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電磁流量計在熱網計量中的應用
發布時間:2019-02-12

摘要:電磁流量計以其安裝方便、測量精度高和使用壽命長等一般流量計所不具備的優點,在熱網計量中擁有著不可替代的地位。因此電磁流量計對于熱網高溫水流量測量來說則是一種比較理想的計量儀表,可以在供熱企業的熱網測量中廣泛推廣。
1.引言
  城鎮集中供熱目前在我國北方大多數城鎮已得到大規模的普及并以更加迅猛的勢頭發展著,在這些小則數十萬,多則有數百萬甚至上千萬平方米供熱面積的熱網上,哪怕任何微小的技術進步都會產生巨大的經濟效益和社會效益。熱電廠的熱力產品主要有蒸汽和熱水。對蒸汽和熱水的流量、熱量如何計量和管理是維護供用熱雙方經濟利益、減少貿易糾紛、維持社會和諧穩定的關鍵所在。
  本文以國電遼寧節能環保開發有限公司供熱系統中流量測量為例,結合作者的工作、教學實踐,介紹了電磁流量計的工作原理和在熱網中的應用情況,并分析了電磁流量計的發展趨勢,為熱網計量工作提供了一些可以借鑒的東西。
2.電磁流量計
  流量計(Flowmeter)是指用以測量瞬時流量和累計流量的器具,統稱為流量計。流量計是工業測量中重要的儀表之一。隨著工業生產的發展,對流量測量的準確度和范圍的要求越來越高,流量測量技術日新月異,為了適應各種用途,各種類型的流量計相繼問世。目前已投入使用的流量計已超過100種。
  電磁流量計就是其中一種測量導電介質體積流量的計量儀表,具有無節流阻流部件,不易堵塞,耐腐蝕性好,適用介質范圍廣,測量精度不受被測介質溫度、粘度、密度、壓力、比重等物理參數的影響,其示值在一定的導電率范圍內與被標定的液體種類無關等特點。
2.1工作原理
  電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律:導電液體在磁場中切割磁力線運動時,導體中產生感應電勢,如圖1所示,其感應電勢E為:
E=KBVD
式中:
K———儀表常數
B———磁感應強度
V———測量管道平面內的平均流速
D———測量管道截面的內徑
電磁流量計工作原理圖示
  電磁流量計在結構上一般由電磁流量計傳感器和電磁流量計信號轉換器兩部分組成。一般情況下傳感器和轉換器是分體的,傳感器安裝在生產過程工藝管道上,它的作用是將流經管內的液體流量值線性地變換成感應電勢信號,并通過傳輸線將此信號送到轉換器中去,主要由管組件、磁路系統、電極及干擾調整機構等部分組成。信號轉換器的作用是將傳感器送來的流量信號進行比較、放大、并轉換成統一標準的輸出信號,以實現對被測液體流量的遠距離指示、記錄、積算或調節控制。也有的電磁流量計將傳感器和信號轉換器裝在一起組成一體型電磁流量計,可就地顯示,并遠傳顯示和控制。圖2是分體式的傳感器和轉換器工作的原理圖。
分體式電磁流量計傳感器和轉換器工作原理圖
2.2功能特點
電磁流量計主要有以下特點:
(1)傳感器結構簡單可靠,沒有可動部分,也沒有阻礙被測介質流動的節流部件,不會發生阻塞問題:
(2)由于沒有節流部件,被測介質在傳感器的測量管內流過時幾乎沒有壓力損失,僅有可忽略不計的沿程阻力;
(3)電磁流量計量程范圍極寬,而且可任意改變量程;其流量、流速、口徑三者關系可查閱曲線(圖3);

(4)電磁流量計無機械慣性,反應靈敏,可以測量瞬時脈動流量,而且線性好,可以將測量信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出,并且低頻三值波勵磁不受工頻及現場條件各種雜波干擾影響,工作穩定可靠;
(5)傳感器測量管道內只有內襯和電極與被測液體接觸,只要合理選擇電極和內襯材料,即可耐腐蝕和耐磨損;
(6)安裝、使用維護方便,使用壽命較長。一般的電磁流量計要求的直管段為前5D,后3D,智能文丘利電磁流量計只需要前3D,后1D,就能確保計量準確度。
3.熱網應用
  國電遼寧節能環保開發有限公司是熱電聯產企業,作為城市現代化建設的基礎設施,用集中供熱形式替代分散供熱形式,在節約能源和改善環境污染等方面顯示出巨大的優越性,為城市建設和人民生活水平的提高做出了貢獻。
公司目前負責39家企業高溫水熱用戶和95家高溫水換熱站冬季供暖工作,這些熱用戶和換熱站基本都采用電磁流量計用來計量高溫水流量。
  首先從供熱企業本身來說,供熱管網在運行中普遍存在水力失調(即供熱管網不能按照管段所需的流量進行分配)的問題。水力失調會造成供熱系統的效率降低和供熱質量的惡化,使得供熱系統能耗和運行費用大幅度增加。要想進行水力平衡的調節,管網中的流量參數是必不可少的重要參考數據。安裝在供水管線上的流量計可以很直觀的反映出管線中的瞬時水流量和累計水流量。根據流量計顯示的測量值來調節熱網系統水力平衡,從而達到提高供熱效率的效果,并且可以得到可靠的流量測量參數進行調整負荷,進一步根據用戶端的流量測量值的變化來調整高溫水網管線的供熱量來滿足熱用戶需求。可見,電磁流量計在供熱生產中的應用是很重要的,具體體現在以下幾個方面:
(1)電磁流量計廣泛應用于一些較大型的居民換熱站內,作為高溫水流量計的測量儀表,因為其居民供暖水網覆蓋面積很大,并且水網管道容易上銹,里面的雜質很多,如果采用差壓式流量計,很容易造成節流裝置的堵塞,從而導致計量不準確,而電磁流量計傳感器結構簡單可靠,沒有可動部分,也沒有阻礙被測介質流動的節流部件,不會發生阻塞問題。由于電磁流量計的傳感器測量管道內只有內襯和電極與被測液體接觸,因此我們為換熱站選用的內襯材質為聚四伏乙烯,電極材料為含鉬不銹鋼,更加保證了內襯和電極的耐腐蝕和耐磨損性,可以有較長的使用壽命,節省設備維護經費。
(2)在一些小型換熱站,由于換熱站內空間小、直管段較短,安裝空間不大。一般的流量計要求的直管段較長,在換熱站內無法滿足其直管段要求,不能保證計量的準確性。但是電磁流量計一般要求的直管段為前5D,后3D,而智能文丘利電磁流量計只需要前3D,后1D,就能確保計量準確度。所以其以安裝、使用維護方便的特點得以廣泛使用。
(3)自供熱行業改革后,我國逐步實行供熱分戶計量、按用熱量計量收費制度。分戶計量用熱就要安裝熱量計量儀表。要想計量管線中熱水的熱量,對管線中熱水的流量測量是必不可少的參考數值。所以電磁流量計還應用于企業高溫水熱用戶的高溫水進戶的供回水雙側,作為流量計量儀表,并配PT1000的熱電阻,共同將信號入熱量計量儀,并按照熱量計量儀顯示的熱量值對用戶進行收費。由于電磁流量計沒有節流部件,被測介質在傳感器的測量管內流過時幾乎沒有壓力損失,僅有可忽略不計的沿程阻力;這樣就減少了管道里面的壓力損失,避免了計量誤差的產生。并且因為在供回水兩端都安裝了電磁流量計,所以可以測量出其供回水的差值,對高溫水的失水量加以計量,避免了高溫水的丟失,保證了對企業熱用戶的貿易計量的準確性。
(4)由于各個用戶的工作環境不同,其周圍環境對流量計產生的干擾也是影響熱量計量準確性的重要因素。一般的差壓式流量計其流體流量經節流件及差壓變送器兩次信號能量形式的轉換,輸出統一的電流信號給熱量積算儀,而電流信號容易受到工頻及現場條件各種雜波的干擾影響,導致計量不準確,而電磁流量計無機械慣性,反應靈敏,可以測量瞬時脈動流量,而且線性好,可以將測量信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出,低頻三值波勵磁不受工頻及現場條件各種雜波干擾影響,工作穩定可靠,并且為了避免外界強磁場的干擾,還可以加強對儀表的接地措施,使儀表可靠的接地工作,提高測量準確度,不受外界寄生電勢的干擾,其傳感器應有良好的單獨接地。如圖4所示。從而進一步的保證熱量計量的準確性,減少貿易糾紛,避免給公司造成損失。
電磁流量計傳感器接地圖示
4.發展趨勢
  盡管電磁流量計具有上述許多優異的性能,但是在使用上也有一定的限制。它的不足之處有:
(1)電磁流量計不能測量氣體、蒸汽以及含大量氣泡的液體;
(2)電磁流量計目前還不能測導電率很低的液體,如石油制品和有機溶劑等;
(3)電磁流量計要求避免外界強磁場的干擾,并對儀表接地措施有一定的要求,如果處理不當,就會影響儀表的正常運行。
  但是流量是計量的重要數據,所以它的測量關系企業的效益、產品的質量,各國都很重視流量儀表的研制開發,電磁流量計則是目前較為成熟又發展較快的流量儀表。從1953年第一臺工業用電磁流量計投入市場以來,在應用中不斷發現問題,解決問題,不斷采用新技術,不斷改進,如今電磁流量計得到了長足的發展。從國際上看和從使用方法上來看,不僅有測量滿管的電磁流量計,而且已出現測量非滿管的電磁流量計,還出現了二線制電磁流量計、電池供電式電磁流量計以及測量低電導率的電磁流量計。
4.1非滿管電磁流量計
  傳統電磁流量計只能測量滿管液體流量,非滿管電磁流量計應用于具有自由表面自然流的下水排放領域,并提高該領域的測量精確度。將傳統非滿管流或明渠流流量誤差從±(3-5)%FS降低到±(1-2)%FS。
4.2測量更低電導率的液體
  現在可測量比傳統電磁流量計電導率閾值低2-3個數量級的液體,如以前不能測量的甘油、乙二醇等。除此之外,本類儀表幾乎不存在漿液噪聲和流動噪聲,也不會產生電極表面效應形成的噪聲。襯里內表面覆蓋油脂等非導電層或結薄絕緣垢層也不會影響測量。
4.3低功耗和二線制電磁流量計有較快發展
  二線制不需另外外接激磁回路,僅用4mADC電流提供儀表所需功率,通常僅數十毫瓦。低功耗電磁流量計使有可能采用干電池或太陽電池,更方便地將電磁流量計裝用于無市電供電的場所。
4.4二維(方向)電磁流速計和多測量點插入式電磁流量計
  置于船體外部的船舶電磁航速儀是插入式電磁流量計的雛形。后來插入式電磁流量計在大中型管道中卻有較大發展,也有用于明渠,稱作電磁流速計(electromagneticcurrentmeter)。但在河道流或水利試驗模型不僅要測量流速還要知道流速方向。二維電磁流速記又稱向量流速計,使電磁流量儀表族可以進入水文試驗應用領域。此外插入式電磁流量計還參照勻速管的設計思路,在插入桿上置多套電磁流速測量單元,提高測量精度,使插入式電磁流量計在大管經應用處于有利地位。
5.結束語
  企業用戶的供熱計量體系,需要準確的流量計;熱網系統水力平衡和熱力平衡的精細化調控,也同樣需要準確的流量計。所以流量計在高溫水熱網的調控、計量等方面有著重要的作用。電磁流量計以其安裝方便、測量精度高和使用壽命長等一般流量計所不具備的優點,在熱網計量中擁有著不可替代的地位。因此電磁流量計對于熱網高溫水流量測量來說則是一種比較理想的計量儀表,可以在供熱企業的熱網測量中廣泛推廣。

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