電磁流量計在西鋼煉鋼工程中的應用實例說明

       本文以煉鋼廠工程中對于流量測量儀表的應用，介紹了煉鋼、精煉、連鑄過程中的主要工藝和電磁流量計的原理和分類，深入分析了電磁流量計選用需要考慮的問題，并對影響測量精度的因素進行了探討，指出了電磁流量計的發展趨勢。
 
　　在西鋼煉鋼工程中主要用在110t康斯迪電爐、2臺90t精煉爐和配套VD工位；三機三流連鑄機等三位一體冷卻水檢測系統，此系統的生產工藝過程是*先將鐵水兌入電爐、精煉爐冶煉脫氣，其次通過連鑄機澆鑄成具有一定形狀和要求的尺寸規格的鑄坯。
　　三位一體核心設備主要包括電爐主體設備、供電設備、煙罩設備、真空脫氣設備、澆鋼設備、切割區域設備、連鑄機本體設備、引錠桿收集及輸送設備等。水冷系統主要包括旋轉接頭，水泵、水管、足量水源。整個系統對配水量有嚴格要求，例如結晶器水流量檢測，噴淋水流量檢測，110噸康斯迪電爐變壓器、爐殼、電極保護用水及煙罩用水都用電磁流量計。

　　1 電磁流量計的原理和分類
　　電磁流量計的設計是根據法拉第電磁感應定律，導管中導電的流體被看作導體，管道的內徑可看作道導體的長，原理圖如圖1所示，兩電極裝到與管道的中心軸和磁場方向組成的平面相垂直，拾取液體產生的感應電動勢。感應電動勢為：
　　由上式看出瞬時流量只和感應電動勢成線性關系，與其他物理量無關，這是電磁流量計的優點之一。
　　電磁流量計按照激磁電流的方式不同分為：直流激磁、交流激磁、低頻矩形波激磁和雙頻激磁。直流激磁適用于測量金屬液體的流量，如高溫下的鈉、汞等。交流激磁可以避免在電磁表面極化，但容易形成零點漂移。低頻矩形波激磁功耗小，受電極污染后影響小，沒有零漂，很快被人們所接受，成為主要的激磁方式。雙頻激磁是在低頻矩形波激磁基礎上疊加高頻波，改善了低頻矩形波激磁的流動噪聲和漿液噪聲。
　　電磁流量計由于其無法比擬的一些優點使其市場占有率一直持高。其結構簡單，流體流過流量計不會產生壓力損耗；可以測量骯臟介質、渾濁介質以及腐蝕介質液固兩相流量；測量過程不易受液體的密度、溫度、粘度影響；測速范圍比較寬。雖然電磁流量計在不斷完善，但仍存在一些不足：不能測蒸汽、氣體和氣液兩相介質；容易受到外界磁場干擾影響；對于導電率較低的介質不能測量，如有機溶劑或者奶制品等。

　　2 選用電磁流量計要考慮的主要因素
　　2.1 液體導電率
　　電磁流量計使用的前提必須導電，不能低于閾值，常規流量計閾值一般在10-4～10-6s/m，應該根據型號定。有機溶劑和石油制品的導電率較低，因此不能用電磁流量計來測量。根據經驗，被測液體的導電率應該比儀表廠商所規定的閾值的數量級要至少要大一個數量級。否則容易引起晃動。
　　2.2 精度等級
　　電磁流量計精度高的誤差大約為±0.5%～±1%，精度低的流量計大約為±1.5%～±2.5%，價格也相差2倍左右。因此應該合理地選擇流量計，在精度要求不高的地方，選用價格較低的來減少花銷。有的流量計精度更高，但是安裝條件要求很高，如溫度20℃～22℃，甚至要做直流校準，減小影響。
　　2.3 流速和口徑的選擇
　　流量計的口徑可以不與管徑一致，應根據流量定。管道的液體經濟流速一般為1.5～3m/s，在這種流速下，流量計的口徑和管徑一致即可。上線流速理論上是不限的，但是如果襯里不能承受流體沖涮建議不超過5m/s。容易沉積結垢的液體，應選用流速不小于2m/s。

　　3 影響電磁流量測量精度的因素
　　如果電磁流量計安裝和使用不當，就會導致誤差變大，甚至損壞。
　　3.1 接地環和電極材質的選擇問題
　　由于被測液體和電極或接地環不匹配引發故障，這種不匹配除了腐蝕問題，還有電極的表面效應，主要包括：化學反應、極化現象、觸媒作用。接地環也同樣有這些問題，不過影響程度小些。
　　3.2 管內液體不滿管
　　由于流量計安裝的位置不良或者背壓不足，導致液體不能充滿管道，致使測量值比真實值要小。如果不滿管比較嚴重，使電極漏出液面，就沒有辦法測量液體了。如果流動是塞狀流或氣泡流，不僅會使測量值不準確，還會由于氣泡瞬間碰到電極表面而造成輸出晃動。
　　3.3 液體中含固相
　　液體中如果含有顆粒，可能會造成的故障有：電極和襯里表面上覆蓋沉積層、襯里磨損、管道截面積變小。有些比較容易結晶的液體，當流體流經流量計時引起內壁上掛有一層固體，由于使用其他類型流量計也存在同樣的問題，所以可以選用被測量管路非常短，且容易拆卸的流量計，在結晶后能方便拆卸來進行維護。
　　3.4 安裝
　　安裝過程中，應該將流量計正負方向和流體流向一致。避免安裝在強磁場的地方。流量計不應安放到不容易積氣的管道高點，或者自上而下垂直的管路，這樣容易產生排空。流量計后面不應該直接將液體排入大氣，而應該有背壓以防止管道不滿管。

　　4 電磁流量計的發展趨勢
　　近些年，電磁流量計發展迅速。為了適應各種工況需要，電磁流量計在導管形狀方面、勵磁方式方面、電極材料和結構都在不斷地進行改善。目前，國內外主要有下述幾個發展方向：
　　一般電磁流量計在低速（0.2m/s以下）進行測量時，穩定性和精度都很不理想，為了改善其不足，可以用等效截面法設計管道結構。避免漏磁干擾，可以采用矩形管道，因為這種結構將切割磁力線的流體的長度L和流體的平均流速v的值提高了，使得感應電動勢的值提高了。對于互相關算法對干擾進行去除對低流速情況也非常有效。
　　電磁流量計在測量液體流量的時候，一般要求流體流經管道的時候是滿管。否則影響其測量的準確性。目前非滿管的電磁流量計有很多測量方法。可以采用磁伸縮液位法、電容液位測量法、微壓計、多電極法等等。
　　電磁流量計目前普遍使用交流供電，功耗較大。主要從微處理器、電路設計、勵磁方式來考慮降低功耗。微處理器技術不斷地進步，使其功能不斷擴展，增加了自動報警、自檢定、故障診斷等新的功能，而且聯網易于現場監控。
　　電磁流量計由于測量原理限制其只能測量液體導電率不低于5μs/cm的情形。為了解決對低導電率的液體進行測量，主要考慮電極的大小、形狀以及安裝的方式，信號傳輸和擬制共模干擾等方面。現在電磁流量計測量液體的導電率比傳統低了2～3級，已經實現對乙二醇和甘油這樣低導電率液體進行測量。

　　5 結語
　　系列電磁流量計流量計因為結構簡單，測量范圍廣，被**用于工業領域。目前國內電磁流量計的測量精度仍然普遍偏低，提高其測量精度具有重要的意義。另外，技術人員應該熟悉工藝流程，只有根據現場情況合理使用流量計，才能發揮其效用。

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