淺析污水流量計常見(jiàn)故障形成原因檢測方法

要說(shuō)目前在工業(yè)生產(chǎn)流程中使用最廣泛的流量計品種，污水流量計可算一種，該流量計因其獨特的優(yōu)點(diǎn)，受到廣大用戶(hù)的青睞，特別是在測量各類(lèi)水基介質(zhì)的流量過(guò)程中，更是得到了大量的應用。污水流量計作為一種智能化的精密數字儀表，運行過(guò)程中會(huì )受到各種不利因素的影響，而導致其運行產(chǎn)生故障。如何準確地對儀表的故障因素進(jìn)行辨別與判定，一直受到男內外使用者以及研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。德國化工測量與調節技術(shù)標準化委員會(huì )NAMUR就曾經(jīng)就污水流量計使用者和制造者中間作過(guò)污水流量計在應用過(guò)程中主要故障及其成因的統計, 根據其調查結果一共總結了8 種典型流量計故障, 同時(shí)按照故障發(fā)生而影響污水流量計使用的重要程度撰寫(xiě)VDI- NAMUR- WIB 2650 指導原則，關(guān)于污水流量計的故障在線(xiàn)診斷要求列表如下(見(jiàn)表1 所示) , 此表格包含了實(shí)際應用中會(huì )遇到的絕大多數故障類(lèi)型。凱銘儀表科技有限公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)污水流量計的廠(chǎng)家，根據多年實(shí)踐, 對污水流量計的這些常見(jiàn)故障的成因、檢測判別方法以及對故障的處理方式作簡(jiǎn)要闡述, 僅供廣大讀者參考。

優(yōu)先程度	典型的故障
1 2 2 3 3 4 4	液體中含有氣泡 電極腐蝕 電導率過(guò)低 襯里變形 電極結垢 外部干擾磁場(chǎng)或電場(chǎng) 電極短路（金屬顆粒）

一、測量液體介質(zhì)含有氣泡的現象
液體中含有氣泡的現象導致測量不準或測量值波動(dòng)( 輸出波動(dòng))。成因: 液體中泡狀氣體的形成有從外界吸入和液體中溶解氣體( 空氣) 轉變成游離狀氣泡兩種途徑。若液體中含有較大氣泡, 則因擦過(guò)電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極, 使流量信號輸入回路瞬間開(kāi)路, 導致輸出信號出現晃動(dòng)。判別方法: 最簡(jiǎn)單的判別方法是當遇到晃動(dòng)時(shí), 切斷磁場(chǎng)的勵磁回路電流, 如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩定時(shí), 說(shuō)明大多是由于泡影響造成。如果此時(shí)以指針式萬(wàn)用表測量電極電阻, 可測量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高, 但該測試需要靠專(zhuān)業(yè)人員長(cháng)期積累的測試經(jīng)驗和數據。圖1更換安裝位置解決方法: 對于被測介質(zhì)中含有空氣的情況, 如果判斷是由安裝位置引起的, 如因污水流量計裝在管系高點(diǎn)而潴留氣體或外界吸入空氣造成流量計晃動(dòng)的話(huà), 更換安裝位置是最徹底的解決方法, 如圖1 所示, 在管線(xiàn)最低點(diǎn)或采用U 型管安裝。但很多應用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換, 建議在流量計上游安裝集氣包和排氣閥, 如圖2 所示。一臺DN2200 口徑的污水流量計, 因氣泡造成顯示的晃動(dòng)約可達20~ 50%, 在安裝了排氣裝置后, 測量即恢復正常。安裝有排氣裝置的智能污水流量計。
二、測量管道處于非滿(mǎn)管狀態(tài)
非滿(mǎn)管現象可以看作液體中含有氣泡的一種極端情況。成因: 液體未充滿(mǎn)管道可分為液面高度高于測量電極水平面或低于水平面兩種情況。當管內液面高于電極水平面時(shí), 若管系的前后直管段比較理想時(shí), 污水流量計的測量大多能夠穩定, 但流量計所計量的液體體積包含了管內的氣體體積, 故這種測量存在著(zhù)很大的測量誤差。當管內液面高度低于電極表面時(shí), 此時(shí)電極在空氣中, 測量回路實(shí)際處于開(kāi)路狀態(tài)。污水流量計的測量值和輸出處于一種隨機的狀態(tài), 不停地晃動(dòng)或是滿(mǎn)度。非滿(mǎn)管的情況多出現在靠流體自流或流量計后無(wú)任何背壓的直接排放口, 例如在污水行業(yè)經(jīng)常遇到。判別方法: 可采用前述氣泡判別的方法, 此時(shí)以指針式萬(wàn)用表測量電極電阻, 可發(fā)現電極的回路電阻明顯變高, 若以水對比, 國產(chǎn)MF30 萬(wàn)用表以1K 的量程測量, 所測得的阻值不會(huì )大于100k , 大于此值, 可絕對判定電極回路異常, 在排除電纜開(kāi)路的前提下, 判定空管是可信的。如果條件允許的話(huà), 還可觀(guān)察流量計后端液體排放口( 如圖3 所示) , 當排放出的液體明顯不充滿(mǎn)即可判斷污水流量計安裝為非滿(mǎn)管。腐蝕后的電極解決方法: 在流量計安裝時(shí)盡量避免出現非滿(mǎn)管的情況。如前面提及的在管線(xiàn)最低端安裝或有意將流量計安裝在U 型管道。另外, 現在市場(chǎng)上已有能夠在非滿(mǎn)管情況下測量的智能污水流量計。
三、污水流量計的測量電極腐蝕
現象: 在排除氣泡的因素后有因電極腐蝕而造成測量值晃動(dòng)的情況, 且都以傳感器失效而告終。成因: 由于電極材料的選擇不當造成電極為被測液體所腐蝕, 從而導致流量計輸出晃動(dòng)。圖5 IFC300 噪聲采樣圖判別方法: 由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會(huì )表現出來(lái), 之前通常無(wú)法判別。電極一旦被腐蝕后, 所造成的結果如圖4 示( 右邊圖6.. IFC300 噪聲放大計算方法為完好的電極, 左邊是腐蝕后的電極) 。對此的解決方法, 只有更換新的電極。傳統的電極腐蝕故障診斷處理都屬于事后維護處理的方法。當前市場(chǎng)上最新的污水流量計從因電極腐蝕形成的電極噪聲入手, 對電極腐蝕形成的噪聲進(jìn)行分析處理, 從而給出量化的腐蝕判斷依據。如OPTIFLUX 的IFC300 污水流量計可經(jīng)過(guò)噪聲量化處理軟件對流量測量信號中夾雜的噪聲信號進(jìn)行分離處理, 當噪聲信號超過(guò)預設值時(shí)即報警( 如圖5 和圖6 所示) 。
四、污水流量計的電極結垢及電極短路
現象: 電極短路的判別比較簡(jiǎn)單, 若被測介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí), 電極短路較易診斷, 此時(shí)測量值明顯偏小或趨于零。但這種現象在日常運行中并不多見(jiàn)。因污水流量計經(jīng)常應用于原水和污水等計量環(huán)境, 電極結垢的發(fā)生幾率較高。當電極結垢時(shí), 表現為信號逐漸減小, 直至絕緣而使得信號回路開(kāi)路, 此時(shí)流量信號被隔絕。成因: 當被測介質(zhì)的粘度較高時(shí), 易在管壁附著(zhù)和沉淀, 若附著(zhù)的介質(zhì)是比被測液體電導率高的導電物質(zhì), 則信號電勢被分流而不能工作, 即電極短路, 若是非導電層, 就是我們日常所說(shuō)的電極結垢, 則使電極開(kāi)路而不能工作。判別方法: 令附著(zhù)層的附加示值誤差為..E, 則..E = 2 1+ ..w ..f + 1- ..w ..f 1- 2t d - 1 式中: t 為附著(zhù)層厚度; d 為測量管內徑; ..w 、..f 分別為附著(zhù)層、液體電導率。若附著(zhù)于襯里管壁異物層為氧化鐵銹層, 或以金屬為主要成份的染料, 其電導率大于液體電導率, 測得的流量值將比實(shí)際流量值低; 若為碳酸鈣等水垢層, 其電導率低于液體, 測得的流量值將低于實(shí)際流量。若附著(zhù)層電導率與液體相同, 按式計算附加誤差為零, 但此只局限于附著(zhù)層厚度小的條件, 譬如2t/ d 要小于10%, 因為相同流量有附著(zhù)層時(shí)流通截面積減小, 但平均流速增加, 相互間可抵消, 也只能說(shuō)附加誤差可忽略。解決方法: 建議選用不易附著(zhù)的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除沉垢。也有暫時(shí)斷開(kāi)測量電路, 在電極間通以短時(shí)間的低壓大電流, 焚燒清除油脂類(lèi)附著(zhù)層。易產(chǎn)生附著(zhù)層的場(chǎng)合采用提高流速以達到自清掃管壁的目的是一個(gè)比較有效的方法, 當然采用易清洗的管道連接是一個(gè)比較徹底的方法。
五、污水流量計所測量介質(zhì)的電導率過(guò)低
現象: 電導率低于閾值( 下限值) 會(huì )產(chǎn)生測量誤差直至不能穩定工作, 使用時(shí)出現晃動(dòng)現象, 電導率超過(guò)閾值即使再變化時(shí), 此時(shí)測量的示值誤差幾乎恒定。通常儀表制造廠(chǎng)規范中規定的下限值是指在較理想的條件下可測量的最低值, 而實(shí)際使用條件不可能都很理想。例如當污水流量計規范中規定的下限值為5..S/ cm, 實(shí)際使用時(shí)即出現輸出晃動(dòng)。圖7.. 接液電阻測量圖8.熱擴散現象判別方法: 液體電導率可查閱附錄或有關(guān)手冊, 若缺少現成數據時(shí), 則可用電導率儀取樣測定。但有時(shí)候現場(chǎng)并不配備電導率儀, 因此, 最簡(jiǎn)單的方法可以用萬(wàn)用表測出液體的接液電阻, 再用同樣的方法測試現場(chǎng)普通自來(lái)水的接液電阻, 比較兩者的測試結果, 若介質(zhì)的接液電阻比自來(lái)水大一個(gè)數量級, 此時(shí)介質(zhì)的電導率約為30~ 50..S/ cm( 自來(lái)水一般為30~ 50..S/ cm) 。由于接液電阻和電導率是反比關(guān)系, 所以直接以所測得的接液電阻的大小進(jìn)行判別也可以。下式即是一接液電阻的經(jīng)驗公式R = 1..d 式中: 為液體電導率, d 為電極直徑。如當液體電導率為5 -10- 6..S/ cm, 電極直徑1cm 時(shí), 接液電阻R 計算得200k..。所以任何接液電阻值大于該值的液體都可認為液體電導率過(guò)低不適合使用常規的污水流量計。解決方法: 電導率過(guò)低超出了儀表所容許的測量范圍, 此時(shí)唯一的解決方法是選用其它能滿(mǎn)足要求的低電導率污水流量計( 如電容式污水流量計) 或者是其它原理的流量計。
六、污水流量計的襯里變形
現象: 測量不準確或傳感器損壞。成因: 襯里變形, 大多發(fā)生在氟塑料的襯里, 造成這種現象的原因有兩種: 一是蒸氣滲透引起氟塑料襯里的熱擴散現象( 如圖8 所示) , 所謂熱擴散是當管道內介質(zhì)( 氣體或蒸氣) 流過(guò)氟塑料襯里時(shí)所發(fā)生的自然的物理現象, 通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸氣的類(lèi)型、襯里的厚度( 當襯里的厚度增加時(shí)滲透程度則相應減小) 、襯里內外的溫差( 當襯里內外溫差很大時(shí)滲透則加劇) 和管道壓力等多個(gè)因素。二是氟塑料襯里特別是聚四氟( PTFE) 襯里本身的工藝結構, 因為聚四氟與管壁間僅靠壓貼, 無(wú)粘結力, 故不能用于負壓管道。如圖9 所示為在高溫應用場(chǎng)合管道瞬時(shí)形成負壓后的襯里變形。隔熱絕緣措施判別方法: 襯里變形在現場(chǎng)一般無(wú)法判別, 現用的判斷方法是, 在實(shí)際應用過(guò)程中發(fā)覺(jué)流量誤差較大時(shí), 即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀(guān)察, 但此時(shí)襯里的故障往往已經(jīng)形成。解決方法: 隔熱絕緣的方法如圖 所示, 法蘭和線(xiàn)圈盒間增加隔熱措施, 減小溫差、減小熱擴散, 這將在很大程度上改善襯里內外溫差情況, 從而降低滲透率和蒸汽在測量管壁內的凝聚; 加厚聚四氟( PTFE) 襯里厚度; 提供其它形式的襯里, 如PFA 和陶瓷襯里。
七、外部強電磁場(chǎng)對于污水流量計的干擾
現象: 污水流量計信號失真, 輸出信號表現為非線(xiàn)性或信號晃動(dòng)。成因: 由于流量信號小易受外界影響, 而源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場(chǎng)等。污水流量計的設計制造應符合電磁兼容性要求, 在規定輻射電磁場(chǎng)環(huán)境下能正常工作。但現場(chǎng)應用表明, 強磁場(chǎng)( 如在電解廠(chǎng)和較大的電融爐附近) 會(huì )導致磁場(chǎng)回路飽和及外部磁場(chǎng)進(jìn)入污水流量計的磁場(chǎng)回路并形成雜散磁場(chǎng)而影響輸出的線(xiàn)性度。電場(chǎng)則是由于噪聲破壞測量管內的電勢平衡造成輸出信號波動(dòng)異常。判別方法: 當輸出信號表現為非線(xiàn)性時(shí), 可通過(guò)專(zhuān)用的模擬信號儀來(lái)判斷, 如污水流量計轉換器的輸出為線(xiàn)性, 可判別為外界的磁場(chǎng)影響, 反之也有可能是污水流量計本身的電器故障。對電場(chǎng), 可在先不加激磁電流時(shí)用示波器測量?jì)蓸O間的電勢, 其值應為零, 如測得有交流電勢, 則可判別為漏電流等電場(chǎng)。解決方法: 防止磁場(chǎng), 通常只有將電磁流量傳感器的安裝位置遠離強磁場(chǎng)源。強電場(chǎng)的防止, 可采取增強屏蔽等措施。如仍無(wú)效, 則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣, 如圖11 所示。圖11 中, V1 和V2 為接地線(xiàn)( 由制造廠(chǎng)提供) ; PE 為功能接地線(xiàn), 用戶(hù)自備; D1、D2、D3 為密封墊片; E 為接地環(huán); Y 為接線(xiàn)盒或信號轉換器; L 為連接導線(xiàn), 其截面積..4mm2; I 為所有連接部分外部絕緣; F、PF 為法蘭。這一措施也適用于有陰極保護電流或雜散電流的管道, 作為試排除管道電流影響的方法，傳感器與連接管道的絕緣連接圖
八、傳輸電纜的故障
現象: 反映污水流量計在運行一段時(shí)間后( 一般不是新裝用表) , 出現工作異常, 具體表現為測量值變大或變小, 或者是不停地波動(dòng), 且經(jīng)現場(chǎng)檢查已排除管道不滿(mǎn)管、介質(zhì)含氣等上述現象的可能性。成因: 這類(lèi)問(wèn)題的產(chǎn)生與用戶(hù)的安裝、維護不當有關(guān)。由于管道絕大多數是埋敷在地下, 傳感器具有IP68 防護結構, 轉換器安裝在儀表箱或室內, 兩者通過(guò)電纜連接。由于地面沉陷等現場(chǎng)情況的變化, 傳感器和轉換器的相對安裝位置有了變動(dòng), 或者是因故而移動(dòng)了儀表的安裝位置而引起電纜的短缺, 施工單位或是用戶(hù)簡(jiǎn)單地用電纜予以續接加長(cháng)(如圖12 所示) , 并未徹底做好電纜接頭處的防潮( 防水) 等處理, 且接頭處常用絞接的方法連接。使用日久, 如果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, 可能造成以下一些故障: 12 信號線(xiàn)對地絕緣下降, 引起信號衰減, 最終是測量結果偏小。信號電纜連接處接觸電阻變大, 使測量值變小, 若該接觸電阻不穩定, 則測量值無(wú)法穩定, 且易引入。勵磁線(xiàn)圈對地絕緣下降, 造成測量結果偏小，勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大, 使轉換器的勵磁回路處于非恒流工作區域, 勵磁電流下降, 同樣造成測量結果偏小。若該接觸電阻不穩定, 則測量值出現波動(dòng)。信號線(xiàn)、勵磁線(xiàn)對地絕緣性能下降, 使得測量結果遠大于正常的數據。如這種不穩定, 對儀表的影響也變化不定, 繼而出現波動(dòng)。信號電纜、勵磁電纜兩個(gè)連接頭相靠較近, 就會(huì )產(chǎn)生耦合作用。通常能使實(shí)際運行結果增大幾成, 此時(shí)儀表的零點(diǎn)變化就是由引起的。

上一篇：污水流量計在固井施工現場(chǎng)中的應用與影響因素

下一篇：淺析污水流量計的四種連接方式及儀表檢測的方法