0 引言

    隨著全球人口急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速，全球水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日趨嚴(yán)重。應(yīng)對這種情況，我國政府將在“十一五”期間投資3000億元新建、改建數(shù)千座污水處理廠，以推進(jìn)城市污水處理和利用，污染減排。在這樣的大背景下，安徽省黃山市正投資興建某污水處理廠，目前已建成日處理水15000m3污水一期工程，擔(dān)負(fù)著生活、工業(yè)污水凈化的重要任務(wù)，改善水體環(huán)境質(zhì)量，使黃山市成為一座山清水秀的城市。

    2004年前，黃山市基本上沒有大型污水集中處理廠等設(shè)施，更別提用于污水流量檢測的流量計(jì)了。在污水處理過程中，原污水的流量是一個(gè)需要檢測的關(guān)鍵參數(shù)。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質(zhì)，而電磁流量計(jì)最大特點(diǎn)是能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（如泥漿）或纖維液體的流量，因此，該污水處理廠采用了2臺(tái)電磁流量計(jì)，用于原污水的流量計(jì)量。

    1 電磁流量計(jì)的工作原理

    電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力運(yùn)動(dòng)時(shí)，其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E為：

    式中，K為儀表常數(shù)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；v為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)平均速度m/s；D為管道內(nèi)徑（m）。

    電磁流量計(jì)工作原理和結(jié)構(gòu)如圖1所示，由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。

    測量流量時(shí)，導(dǎo)電性液體相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬棒，以平均速度v流過垂直于流動(dòng)方向的磁場。導(dǎo)電性液體的流動(dòng)，在測量電極上感應(yīng)出與平均流速成正比的電壓。其感應(yīng)電壓信號E通過一對或一對以上的與液體直接接觸的電極檢測出來。

    根據(jù)流體的體積流量公式為

    由公式（2）可知，Q與v是成正比的一一對應(yīng)函數(shù)，那么E與Q也是成正比的一一對應(yīng)函數(shù)，測出了感應(yīng)電壓E也即測出了介質(zhì)的體積流量Q。

    測出的感應(yīng)電壓E由電纜送至轉(zhuǎn)換器，通過智能化處理，然后LCD顯示，或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號4～20mA輸出。

    2  電磁流量計(jì)特點(diǎn)

    （1）測量管道內(nèi)無阻力元件，沒有附加的壓力損失，不易發(fā)生堵塞，具有顯著的節(jié)能意義；

    （2）測量管道內(nèi)無可動(dòng)部件，不易磨損，因此傳感器壽命長；

    （3）傳感器所需的直管段較短，方便安裝；

    （4）合理選擇電極和內(nèi)襯材料，可耐腐蝕和耐磨損；

    （5）雙向測量系統(tǒng)，可測正反向流量；

    （6）流量的測量為體積流量，不受流量的密度、粘度、溫度、壓力、和電導(dǎo)率變化的影響；

    （7）傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，測量精度高（±0.3～-0.5％），量程比寬（1：150）。

    3 電磁流量計(jì)選型

    儀表的選型很重要，有關(guān)資料表明，儀表在實(shí)際應(yīng)用中有2/3的故障是儀表選型錯(cuò)誤或使用不當(dāng)造成的，因此，在確定選用電磁流量計(jì)之后，還應(yīng)根據(jù)不同的工藝、環(huán)境、測量、介質(zhì)等綜合考慮。

    3.1 口徑選擇

    根據(jù)該污水處理廠提供的工藝管道直徑、管道壓力及污水流速，選擇口徑D=600mm的電磁流量計(jì)，現(xiàn)場不需要縮管和擴(kuò)管。

    3.2 內(nèi)襯、電極材料選擇

    電磁流量計(jì)主要用于測電導(dǎo)率≥5μS/cm的流體流量，應(yīng)根據(jù)被測物質(zhì)的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結(jié)性等特點(diǎn)和價(jià)格承受能力，應(yīng)選擇不同內(nèi)襯、電極材料。

    電磁流量計(jì)的內(nèi)襯材料有：耐腐蝕性中等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料，耐磨損性強(qiáng)而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠，耐腐蝕性能強(qiáng)和適于溫度高的聚四氟乙烯，化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯，耐稀酸、堿、鹽的溫度＜60℃的聚乙烯和溫度＜100℃的聚苯硫醚等。

    電極材料裝于其管道內(nèi)壁，與被測物質(zhì)直接接觸，故應(yīng)根據(jù)被測物質(zhì)的腐蝕性選定。電磁流量計(jì)電極的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電極，耐酸和鹽的鉭（Ta）電極，耐腐蝕能力強(qiáng)的貴金屬鉑電極，不適于鹽酸的哈氏合金C電極和不適于硝酸的哈氏合金B(yǎng)電極，耐腐蝕能力一般、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L等。

    根據(jù)該污水處理廠主要處理生活廢水及工業(yè)廢水，再考慮用戶能接受的價(jià)格，選用氯丁橡膠材料內(nèi)襯和不銹鋼316L材料電極。

    3.3 防護(hù)等級的選定

    根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護(hù)等級，根據(jù)用戶實(shí)際安裝地點(diǎn)在低矮的井道中，所以傳感器選IP68防塵潛水型。

    3.4 附加功能的選擇    

    （1）對于選定的基本型，電磁流量計(jì)已帶LCD顯示、4～20mA電流輸出和0～1KHz頻率輸出，根據(jù)流量計(jì)和計(jì)算機(jī)通訊的要求，需增加RS-485通訊口功能，

    （2）對于傳感器安裝在地面以下，應(yīng)選擇分體型。

    4 電磁流量計(jì)的安裝和調(diào)試

    4.1 安裝要領(lǐng)

    （1）安裝點(diǎn)選擇在管道最低處在確認(rèn)被測物質(zhì)流向之后，安裝點(diǎn)要選擇在任何時(shí)候測量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體，以防止由于測量導(dǎo)管內(nèi)無液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示。

    （2）直管段保證在前5D后3D

    為獲得儀表測量精確度，在傳感器上游側(cè)的直管段長度不小于5D，下游側(cè)不小于3D（D為傳感器的名義直徑）。若在傳感器上游側(cè)有兩個(gè)以上的彎頭或其它阻流件，則前置直管段應(yīng)大于10D。

    （3）信號電極在水平方向

    水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線，因?yàn)樘幱诘撞康碾姌O易被沉淀物覆蓋，被測介質(zhì)中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動(dòng)。

    （4）盡量避開振動(dòng)源、磁源（大功率電機(jī)、變壓器）

    由于電磁流量計(jì)的測量感應(yīng)電壓很小，電壓較低，易受外界電磁噪聲的影響，故在安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行可靠的接地連（跨）接。金屬管道電磁流量計(jì)接地連（跨）接方法如圖3所示。

    4.2 轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)試

    一體化電磁流量計(jì)無單獨(dú)安裝轉(zhuǎn)換器，分體式轉(zhuǎn)換器安裝在傳感器附近或儀表室，場所選擇余地較大，環(huán)境條件好些。轉(zhuǎn)換器和傳感器間距離受制于被測介質(zhì)電導(dǎo)率和信號電纜型號，即電纜的分布電容、導(dǎo)線截面和屏蔽層數(shù)、用制造廠儀表所附（或規(guī)定型號）的信號電纜。電導(dǎo)率較低傳輸距離較長時(shí)，應(yīng)用二層屏蔽電纜。

    為了避免干擾信號，信號電纜必須單獨(dú)穿過接地保護(hù)鋼管內(nèi)，不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。

    功能性調(diào)試時(shí)，由智能轉(zhuǎn)換器對儀表分別進(jìn)行參數(shù)的讀取，臨界值報(bào)警試驗(yàn)等，然后進(jìn)行流量系數(shù)值的寫入。

    5 儀表投運(yùn)及故障處理

    電磁流量計(jì)在投運(yùn)前，應(yīng)對管道及流量計(jì)進(jìn)行徹底檢查，包括管道雜物等清理，電極處干燥處理。還包括電氣線路的檢查，首先應(yīng)對線路的接地進(jìn)行檢測，確保接地可靠后，還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試。

    該電磁流量計(jì)正常投運(yùn)一年多來，基本上未出現(xiàn)故障，但是一年后，出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測量值變大或變小，或者是不停地波動(dòng)，且經(jīng)現(xiàn)場檢查，已排除管道不滿管、介質(zhì)含氣等現(xiàn)象的可能性，發(fā)現(xiàn)這類問題的出現(xiàn)可能是與電纜線故障有關(guān)。因?yàn)榱髁坑?jì)隨管道埋敷在地下，傳感器具有IP68防護(hù)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內(nèi)，兩者通過電纜連接，由于地面沉陷，山區(qū)環(huán)境潮濕等現(xiàn)場情況的變化，傳感器和轉(zhuǎn)換器未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，恰逢該接頭處于一個(gè)潮濕的環(huán)境，如儀表井、電纜溝等，潮氣侵入電纜接頭，都有造成如下的可能：

    （1）信號線對地絕緣下降，引起信號衰減，最終是測量結(jié)果偏??；

    （2）信號電纜連接處接觸電阻變大，使測量值變小，若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾；

    （3）勵(lì)磁線圈對地絕緣下降，造成測量結(jié)果偏??；

    （4）信號線勵(lì)磁線對地絕緣性能下降，使得測量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)，如這種干擾不穩(wěn)定，對儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動(dòng)；

    （5）勵(lì)磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁回路處于非恒流工作區(qū)域，勵(lì)磁電流下降，同樣造成測量結(jié)果偏小，若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測量值出現(xiàn)波動(dòng)。

    判別這類異常情況，因發(fā)生在信號回路，判斷有一定難度，只有深入現(xiàn)場，在排除流量計(jì)其它可能性故障后，就應(yīng)檢查電纜是否有問題，現(xiàn)場儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場的勵(lì)磁回路電阻測量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較，測試接地電阻，逐步判定問題所在，繼而采取措施，或更換整根電纜，或保持電纜接頭處干燥等。

    6 結(jié)束語

    由于電磁流量計(jì)運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，影響其正常工作的因素眾多，調(diào)試技術(shù)需要不斷總結(jié)和更新。總之，只要我們合理選用、正確安裝電磁流量計(jì)，并采取有效的措施加以維護(hù)，就能避免或減少故障的發(fā)生，延長儀表的使用壽命，為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)。

    在現(xiàn)代化的污水處理工藝中，配備流量檢測儀表，構(gòu)成可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使污水水質(zhì)達(dá)到常規(guī)的排放標(biāo)準(zhǔn)，造福人類。

    參考文獻(xiàn)

    1 梁國偉，蔡武昌.流量測量技術(shù)及儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
    2 蔡武昌，馬中元，瞿國芳等.電磁流量計(jì)［M］.北京：中國石化出版社，2004
    3 石海林，朱自明.電磁流量計(jì)常見故障檢測判別及其解決方法［J］.自動(dòng)化儀表，2005，26（8）：57～60
    4 佟彤.電磁流量計(jì)的安裝使用及常見故障［J］.黑龍江造紙，2008，1：58～59
    5  蔡武昌.電磁流量計(jì)使用中常見和罕見故障例［J］.自動(dòng)化儀表，2001，22（1）28～30
    6 馬瑞敏.電磁流量計(jì)在淡濃堿計(jì)量方面的應(yīng)用［J］.氯堿工業(yè)，2001，10：43～45
    7 蔣吉武，陳霞.電磁流量計(jì)在工業(yè)管道系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.機(jī)電工程技術(shù)2008，8：61～63
    8 厲玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化（第三版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003