流量检测仪表故障诊断及处理_林元文.pdf

Jun.2023Fluid Measurement&ControlVol.4 No.3 流量检测仪表故障诊断及处理Flow Detection Instrumentation Fault Diagnosis and Processing Research林元文1，许秀凤2（1.浙江苍南仪表集团东星能源科技有限公司，浙江 温州 325800；2.浙江苍南仪表集团股份有限公司，浙江 温州 325800）LIN Yuanwen1，XU Xiufeng2（1.Zhejiang Cangnan Instrument Group Dongxing Energy Technology Co.，Ltd.，Wenzhou 325800，Zhejiang，China；2.Zhejiang Cangnan Instrument Group Co.，Ltd.，Wenzhou 325800，Zhejiang，China）摘要：流量检测仪在工业生产中运用普遍，了解各流量检测仪的工作原理，对发生的故障进行分析和判断，提出解决故障的方法。本文对电磁流量计和质量流量计现场常见问题及处置方法进行综合分析，工作人员在对现场仪表故障进行诊断时，应优先考虑被测对象与控制阀特性之间的变化关系，同时结合系统及操作工艺进行综合测试，查找根本原因，获得最优解决方案。关键词：流量仪表；故障诊断；电磁流量计；质量流量计Abstract：Flow detector is widely used in industrial production，familiar with the working principle of each flow detector，convenient for workers to analyze and judge its fault，to find the correct processing method to solve the fault.To this end，the paper to electromagnetic flow meter and mass flow meter field common problems and disposal methods for comprehensive analysis，finally concluded that the staff in the field of the instrument fault diagnosis，should give priority between the measured object and the control valve characteristics，followed by combined with the system and operation process for comprehensive test，to find the root cause，obtain the optimal solution.Key words：flow meter；fault diagnosis；electromagnetic flow meter；mass flow meter中图分类号：TH 814 文献标志码：A 文章编号：2096-9023（2023）03-0016-041前言现代工业化生产具有流水线化、系统化、封闭式化操纵，以及自动化程度高等特点，工业仪表在生产过程中的作用十分凸显。生产过程中，工作人员对工业仪表显示值、计算机数值远程传输、生产流程是否存在问题、产品质量是否符合标准等进行判 断，并 指 导 工 作 人 员 对 设 备 及 工 艺 流 程 进 行调整。仪表出现异常主要表现为指示值偏高或偏低、无变化、不稳定等现象，其主要存在两方面因素：工艺因素，它能精确地反映工艺的异常现象；仪表自身因素，当仪表出现异常时，导致工艺主要参数指示值与实际值存在偏差1-3。针对这两个因素，工作人员在实际工作很难判断故障所在。因此，工作人员除了要了解仪表的基本原理、结构和特点外，还必须了解检测系统的各个环节基本情况。同时，要熟知工艺步骤、工艺物质、机械设备等特点，有针对性地进行故障分析及处理4-5。1流量检测仪表故障处理方案1.1流量检测故障本文以差压式流量智能变送器(填料流量计)为例，仪表维修人员应向加工过程中的操作人员核实情况，掌握材料、泵、生产过程等需要测量的参数。在解决仪表故障时，可根据过程运行情况，对常见故障进行诊断，方案如图 1所示。其中，流量仪表常见故障诊断相应方案可采用如下方法检查。（1）显示值处于流量下限。通常主要原因是检测元件损坏（零位过低）。其原因为：仪表线路短路或断路；压力室堵塞或泄漏；系统压力低。因此，应检查调节器、控制阀和电磁阀的设置参数。（2）显示值处于流量上限。真空室压力系统堵塞或泄漏，智能变送器进行校正概率比较小。（3）不稳定的流量波动。因工艺原因，流量参数一般不参与调节。如果参与调节，被测介质的流量过大，超过变送器的范围。对于带隔离罐的参数，检查工艺管道是否有堵塞6。162023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期（总第 16期）1.2控制系统故障以简易流控系统为例，由双法兰级智能变送器、单回路控制器和气动式薄膜调节阀组成，内含电动调节阀定位仪。仪表维护员在处理此类故障时，应了解相关控制系统及工艺参数，采用图 2所示的故障处理流程进行分析处理。若仪表参数出现异常，针对参数异常现象，结合系统中工艺设备与仪表的连接方式，特别是对主要参数与调压阀之间的关系精确测量，并逐步对故障进行区分、发现问题，从而精准处理7。2常见仪表故障诊断及处理现阶段，测量流量的仪器设备种类繁多，本文阐述了现场常见的电磁流量计和质量流量计的故障。2.1电磁流量计常见问题及处置电磁流量计的问题一般分为两种：由于流量计自身的问题，以及电子器件的破坏而造成故障；由于外界条件改变而导致的故障，如长期运行流道发生畸变、介质杂质沉积及积垢等8。对流量计本身因素导致的故障，可以参考其说明书进行分析处理；对于外界条件改变导致的故障，可以参考下面说明进行分析处理。2.1.1测量数据信息颤动比较严重或无数据（1）原因分析。由于电磁感应流量计安装方式错误，感应器通常安装在管道系统最高处，极易积气，电极与介质接触时被气泡隔离，导致测量不出；从上往下安装在竖直管道上，可能发生排空；感应器后边没有背压，液体马上排到大气中，测量管里则会出现非满管现象。如果介质中含有大气泡，气泡经过电极时会将电极全部覆盖，流量数据信号键入电源电路一下子断开，脉冲信号也会随之改变，判别这类变化可以通过断开磁场的电路电流量进行。在正常生产条件下，待测介质具有不同的流动性。一种是由流体非中心对称速度分布导致的，理论上管路中流体流速中心对称、电磁场匀称，但在实际管道中，非中心对称现象时常出现；另一种是涡旋，会影响传感器的导出，使流量计产生偏差。被测介质中含有细微气泡，这些气泡均匀分布在待测液态中，伴随气泡的扩张，仪表的脉冲信号收到干扰。如果气泡大致覆盖了电极的图 2简单控制系统故障流程图 1差压式流量智能变送器故障诊断流程 17Jun.2023Vol.4 No.3 Fluid Measurement&Control全部表层，电极回路被切断，导致脉冲信号被中断。低频率波形励磁电磁流量计在测量固态颗粒物成分超标的浆液时，产生的浆液噪声，脉冲信号存在起伏不稳现象。在测量混合介质时，如果在混合不均匀前，先进入流量计测量，就会发生脉冲信号的变化。即使电极与被测介质选择不合理，受化学作用和电极化作用的影响，也会导致电极无法正常测量。自然环境中，受管路杂散电流、室内空间中干扰强的电磁波和电动机较大的电磁场等影响，一般测量不会成功。（2）处理方法。根据电磁流量计不同的安装位置，被测介质有气体介入，因电磁流量计设在管路高空而造成气体囤积，或流量计因外界气体吸入而发生变化时，须更换电磁流量计安装方式，在管路最低位置重新安装，或采用 U 型管装配。但在某些前提下，电磁流量计的规格比较大或安装方式不容易改变，在流量计上游装配集气袋、自动排气阀即可解决。解决涡旋对流量计传感器的影响，需要在流量计上游设计足够长的直管段，液体流动速率呈内切圆遍布；流量计附近的管道内径要和流量计的内径一样，会使流速均匀分布，也可用安装流 量 调 节 器 的 方 式，部 分 补 偿 上 游 直 管 段 的 缺失9-10。介质在进入流量测量前，应采取措施将气泡排出，如真空排出、安装集气包或排气阀等。电磁流量计感应器为减少外界电磁场对流量计的影响，可设置在避开磁场源的位置，还可采取增强屏蔽措施，避免强静电场的冲击，电磁流量传感器与管道的连接处也可以做绝缘处理。管路受杂散电流影响，使用独立接地，保护较好，但在杂散电流很强时，如电解法工厂生产的管道 2 电极磁感应的交流电流位 VPP 的最高值有时也可以达到 1 V，须采用其他对策使空气流量计与管道绝缘。室内空间电磁波干扰一般由通信电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽式防护。特别是在非金属材料管上安装了电磁流量计，流体流动过程中产生的静电感应不容易释放出来，容易产生影响，所以要安装接地装置。2.1.2测量数据与实际物料量差距较大（1）原因分析。主要原因是介质不够饱满。在日常生产过程中有时会出现介质不满管的情况，称为常见液态中含有气泡。电极水平面高度小于介质液位水平面时，采用直管段在流量计前后比较理想，测量数据信息稳定。但是由于管内上边气体体积的一部分作为介质流量计计算，此时测量偏差比较大，当电极水平面高度大于介质液位水平面时，电磁流量计的测量电路处于断路状态，测量数据信息严重失真。（2）处理方法。在由下向上流动的直立管上必须安装电磁流量计，但实际上电磁流量计需要水平安装。此时可将电磁流量计安装在管路最下端，使电极轴心平行于地平线。否则，沉淀会覆盖低位置电极，为防止测量管产生负压力，应将流量计感应器安装在泵下游及调压阀上下游。流量计的安装口要有一定的背压，避开排出入口，但主要是电磁流量计安装方式不能充介质。2.1.3运行前期数据伴随着使用时长的增加，数值可能缺少（1）原因分析。由于电磁流量计主要用于测量受污液体，感应器内腔的黏结层通常在运行一定时间后沉积下来，造成常见故障（通常由于黏合层导电率过大或过小引起）。如果黏附了绝缘物，电极回路电路就会出现断路现象，仪表设备无法正常工作；如果黏合层的导电率远高于流体导电率，则会引起电极电路短路，仪表设备无法正常工作。（2）处理方法。迅速清除粘在电磁流量计测量管中的污垢层。流量计的电极选用尖型或半球型，可更换刮刀式除垢电极等，刮刀头电极手动按时排除感应器外部的弃垢，或短暂断开测量电源回路，在电极间通以短时间的低压大电流，焚烧并清除油类沉淀物，也可提高液体流速清除管壁黏结层。2.1.4数据信息伴随着使用时长的提高，数值会出现变化（1）原因分析。由于调节中自然环境条件的改变，使自然条件优良的流量计(如无干扰源)正常运行。但是在安装时容易忽视缺乏的条件(接地装置不太好等)，此时如果自然条件产生变化，在运行时就会形成新的干扰信号，比如在流量计周围电焊焊接管路、在周围装配大型变压器等，都会对仪表的正常工作造成干扰，流量计的输出信号可能会发生变化。流量计衬里形变造成测量变化。流量计的衬里一般是用聚苯硫醚制成的，所以很容易发生形变，造成计量故障。内衬变形的原因：一是聚苯硫醚内衬的热扩散，内衬原料、薄厚、内外温度差、液体种类、管路压力等多种因素决定渗透程度的大小；二是聚苯基硫醚内衬原料本身的工艺结构问题。一般作为氟树脂衬里原料的是聚四氟乙烯，因为聚四氟乙烯原料的黏合力只是根据冲压加工在管径上融合而成的，所以这类原料不使用在负压 182023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期（总第 16期）管道。（2）处理方法。为防止衬里变形，通常采用减少流体温差的方法，具体是增加法兰与线圈盒之间的隔热厚度，以增加衬里内外温差，从而减少渗透力，减缓测量管壁内热量的凝聚。2.2质量流量计故障分析与处理方法质量流量计常见故障现象、原因分析与处理方法见表 1。3结语在分析现场仪表故障前，应对相关仪表系统的生产过程、生产工艺情况和条件有比较透彻的了解，了解仪表系统的设计方案、设计意图、结构、特点、性能和参数要求等。让现场作业工人了解生产负荷和原材料参数变化情况，查看故障仪表记录曲线，并进行全面分析，确定仪表故障原因。如果仪表记录的曲线是一条死线，或者原来是波动的记录曲线，现在突然变成一条直线，故障很可能出现在仪表系统上。如果故障出现之前仪表记录曲线一直表现正常，出现波动后记录曲线变得无规律或使系统难以控制，甚至无法控制手动操作，这时可能是过程操作系统导致的故障。参考文献：1 赵鹏睿，李雨蒙.智能仪表的故障诊断与维护 J.油气田地面工程，2019，38（2）：87-90.2 吴国良.流量检测仪表故障诊断及处理建议（一）J.石油化工自动化，2019，55（3）：91-97.3 张佳雪.流量检测仪表故障诊断及处理建议 J.世界有色金属，2019（17）：281，283.4 柳应安.电气仪表常见故障诊断及维修探讨 J.电子技术与软件工程，2013（11）：67.5 朱风利.自动化仪表常见故障及维护措施 J.中国科技信息，2020（9）：47-48.6 张香转，王春兰，胡娟.差压变送器在实际应用中的故障诊断J.自动化与仪器仪表，2009（2）：69-71，89.7 王军.石油化工装置自动化仪表的安装及调试技术 J.应用能源技术，2018（8）：43-45.8 王笑然.浅析流量测量仪表：电磁流量计 J.应用能源技术，2006（12）：11-13.9 李玉柱.卡曼涡旋式空气流量计的原理与故障检测 J.湖南工业职业技术学院学报，2007（3）：1-2.10 韩冰.音速喷嘴对气体罗茨流量计计量结果的影响 J.流体测量与控制，2021，2（3）：55-57.表 1常见故障现象、原因分析与处理方法故障现象给变送器通电，但面板无显示有显示，但无流量显示零点不稳定或超差传感器的测量管振动异常原因分析未正确连接电源电源输出板的保险丝熔断带电插拔接线插头检查电路板组态参数设置不正确密度切除点设置不正确检测线圈或驱动线圈有断路接线盒受潮测量管堵塞，不启振变送器调零单元失效零点漂移流量系数不正确安装有应力未接地或虚接预热时间不够长变送器损坏测量管没有完全充满流体传感器的电缆接线有问题测量管堵塞安装有应力排除方法按接线图连接电源检查电源电压、更换保险丝更换被击穿元件的线路板重新设置组态参数或测量不准确重新设置密度切除点返修传感器、更换线圈擦拭晾干拆下处理，重新安装更换调零单元线路零点校准重新检定，将正确的系数输入到数据库检查安装，消除应力接地延长预热时间送修或更换变送器使测量管充满流体检查电缆是否连接良好拆下处理，重新安装检查安装，消除应力 19