摘要:电磁流量计的工作原理、结构及相关特性,电磁流量计在浓硝酸项目中的应用及选型时注意事项。
随着石油化工装置中工艺与设备越来越复杂，对流体检测的可靠性要求也越来越高。特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、特大流量、微小流量等测量成为重点关注问题。电磁流量计是自差压、浮子及容积式之后用量最大的仪表,能测量常规流量仪表无法测量的腐蚀性流体、多相流体等介质。
1电磁流量计工作原理
电磁流量计是-种测量导电液体体积流量的仪表。其工作原理是基于法拉第电磁感应定律,感应电势与流速之间的关系式为:.
E=kBDv(1)
式中:
E为感应电势,V;
k为系数;
B为交变矩形波磁感应强度,T;
D为传感器通道(测量管)的内径,m;
为流体在通道内的平均流速,m/s。
设液体体积流量为:
由式(1)可知，感应电势与流体的平均流速成正比关系。流体所感应的电势由两只与液体接触的电极检出,并传送至转换器，由转换器完成信号放大,并转换成标准的输出信号输送至显示器和累计单元。
2电磁流量计结构与分类
(1)电磁流量计由流量传感器和转换器两大部.分组成。传感器中的测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管,-对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势,送到转换器,转换成与体积流量成正比的电压信号。
(2)市场上通用型产品和特殊型仪表可以从不同角度分类:
1)按激磁电流方式分类:直流激磁、交流(工频或其他频率)激磁、低频矩形波激磁和双频矩形波激磁;
2)按输出信号连线和激磁(或电源)连线的制式分类:四线制和二线制;
3)按转换器与传感器组装方式分类:分离型和一体型;
4)按流量传感器与管道连接方法分类:法兰连接、法兰夹装连接、卫生型连接和螺纹连接;
5)按流量传感器电极是否与被测液体接触分类:接触型和非接触型;按流量传感器结构分类:短管型和插入型;
6)按用途分类:通用型、防爆型、卫生型、防侵水型、潜水型和插入型等。
3电磁流量计的特点
3.1电磁流量计的优点
(1)电磁流量计的变送器结构简单,没有可动部件,测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管。所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失,同时它不会引起诸如磨损,堵塞等问题。特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆、污水等液固两相流体及各种粘性较大的浆液等。
(2)易于选择与流体接触件的材料品种,可应用于腐蚀性流体。由于它结构上无运动部件,故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极,起到很好的耐腐蚀性能，使之可用于各种腐蚀性介质的测量。
(3)电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著,对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。
(4)电磁流量计是一种体积流量测量仪表，在测量过程中,它不受被测介质的温度、粘度、密度以及电导率(只要在某阈值以上的一定范围内)的影响。因.此，电磁流量计只需经水标定以后，就可用来测量其它导电性液体的流量,而不需要附加温度压力补偿等其它修正。
(5)与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低;
(6)电磁流量计测量范围度大，通常为20:1~50:1,可选流量范围宽;满度值液体流速可在0.5~10m/s内选定。有些型号仪表可在现场根据需要扩大和缩小流量(例如设有4位数电位器设定仪表常数)不必取下作离线实流标定。
(7)电磁流量计的量程范围极宽,同一台电磁流量计的量程比可达1:100。此外，电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关。
(8)电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽,从几mm到3m,可测正反双向流量和脉动流量。只要脉动频率低于激磁频率很多,仪表输出本质上是线性的。
(9)电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可测量瞬时脉动流量，而且线性好。因此,可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出,可就地指示，也可远距离传送。
3.2电磁流量计不足之处.
主要包括如下几点:
(1)电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体较多和较大气泡的液体。
(2)电磁流量计目前还不能用来测量电导率很低的液体介质，被测液体介质的电导率不能低于5μs/cm,相当于蒸馏水的电导率,对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。
(3)由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制，目前工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露(或霜)而破坏绝缘。
(4)电磁流量计受流速分布影响,在轴对称分布的条件下，流量信号与平均流速成正比。所以，电磁流量计前后也必须有一-定长度的前后直管段。
(5)电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。
4电磁流量计选型中注意事项
(1)根据测量介质的特性、工况条件。选择合适.的衬里材质，应考虑介质的腐蚀性、摩擦性及操作工况的温度压力等。
(2)选择合适的电极材质，避免材质与被测介质.不匹配而发生电极表面化学反应形成钝化膜、形成极化现象产生电势或形成触媒作用生成酸雾等。
4电磁流量计选型中注意事项
(1)根据测量介质的特性、工况条件。选择合适的衬里材质,应考虑介质的腐蚀性、摩擦性及操作工况的温度压力等。
(2)选择合适的电极材质,避免材质与被测介质不匹配而发生电极表面化学反应形成钝化膜、形成极化现象产生电势或形成触媒作用生成酸雾等。
(3)必须注意接地问题，其中有接地带、接地环、接地电极和衬里保护器，都必须要合理接地。为了使测量准确和电极不会发生电流腐蚀，电磁流量传感器必须单独接地，并使传感器和流体大约处于相同电位，分离型电磁流量计,原则上接地应在传感器侧，转换器接地应在同一接地点。
通常传感器的内装参比电极或金属管能确保所许的电位平衡。因此,可通过内装的参比电极和金属管将管中流体接地，将传感器的接地片与接地线相连。如果传感器安装于带阴极腐蚀�；す艿郎希舜衅骱徒拥鼗芬黄鸾拥赝�,还要用粗铜线绕过传感器跨接在管道的两法兰.上,使阴极�；さ缌饔氪衅髦涓衾�。
对于金属非接地管道,应用粗铜线连接,保证法兰至法兰和法兰到传感器是连通的;对于非导电的塑料管或衬里管,如果没有参比电极或由于电位平衡电流的存在，需将流体通过接地环接地。
(4)保证被测介质导电率必须大于电磁流量计所要求的最小导电率。但实际情况有时很不理想，一些低度蒸馏水和去离子水随然导电率大于5μS/cm,但出现输出晃动，因此建议稳定测量的导电率下限值要高1~2个数量级。
(5)流体必须要充满管道(非满管型例外)，水.平安装时电极中心轴线应略低于管道中心线。若是垂直安装，最好是流向要自下而上;若流向必须要从上向下，一定要有背压，保证流体能充满管。测两相流时推荐垂直安装，防止水平安装时下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。
(6)电磁流量计的精度和被测介质的流速和测量范围有直接的关系。
(7)设计时，--定要考虑周边是否有大电机或是大变压器等,以免引起电磁干扰。
(8)应用在混合相流体时，选择不会引起相分离的场所。测量双组分液体时,避免装在混合尚未均匀的下游;测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游，避免导电率不均匀。
(9)尽可能避免测量管内变成负压，以防氟塑料.衬里的传感器脱落。
(10)避免振动过大的场合,尤其是一体化电磁.流量计。
(11)有可能结晶液体，电磁流量计要慎用。因为电磁流量计的测量管难以实施保温伴热，测量管上因降温而结成一层固体，导致信号源内阻变得很大,仪表示值失常。
(11)有可能结晶液体，电磁流量计要慎用。因为.电磁流量计的测量管难以实施保温伴热，测量管.上因降温而结成一层固体，导致信号源内阻变得很大,仪表示值失常。
(12)一般功耗大的情况下最好应用220VAC交流励磁的型号，这样就可以避免现场不可见因素的干扰。
(13)尽管电磁流量计要求的直管段长度相对于其他流量计来说很短，但是在设计过程中还应该充分考虑这个问题，不要在传感器上游的近处装有截止阀。
5电磁流量计在某浓硝酸项目中的应用
某化肥厂浓硝酸项目的吸收合成部分为整个装置的核心部分，其硝酸介质的流量检测也为整个项目的关键部分,要求测量准确且精度达到0.25%。由于测量介质硝酸具有强腐蚀性,综合地考虑测量的安全、准确和经济性,选用电磁流量计来进行流量检测，下面对应用过程中几点关键问题进行阐述。
此项目介质为硝酸，具有强腐蚀性，但温度最高为110'℃,所以选择衬PTFE。
5.2特殊介质的渗透问题
(1)水的渗透
水的渗透包含了黑液渗透、酸溶液、碱溶液渗透。其中黑液的主要组成分NaOH、NaHS、NaCl、木质素纤维素高温盐液等;酸碱溶液包含浓硝酸、氢氟酸、氢氧化钠。
(2)非水的渗透
非水渗透主要为CIO2。
一般情况，PTFE/PFA是不易被水沾湿，但是在含盐浓度高时，PTFE/PFA便具有亲水性了，含盐浓度越高、压力高、温度高时，渗透速度加倍。渗透模式以水分子以水蒸气形式吸附、水分子在衬里内扩散、水分子从衬里扩散到衬里与管壁之间(水不吸附在衬里背面，最终凝结成水滴)3种形式，-旦通路形成，渗透急剧加速,造成传感器故障。
此项目为第--种情况即水的渗透,为防止此现场.发生，首先增加衬里厚度延长渗透时间，然后选用泪孔形式，在管壁上开小孔,提供释放通路,这样渗透.的介质不会积存在衬里与管道间，也就不会产生气泡。
5.3电极材质选择问题
适当的电极选择和设计减少结垢，增加过程稳定性，降低维护成本。对于不产生结晶、结疤、不沾污电极的介质，可用标准电极;否则用刮刀式清垢电极或有清洗连接装置的电极。对于测污场合,还可以选用可换式电极。设计时候要考虑能否加旁路管或便于清洗的连接和预置入孔，用来清除电极污垢和测量管内壁。电极形状可以设计成纽扣式和子弹头式的，当磨损成为主要因素的时候选用纽扣式的电极形式,当覆盖成为主要因素的时候选用子弹头式的电极形式。常见电极材质见表2。此项目中覆盖并不是主要因素,所以选用纽扣形式的电极形式。
6结束语
近几年无论在理论分析.上还是在实践应用上,电磁流量计都有了很大的改进和发展，具有很高的可靠性、安全性、可用性，加深了解仪表的原理结构及性能，从根本上保证仪表的可靠性,保障系统能更稳定安全的运行。
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