(chǎn)生旋渦，將水位表面空氣卷入形成氣泡，使顯示晃動；若水位降到B，測量管將不滿管。建議如圖虛線所示裝一彎頭，擴大水池有效容量，減少吸入氣泡的機會，彌補原設(shè)計的不足，這類實例是經(jīng)常遇到的。

           圖7－8  易卷入氣泡安裝

4．往復(fù)泵或控制閥振蕩產(chǎn)生脈動流

 往復(fù)泵泵送液而測量點又未遠(yuǎn)離泵，脈動流會使電磁流量計輸出晃動，有時候還會產(chǎn)生測量誤差。為減緩脈動對儀表的影響，通?？刹扇√岣唠姶帕髁坑媱畲蓬l率或增加電阻尼；在管系方面可增裝氣室等阻尼裝置。管系流量控制失配使控制閥啟閉振蕩也會形成脈動流。

5．使用過程中流動狀態(tài)變化

通常儀表調(diào)試正常運行一段時期后，也會因流動狀態(tài)變化而出現(xiàn)故障。雖然這種故障原因出現(xiàn)概率不高，但在分析故障原因時不應(yīng)忘記這一因素。

案例5  這是一個懸掛在液流中的剝離襯里片擺動，隨著液流形成脈動流的罕見實例。江西某銅礦冶廠裝有若干臺電磁流量計測量含粉狀固相的漿液，幾年來一直使用正常。到1998年7月用戶反映其中一臺DN600mm儀表出現(xiàn)輸出晃動高達(dá)滿度值的50％～100％。現(xiàn)場檢查儀表本身均正常，并且巡視和詢問得悉流動動力源未改動，不會新產(chǎn)生流動波動，也排除了使用環(huán)境變壞新引入干擾的可能性。總體印象是儀表正常，安裝和環(huán)境條件符合要求。當(dāng)時因不能停流卸下和檢查流量傳感器隱蔽部分及其鄰近管道狀況，一時未找出故障原因。直到月余后該廠停車檢修，發(fā)現(xiàn)流量傳感器附近上游襯有橡膠襯里的U型管內(nèi)，大片橡膠襯里脫落，懸掛于管內(nèi)，隨液體流動而擺動，造成流動波動，儀表如實反映，形成輸出晃動。新?lián)Q上U型管后，大幅輸出晃動就不再出現(xiàn)了。

案例6  魚在管內(nèi)洄游，輸出信號出現(xiàn)大尖峰，本案例取自一則國外報道，是在美國發(fā)生的^[5]。

大口徑電磁流量計監(jiān)測火電廠冷凝器冷卻海水流量，從記錄紙上看到儀表偶爾出現(xiàn)大尖峰信號。數(shù)度現(xiàn)場檢查，因干擾噪聲瞬現(xiàn)即逝，檢查時捕捉不到，也未發(fā)現(xiàn)周圍有產(chǎn)生電氣噪聲等異常情況。用戶曾有人提出也許有魚在流量傳感器內(nèi)流動的想法，當(dāng)時認(rèn)為排放口有細(xì)網(wǎng)目網(wǎng)柵擋住和流量傳感器上游不可能有魚進(jìn)入而被否定了。但事后做了一個實驗，將電磁流量計安裝于小型水槽，放入金魚觀察，金魚鉆入電磁流量傳感器，儀表果然出現(xiàn)尖峰噪聲。以后，當(dāng)初提問者告，在排放通道中確實見到了魚影，是由魚苗經(jīng)網(wǎng)柵鉆入排放管道后長大為成魚。

源自流體方面引起電磁流量計故障主要有以下幾種。

1．液體中含有氣體

液體中含有溶解氣體不會影響流量測量，游離氣體（即氣泡）則會影響測量并可能引起故障。液體中游離氣體有三方面來源：①管道內(nèi)空氣未排凈；②從管系外吸入；③溶解氣體轉(zhuǎn)化。前二者上一小節(jié)已有所述，后者因管內(nèi)液體溫度壓力變化等所致。

   在流程工業(yè)中管道液體壓力/溫度常會變動，當(dāng)液體壓力降低或溫度升高，溶解氣體便轉(zhuǎn)化成游離氣泡，例如低于室溫的液體，靜止在管道中滯帶一段時期（如停車），所溶解空氣有可能轉(zhuǎn)化成氣泡；高于室溫液體靜止在兩端密閉的管道中逐漸冷卻收縮，形成局部真空，溶解空氣或氣化蒸汽形成氣泡。這樣形成的氣泡在流程重新開車初始階段往往會出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象，運行一段時間即趨正常。控制閥開度很小時，易揮發(fā)液體有時會氣化，形成氣泡。

2．液體中含有固相

液體中含有粉狀、顆粒、或纖維等固體，可能產(chǎn)生故障有：①漿液噪聲；②電極表面污染；③導(dǎo)電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里；④襯里被磨損或被沉積，改變流通面積。

案例7  導(dǎo)電沉積層短路效應(yīng)   電磁流量傳感器測量管絕緣襯里表面若沉積導(dǎo)電物質(zhì)，流量信號將被短路而儀表失效。由于導(dǎo)電物質(zhì)是逐漸沉積，這類故障通常不會出現(xiàn)在調(diào)試期，而要運行一段時期后才會顯露出來。

某柴油機廠工具車間電解切削工藝試驗裝置上，用DN80mm儀表測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取切削效果。起初該儀表運行正常，間斷使用兩個月后，感到流量顯示值越來越小，直到流量信號接近為零?，F(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹，擦拭清潔后儀表就運行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。

本實例屬運行期故障，雖非多見，但若黑色金屬管道銹蝕嚴(yán)重，沉積銹層，也會有此短路效應(yīng)。凡是開始運行正常，隨著時間推移，流量顯示越來越小，就應(yīng)分析有此類故障的可能性。

案例8 淤泥沉積層    上海某水廠從30余公里外的黃浦江上游以矩形管引水，再以兩DN1600mm圓管泵送原水進(jìn)廠，用兩臺DN1600mm電磁流量計計量水量。1991年啟用，使用正常，但到1993年感到計量減少，經(jīng)檢查排除了儀表開放部分的故障原因。檢查流量傳感器兩電極對地電阻值不對稱，分析流量傳感器出現(xiàn)故障的可能性較大，因不能斷流而無法檢查隱蔽部分。1997年4月才有機會進(jìn)入管道檢查流量傳感器測量管內(nèi)部狀況，內(nèi)壁沉積淤泥最厚處超過10mm，電極表面亦被淤泥沉積層所覆蓋，與周圍淤泥層平齊。經(jīng)鏟刷洗后，儀表運行即恢復(fù)正常。因此確認(rèn)故障原因系內(nèi)部管壁沉積淤泥所致。

本實例向人們揭示，原水計量的流量儀表通道內(nèi)壁總會沉積淤泥，是否影響測量只是時間長短而已，本例水質(zhì)條件運行3年已感到流量測量值減少。為此，測量江河原水電磁流量計必須要定期清洗。其他流量儀表如超聲流量計和文丘利管流量計同樣有沉積減小流通面積，影響測量準(zhǔn)確度的問題，DN1600mm管沉積10mm流量值要變化1.2％～2.5％。同時在工程設(shè)計時要考慮長期運行沉積淤泥影響的對策，例如提高測量位置流速以延長清潔周期；預(yù)置進(jìn)入管內(nèi)清洗的檢查孔等。本實例屬運行期常見故障。

3．電導(dǎo)率不均勻

   配比流程中常有在液內(nèi)注入“加藥”液，而注入液常用往復(fù)泵加入。若注入液與主液電導(dǎo)率不同，而混合液尚未混合均勻，電磁流量計傳感器若裝其下游，因電導(dǎo)率急劇變化會使儀表輸出晃動，雖然液體電導(dǎo)率大于閥值而緩慢變化是不會影響電磁流量計正常測量。這一現(xiàn)象在給水處理工程原水加凝聚劑工藝中是經(jīng)常發(fā)生的。

4．與液體接觸件材料匹配失當(dāng)

與液體接觸件材料匹配失當(dāng)故障的有電極與接地環(huán)。匹配失當(dāng)除耐腐蝕問題外，主要是電極表面效應(yīng)。表面效應(yīng)有：①化學(xué)反應(yīng)（表面形成鈍話膜等）；②電化學(xué)和極化現(xiàn)象（產(chǎn)生電勢）；③觸媒作用（電極表面生成氣霧等）。接地環(huán)也有這些效應(yīng)，但影響程度要小些。

     案例9  上海某化工（冶煉）廠用20余臺哈氏合金B(yǎng)電極電磁流量計測量濃度較高鹽酸溶液，出現(xiàn)輸出信號不穩(wěn)的晃動現(xiàn)象?，F(xiàn)場檢查確認(rèn)儀表正常，也排除了會產(chǎn)生輸出晃動的其他干擾原因。此時多處其他用戶用哈氏合金B(yǎng)電極儀表測量鹽酸時運行良好，在分析故障原因是否可能由鹽酸濃度差別引起的疑問，因當(dāng)時尚無鹽酸濃度對電極表面效應(yīng)影響方面的經(jīng)驗，尚不能作出判斷。為此儀表制造廠和使用單位一起到化工廠，做改變鹽酸濃度的實流試驗。鹽酸濃度逐漸增加，低濃度時儀表輸出穩(wěn)定，當(dāng)濃度增加到15％～20％時，儀表輸出開始晃動起來，濃度到25％時，輸出晃動量高達(dá)20％。改用鉭電極電磁流量計后就運行正常。

三、環(huán)境類

  源自環(huán)境方面引起的電磁流量計故障主要有以下幾種。

  1．強磁場

   因安裝時一般都注意到要遠(yuǎn)離強磁場，故強磁場影響的實踐經(jīng)驗不多，前文第五章第六節(jié)已簡述了幾則有關(guān)外界磁場的應(yīng)用例，以供參考。

2．強電磁波

   電磁流量計應(yīng)符合電磁兼容性要求，在規(guī)定輻射電磁場環(huán)境下正常工作，不會在該環(huán)境下造成儀表性能下降或工作不正常。

   案例10   福建省某水廠裝用多臺電磁流量計，其中一臺輸出大幅度波動?，F(xiàn)場檢查儀表安裝符合要求，流量傳感器和轉(zhuǎn)換器相距50m，用置于鐵導(dǎo)管內(nèi)的屏蔽電纜相連接，儀表本身亦正常。但測得共模干擾信號高達(dá)1.7V。先采取將流量傳感器電氣絕緣的措施，共模信號降低0.6V，但輸出波動無明顯改善。

再次與用戶分析現(xiàn)象環(huán)境條件，得悉在流量計非常鄰近的地方有強無線電發(fā)射臺。為證實故障原因是否來自該干擾源，臨時將轉(zhuǎn)換器移至流量傳感器相距3m的地方，復(fù)測共模干擾信號小于0.1mV，雖然還感到偏大，但儀表運行已趨于正常。故障原因是即使多層屏蔽信號線，電磁波還是被引入到儀表。

本實例揭示當(dāng)分離型電磁流量計在現(xiàn)場有較大共模干擾時，作故障原因分析時就應(yīng)考慮強無線電波是否成為干擾源的可能性。本實例屬調(diào)試期罕見故障。

3．管道雜散電流

電磁流量計妥善接地后，可以避免管道絕大部分雜散電流的影響。有時候按規(guī)定以粗電線跨接流量傳感器并完善接地，卻還會受雜散電流影響，尚需采取其他措施。

案例11^[6]  山東某鋁冶廠用DN80mm電磁流量檢測堿液礦漿，流量傳感器兩端裝接地環(huán)，并用導(dǎo)線跨接和妥善接地，然而儀表還是不能正常工作，直到向外推移2m再置兩接地點，才隔離了雜散電流影響。

儀表投入正常運行一段時期后，又出現(xiàn)輸出信號晃動現(xiàn)象，排除了流動波動的可能性，儀表本身完好，初步判斷為儀表運行異常。觀察數(shù)天發(fā)現(xiàn)，中午午餐休息期和晚班運行正常，而日班卻出現(xiàn)輸出晃動。據(jù)此線索追蹤溯源，找到故障源頭是離電磁流量傳感器距離較遠(yuǎn)的同一管系上進(jìn)行電焊所致。

案例12 電磁流量傳感器與連接管道絕緣，可消除大雜散電流影響^[2]

浙江省某自來水公司安裝兩臺DN900MT900型電磁流量計，一臺運行正常，另一臺在1～2h周期內(nèi)出現(xiàn)有高達(dá)50％FS波動。用戶認(rèn)為兩臺儀表使用條件相仿，故障是由儀表方面原因引起的?？辈楝F(xiàn)場周圍環(huán)境，上下游緊接流量傳感器的是兩段長0.5m有良好接地的無襯里短鋼管，然后連接到有水泥襯里的鋼管。接地等電氣連接均符合要求，同時，排除了管網(wǎng)流動脈動可能性。

轉(zhuǎn)換器與傳感器相距約10m。有一數(shù)百千伏安的三相變壓器裝在附近，分別離轉(zhuǎn)換器和傳感器約2m和8m。

分析故障原因有以下兩種可能：（1）大功率變壓器產(chǎn)生的磁場干擾；（2）管道上雜散電流干擾。要證明是否是變壓器磁場干擾影響，因要關(guān)閉變壓器涉及面廣，安排為第二步檢查，首先檢查是否是管道雜散電流干擾。不加勵磁電流用示波器測量兩極間電勢，其值應(yīng)為零。然而實際測得峰值Vpp高達(dá)1V的波形畸變交流電勢。初步判斷即使良好接地，儀表還會受到管道雜散電流干擾影響。

采取將電磁流量傳感器連同兩段短鋼管與管網(wǎng)管道電氣絕緣，使流量傳感器與液體同電位。儀表投入運行，輸出顯示即呈穩(wěn)定正常，也排除了電力變壓器磁場干擾對流量測量的影響。同時測得干擾電流有60mA AC，電流方向來自流量傳感器上游。

這一措施也適用于有陰極保護(hù)電流的管道，作為試排除管道電流干擾影響的方法。

4．地電位變化

地電位變化會影響流量測量，例如其他設(shè)備接地線上產(chǎn)生電壓降，可使電磁流量計地電位變化，若形成較大共模干擾時，可會影響測量。

5．潮氣浸入

電磁流量計應(yīng)用于給排水工業(yè)常將流量傳感器在低于地平線的儀表井中，因而時常會浸在未及時排放的雨水中，甚至長期浸泡在水中。即使是外殼保護(hù)等級為IP67（塵密短時浸水級）或IP68（塵密連續(xù)浸水級），也會因接線端子盒蓋密封墊圈或電纜引入密封套圈未壓緊密封，漏裝套圈，或套圈與電纜外徑未匹配，經(jīng)常發(fā)生這類事故。

地面安裝的流量傳感器端子盒蓋等密封墊圈未密封好，也會受汽溫變化的呼吸作用吸入潮氣，凝結(jié)成水。端子盒電纜引入裝置漏裝密封圈或未緊壓密封，電纜表面冷凝水等亦極易進(jìn)入端子盒。這類實例亦屢見不鮮。在施工過程中有意無意割斷電纜后重新再接，用膠帶包封。這一隱患在運行初期不會形成故障，但包封日久老化，連接處吸入潮氣，電纜絕緣就會降低。

水和潮氣浸入端子盒，降低了絕緣強度和絕緣電阻，嚴(yán)重時流量信號回路將無流量信號輸出，勵磁線圈回路將形成零點偏移或不穩(wěn)。必要時可在密封連接處采取硅膠等澆灌密封措施。

非氣密型結(jié)構(gòu)的勵磁線圈保護(hù)外殼，因呼吸作用吸入潮氣，若液溫低于室溫極易在測量管外壁結(jié)露，低于0℃則會結(jié)霜，會使流量信號回路短路而失效。

案例13  開封某水廠用一臺DN1200電磁流量計測經(jīng)常引黃河水，另一臺ND900儀表測進(jìn)廠地下水，兩臺DN1000儀表并聯(lián)測出廠成品水。系統(tǒng)投入正常運行兩年后，發(fā)現(xiàn)出廠水比進(jìn)廠水多出10％～15％。觀察儀表運行無異常表現(xiàn)。用外夾換能器（探頭）便攜式超聲流量計分別對4臺電磁流計作比對試驗，證明兩臺出廠電磁流量計輸出信號偏高。分別關(guān)閉停流檢查零點，發(fā)現(xiàn)兩臺出廠水測量儀表零點大幅度偏移。根據(jù)經(jīng)驗判斷，很有可能是由接線端子盒進(jìn)水或勵磁線圈受潮，絕緣下降所致。當(dāng)拭去水露，用電吹風(fēng)吹干燥接線盒端子座，勵磁端子對地電阻從5～6M 恢復(fù)到數(shù)十兆歐，偏移的零點隨即回到零位，儀表運行正常。

究其原因是勵磁線圈回路對地絕緣下降，使電極上加上一個較大的絕緣電阻和信號內(nèi)阻對勵磁電壓的分壓，形成較大的共模干擾信號，而轉(zhuǎn)換器前置放大器共模抑止比能力有限，從而使轉(zhuǎn)換器零點有輸出。