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最新:电磁流量计接地问题的产生根源

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发表于 2021-10-2 12:25:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

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电磁流量计长期以来[url=http:///www.sancdc.com/]智能电磁流量计[/url]就有着不凡的发展速度,相信未来也是一如既往,势如破竹。[align=center]

                               
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区别于其他流量计,在设计选型安装投用使用维护过程中均有具体的要求。尤其接地问题对电磁流量计至关重要,从电磁流量计的原理出发,提出可靠的接地是电磁流量计正常工作的前置必要条件,同时结合电磁流量计不同的安装场合,给出相对应的接地方案。

   在工业领域,电磁流量计应用广泛,例如炼油厂工艺装置中的循环水管线新鲜水管线含盐污水管线流量测量;烷基化装置中浓硫酸稀硫酸中间酸等介质管线流量测量;硫磺装置中碱液急冷水等管线流量测量。由于电磁流量计测量原理的特殊性,其接地问题直接影响到仪表正常投用和测量精度,所以,正确理解电磁流量计的接地原因,熟悉电磁流量计在不同使用场合下的接地方案,有助于电磁流量计的合理选型安装投用故障排查。

1电磁流量计的工作原理
   电磁流量计是基于电磁感应定律工作原理的流量检测仪表。根据法拉第电磁感应定律,导体在磁场中运动时,通过切割磁力线产生感应电势。电磁流量计的传感器通过位于导体两端的正负电极来获取电势信号,再通过信号线传递给转换器,经过信号放大转换后传输到控制室。典型的电磁流量计工作原理如图1所示,其中,Ex表示感应电动势,k为系数,B表示磁感应强度,d表示两电极间距离(测量管内径),v表示介质流速。

2电磁流量计的接地问题
2.1接地问题产生的根源
   从图1可以看出,感应电动势Ex是由流经电磁流量计前后法兰间(a端至b端)的导体(被测介质)切割磁力线产生,所以Ex的负端参考电位必须和流量计两法兰间的被测介质电位一致,为了严格保证两者的一致性,除保证流量计电极与介质接触外,还应通过可靠的接地来保持零电位;同时,由于Ex数值较小,满量程时仅2.5~8.0mV,当流量很小时,只有几微伏,所以为了避免外界干扰(主要是静电干扰)带来的Ex数值漂移,需通过接地将传感器电极测量到的微弱电动势Ex完整无损地传递给转换器。以上是电磁流量计正常工作的两个关键点,也是电磁流量计在接地要求方面区别于其他流量计的根本原因。

2.2与热电偶信号的不同
   电磁流量计工作时,电极间产生的信号为毫伏级,如2.1节所述,这是其现场仪表需可靠接地的原因之一,但并非所有的毫伏级信号仪表在工作时都需要接地。为了更好地理解电磁流量计接地的必要性,避免陷入认知的误区,该处可类比同为毫伏级信号的热电偶,其现场仪表工作时不需要采取单独的接地措施。究其原因,是因为热电偶的毫伏级信号产生于热端和冷端,两种不同材质的电极由于热电效应,在热端构成了正负极,并通过补偿导线延伸到冷端,负极不需要与被测介质电位相同。而电磁流量计工作电极与介质接触并保持同一负电位,是其工作的前置必要条件。

3电磁流量计的接地方案
   如图1所示,当流体切割磁力线产生流量信号时,一个电极上产生正电势,另一个电极上产生负电势,为了避免极化反应,两者交替变化。由于电势差以流体本身作为零电位,所以电磁流量计传感器输出信号的接地点应与被测介质电气连接,这是电磁流量计工作的必要条件,如不满足该条件,电磁流量计就不能正常工作。因此,电磁流量计转换器输入端中点必须与流体共处于零电位且导通,这样才能构成对称的输入回路。但在工程实施过程中,针对不同的工况场合,仍需采用不同的接地方案。

3.1安装于金属管道的接地方案
   电磁流量计所测量的介质必须是导电的,所以当电磁流量计安装于无衬里金属管道时,如果确认金属管道已进行了可靠接地,则电磁流量计不再需要单独接地。原因是因为电磁流量计通过金属垫片螺栓和管道已构成了一个整体,电位为0。此处应注意两个细节:为了避免导磁,电磁流量计本体一般采用不锈钢材质或碳钢加非金属衬里,前面所述的不需要单独接地的电磁流量计,是针对本体为不锈钢及其他非导磁金属材质而言;对于碳钢加非金属衬里的,如果不带非金属法兰翻边,当采用金属垫片时,不需单独接地,但对于带有非金属法兰翻边的电磁流量计,如果连接螺栓的电阻值大于0.03&O;(注:数据来自于GB/T20801.42006《压力管道规范工业管道第4部分:制作与安装》10.12.1条,经验数值是数量少于5个),应采用和非金属管道相同的接地方案。金属管道电磁流量计接地方案如图2所示。

3.2安装于非金属管道的接地方案
   当电磁流量计安装在非金属管道,如塑料管道或有绝缘涂料绝缘衬里的金属管道上,则管道内介质无法通过金属管道与大地连通。该工况下,传感器的两端面应要求配带接地环,使管内流动的被测介质良好接地,具有零电位,否则电磁流量计无法正常工作。非金属管道电磁流量计接地方案如图3所示。

   如3.1节中分析,当电磁流量计安装在带非金属衬里的金属管道上时,其接地方案与安装于非金属管道的接地方案相同,也应采用图3所示接地方案。

   由于接地环不改变电磁流量计的形式,工作时与介质直接接触,所以大多数情况下是首选方案,但其并不是工程设计中很好的选择。特别是对于材质特殊的接地环或者口径较大的接地环,鉴于其费用较高,此类工况可考虑改用增加接地电极即三电极的方案来实现工作接地。

3.3安装于带阴极保护管道的接地方案
   对于埋地敷设且距离较长的金属管线,为了防止电化学腐蚀,根据不同种类的介质,需强制或推荐设置阴极保护。无论是牺牲阳极的阴保方案还是强制电流的方案,金属管道在实施阴极保护措施后对大地均为负电位。对于该工况下管道上安装的电磁流量计,需要将现场仪表作为一个独立的整体进行接地,不能与金属管道有任何的导电性电路连接,防止阴极保护的电流通过仪表直接流入大地,严重破坏阴极保护的效果。同时为了维持金属管道阴极保护的整体性,还需要增加导线跨接管道上的法兰。带阴极保护管道电磁流量计接地方案如图4所示。图4中,接地环与阴极保护的金属管道绝缘,螺栓与垫片也要与金属管道之间采用良好的绝缘措施。

4电磁流量计的抗干扰措施
   电磁流量计现场仪表正确接地仅为其正常工作的必要条件之一。从干扰源的角度来看,外界磁场电场均会对电磁流量计产生干扰,对于外界磁场干扰,人们并没有较好的主动防护措施,一般是在设计过程中要求信号线应采用对绞屏蔽电缆,通过感应平衡来降低磁场干扰。同时在选择电磁流量计的安装地点时,应远离一切电磁干扰源(比如大功率电机变压器等)。对于分体式的电磁流量计,转换器与传感器间的信号线励磁线应使用厂家专用电缆并分别穿管敷设。对于电场的干扰,除做好现场仪表的工作接地外,还应按照规范要求完善转换器至控制室电缆的屏蔽接地。电磁流量计电信号回路连接与接地如图5所示。

5结束语
   电磁流量计的正确接地,对电磁流量计的正常投用和长期运行来讲至关重要,但在工程实施时,应认清正确接地并不代表一定要单独设置接地,比如上文中提到金属管道有良好接地措施时,即可不需要单独仪表接地。另外,本文重点讨论研究的是管道式电磁流量计,对于插入式电磁流量计

,可将管道式两个法兰视为一个整体,与插入式电磁流量计单个连接法兰对应,参考采用上文中提到的接地方案。
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