電磁流量計的工作原理是根據(jù)法拉第的電磁感應定律，它由流量傳感器和轉換器兩部分組成。廣泛應用于測量能導電液體或液固兩相介質(zhì)的體積流量，也大量用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結晶的溶液的流量，當然也可用于純水、污水等相對簡單的導電介質(zhì)的流量，是一種應用非常廣泛的流量測量儀表。

 

1、電磁流量計的優(yōu)點

( 1) 傳感器沒有阻礙流體流動的節(jié)流件，不會堵塞，非常適合用在含有固體顆粒、結晶物、泥漿或污水等的測量。

( 2) 沒有附加壓力損失，對于管道壓力不高或不允許降低管道壓力降的情況非常適用，在大口徑測量中節(jié)約泵的能耗更加明顯。

( 3) 僅測量管襯里和電極與被測介質(zhì)接觸，易選用相應材料測量腐蝕性及磨蝕性介質(zhì)。用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結晶的溶液的流量測量有很大的優(yōu)勢。

( 4) 是一種真實的體積流量測量儀表，儀表系數(shù)不受流體組分及物性參數(shù)( 密度、粘度) 、工作狀態(tài)( 壓力、溫度) 及電導率變化( 只要在閾值以上) 等的影響，它可在一種典型介質(zhì)( 一般為水) 下校準，而用于其他介質(zhì)( 液體) 時無需附加修正。

( 5) 測量范圍大，量程比一般大于10∶1，***高可達100∶1。流速范圍一般為1 ～ 6 m/s，也可擴展到0. 5 ～ 10 m/s。

( 6) 儀表口徑系列齊全，可從幾毫米到幾米( 目前已有3m產(chǎn)品) 。對于大口徑還可采用探頭型( 或叫插入式) 。

( 7) 安裝方便，可水平、垂直或傾斜任意角度安裝，對上游側直管段長度要求較低( 一般從電極中心至上游側阻流件距離只要5 倍管徑) ，下游側只要3 倍管徑。

 

2、電磁流量計的不足

( 1) 不能用于低導電率液體，如石油制品、有機溶劑等，亦不能測量氣體、蒸汽以及含有較多鐵磁性介質(zhì)或大量氣泡的液體。

( 2) 由于內(nèi)襯材料和電絕緣材料的溫度限制，不能用于較高溫度工況; 如未采取特殊處理，因測量管外結霜，也不能用于低溫介質(zhì)測量。

 

3 工程設計中需要考慮的主要因素

3. 1 被測介質(zhì)電導率

        電磁流量計測量的流體必須是導電的，一般只要電導率超過閾值，即使變化也不影響測量值，但低于閾值將會增大測量誤差; 通常要求液體電導率不小于5 μS /cm，去離子水電導率不小于20 μS /cm。

3. 2 被測介質(zhì)溫度

         電磁流量計一般只能用于工藝介質(zhì)溫度不高于180 ℃的場合。選型時，要根據(jù)被測工藝介質(zhì)的溫度范圍，選擇測量管內(nèi)襯材料及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級。常用測量管襯里材料有聚四氟乙烯( PTFE) ，適用溫度范圍－ 40 ～ + 180 ℃; 氯丁橡膠( Neoprene) ，適用溫度＜ 65 ℃; 聚氨酯橡膠( Polyurethane) ，適用溫度＜ 65 ℃;

 

3. 3 當被測液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質(zhì)時因為電磁流量計僅測量管襯里和電極與被測介質(zhì)接觸，所以只要選好這兩者的材質(zhì)即可。耐酸、堿等強腐蝕性介質(zhì)的襯里常選用聚四氟乙烯( PTFE) ，耐磨損類如礦漿、結晶類介質(zhì)的襯里可選用聚氨酯橡膠( Polyurethane) 。對于電極材質(zhì)的選擇，一般可查有關防腐蝕手冊［2］，對于混酸等成份復雜的介質(zhì)，應做掛片試驗。

 

3. 4 當被測液體為臟污流( 兩相，漿液等) 介質(zhì)時

( 1) 當介質(zhì)含有固體顆粒時，水平安裝易使下半部內(nèi)襯及電極磨損嚴重，這時選用垂直安裝較好; 襯里要選用高耐磨性材料，如陶瓷或聚氨酯橡膠; 電極則采取一些結構措施以防磨損漏液。

( 2) 測量會在管壁附著和沉淀的物質(zhì)的流體時，應注意電極的污染?？蛇x用刮刀式、可更換式。管壁的附著則可用提高流速以起到自清洗作用，或采取比較方便易清洗管道的連接方法。

( 3) 含有非磁性顆?；蚶w維的固液兩相流時，如漿液擦過電極表面會產(chǎn)生尖峰噪聲，使信號不穩(wěn)，可選用市電交流激磁或雙頻激磁儀表。

 

3. 5 工藝介質(zhì)的流速

         儀表口徑是根據(jù)管道內(nèi)平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一般工業(yè)輸水管道經(jīng)濟流速為1. 5 ～3 m/s，易粘附沉積結垢物質(zhì)則提高到3 ～ 4 m/s 或更高，礦漿等磨蝕性強的為2 ～ 3 m/s。電磁流量計的液體流速范圍可在1 ～ 10 m/s 之間選用。原理上，上限流速并沒有限制，滿度流量的流速下限一般為1 m/s，有些產(chǎn)品為0. 5 m/s，低于此流速，從測量準確度出發(fā)應改用小管徑，以異徑管連接到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問題。圖1 為流量計口徑、流速與流量關系的曲線圖，計算儀表口徑時可參照。

3. 6 大口徑時電磁流量計的選擇

        電磁流量計按安裝形式可分為管道式和探頭式。一般優(yōu)先選用管道式電磁流量計; 當工藝管徑較大且考慮設備費用時，或安裝時不允許管道停流的情況下，可選用探頭式電磁流量計( 精度可達0. 5 級) 。

         ( 1) 探頭式可裝配球閥，可在管道不停流情況下拆、裝，利于儀表的在線安裝和維護。

         ( 2) 探頭插入深度只需很短，對管道阻力小。一般在直管段足夠長時，采用平均流速點測量法，這種方法的測量精度基本不受雷諾系數(shù)變化的影響，探頭的插入深度僅為Ｒ=0. 121D; 當直管段較短時，一般采用中心流速點測量法，插入深度Ｒ=0. 5D( 其中D 為管道直徑) 。

 

3. 7 工藝管道材質(zhì)

        若連接儀表的管道是( 相對于被測介質(zhì)) 金屬導電性的，不需要接電環(huán)，若是絕緣性的，則要用接地環(huán)，可用普通型，它的材質(zhì)應與被測介質(zhì)的腐蝕性相適應。若被測介質(zhì)是磨損性的，則宜選用帶頸接地環(huán)，以保護進、出口端的襯里，延長使用壽命。

3. 8 安裝儀表的工藝管道段的敷設位置

        電磁流量計的安裝形式可分為三種: 一體型、分離型和潛水分離型( IP68) 。一般情況選用一體型，它將流量計的傳感部分和轉換部分( 表頭) 裝于一體，便于安裝使用; 當管道敷設的位置較高不便觀察或安裝在環(huán)境差的場合，可采用分離型，分離長度一般不超過30 m; 當傳感器需要安裝在井下、水下的被測現(xiàn)場管道上時，需要選用潛水分離型。

 

4 接 地

        為了使電磁流量計不受外界寄生電勢的干擾，傳感器應有良好的單獨接地線，接地電阻 ＜10 Ω 。接地方法要根據(jù)廠家的資料或技術人員指導認真執(zhí)行，常規(guī)的接法是:

         (1) 當電磁流量計安裝在已接地的金屬管道上，通過電磁流量計變送器上的接地端子實現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡，即通過截面積不小于 6 mm 2 的銅芯電線連接至接地端子上。

         (2) 當電磁流量計安裝在未接地的金屬管道上，2 個法蘭均通過截面積不小于 6 mm 2 的銅芯電線與管道法蘭相連接，并接地; 將變送器或傳感器接線盒連接至接地端子上，實現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡。

         (3) 當電磁流量計安裝在塑料管道或帶絕緣內(nèi)襯的管道上，通過附加接地環(huán)實現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡，接地環(huán)通過截面積不小于 6 mm 2 的銅芯電線連接至接地端子上。

 

5 應用實例

5. 1 管道式電磁流量計在 93%濃硫酸中的應用

         工況條件如表 1 所示。

         選型情況: 首先，根據(jù)管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流速為: 0. 53 m/s。這個值比較小，至少要縮徑至流速值為 1m/s 以上，試選用DN65 的流量計，可算出流速為: 1. 26 m/s，這個值合適，故通徑縮二檔選用 DN65檔。由于管徑不大，管道敷設位置也不特殊，故選用一體型管道式電磁流量計。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇電極材質(zhì)為哈氏合金 B，襯里材質(zhì)為 PTFE。

 

5. 2 探頭式電磁流量計在高含鹽廢水中的應用

         工況條件如表 2 所示

         選型情況: 根據(jù)管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的***小流速為: 0.56 m/s，***大流速為: 1.32 m/s。由于***小流速運行的情況很少，這個流速范圍基本能滿足電磁流量計的測量范圍要求。由于管徑較大，考慮到費用問題，選用探頭式電磁流量計。由于流量計要安裝在室外儀表井內(nèi)管道上，故選用潛水分離型(IP68)電磁流量計，專用連接電纜 10 m，變送器安裝在地面 1. 4 m 高的 2”管上。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇儀表本體材質(zhì)為 304SS，電極材質(zhì)為 316LSS，襯里材質(zhì)為 PTFE。

 

6 結 論

         電磁流量計因其獨特的優(yōu)點，在石化行業(yè)得到了廣泛的應用。設計選型時需要考慮的因素，除了上面介紹的主要因素，還有儀表的防爆等級、防護等級，工藝連接法蘭標準、壓力等級、供電電壓、儀表精度等。另外，做好現(xiàn)場安裝和現(xiàn)場接地也是提高電磁流量計準確性和穩(wěn)定性的重要因素。