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  时间:2022-11-10 08:32:34

地浸矿山电磁流量计故障分析与应对

摘要:电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律测量流量的电子仪表。它的输出信号和被测流量具有线性、精确度较高的特点,可测量电导率不小于5pus.cm-1的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体、泥浆、矿浆以及纸浆等流体流量的特地。因其测量的特点,电磁流量计在地浸采铀工艺生产过程中得到了广泛应用,但是在使用过程中电磁流量计经常出现各种故障影响其正常工作。通过检测电磁流量计的各组成部件和电路板,分析电磁流量计常见故障,提出了相应的解决措施,可以有效排除电磁流量计的故障,降低电磁流量计的故障率。
  地浸技术是集采、选、治于一体的采铀新工艺,主要由井场工艺和水冶工艺两部分组成。井场工艺的核心是将地下的含铀液体通过潜水泵输出到地面。水冶工艺的核心是将井场输出的液体进行相关工艺处理,最终得到所需的产品。由上述工艺特点可知,地浸采铀工艺实施最重要的载体均为液体。因此,鉴于液体流量的测量需求,电磁流量计广泛应用于地浸采铀矿山。以通辽某矿山为例,建设完毕后仅监测液体量的电磁流量计达到数千台。因其工作环境和测量液体的差异,各种故障现象均有出现,主要故障现象为流量异常、显示屏黑屏、白屏以及闪屏等现象。若出现上述现象,电磁流量计将无法保障生产流量计量工作顺利完成,因.此对于电磁流量计故障的分析及排除尤为重要。
1电磁流量计的相关概述.
  当导体在磁场中作为切割磁力线运动时,会产生一个磁场方向和导体运行方向相互垂直的感应电动势。该感应电动势的大小与运动速度和磁感应强度成正比。此定律是法拉第在1831年发现的,故称为法.拉第电磁感应定律。
  电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体体积流量的仪表。
1.1电磁流量计的基本组成
  电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪表,主要由电磁流量计传感器和电磁流量计转换器两部分组成,并与显示、计算、调节仪表和485通信相互连接,共同构成流体流量的测量系统"。
1.2电磁流量计工作原理
  电磁流量计传感器根据法拉第电磁感应原理,在测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极。当导电液体沿测量管与交变磁场中的磁力线呈垂直方向运动时,导电液体切割磁力线产生感应电势。此感应电势由测量管上两个检测电极检出。电磁流量计传感器工作原理如图1所示。
电磁流量计传感器工作原理图示 
  电磁流量计传感器将感应电势E作为流量信号传送到转换器,经放大、变换滤波等信号处理后,用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。
1.3电磁流量计结构组成
  电磁流量计可分为分体式和一体式两种形式的外部结构口。因工艺需求,一体式流量计在地浸方面应用较为广泛,所以本次主要介绍一体式流量计转换器与传感器的内部结构。电磁流量计传感器主要由法兰、绝缘里衬、电极、测量管、励磁线圈及外壳组成。电磁流量计转换器主要由端子排、显示屏、开关电源板及信号转换板组成。电磁流量计利用电极与流体构成一个回路来测量回路中产生的电参数。由图1可知,电磁线圈在直径为D、横截面积为A的管道中产生磁场强度为B的磁场。当有流体经过时,切割磁感线产生感应电动势U,测量电极接收电动势信号。它的流量计算公式为
 
2电磁流量计故障分析及对应措施
  电磁流量计应用广泛,但是在使用过程中有很多因素会影响其测量结果。结合实践经验,导致电磁流量计产生故障的原因可主要分为液体中含有固相杂质和4~20mA输出异常两种。
2.1电磁流量计显示流量异常分析及解决措施
2.1.1电磁流量异常分析
  由电磁流量计工作原理可知,电磁流量计显示异.常的原因可能如下:①流经感应器的被测量液体存在气泡,导致切割磁感线产生的电动势异常;②转换器.开关电源板产生的磁场发生异常,导致被测液体切割磁感线产生的电动势异常;③转换器内处理感应电动势的信号转换板发生故障,导致显示流量异常。
2.1.2解决措施
  由分析可知,技术人员应检查电磁流量计流经的液体、转换器信号转换电路板以及开关电源板,具体检查方法如下。
(1)流经液体检查。检查电磁流量计传感器安装位置,根据液体流动原理判断其是否满足满管要求;关闭控制液体流动阀门,检查其显示示数是否归零。
(2)电磁流量计组成部分检查。①将转换器拆除并带电测量,磁场输出线路是否输出直流±5V的脉冲电源。脉冲电压示意图,如图2所示。②使用感应电动势信号源检测转换器信号板运行是否正常。③使用万用表及500MΩ摇表检测传感器。一方面,检测测量管电极的通断。使用万用表红色表笔与信号线中红白两根相连,黑表笔与测量管内电极相连(使用辅助工具接触流量计电极),发出蜂鸣声为正常。另一方面,检测电极对地绝缘(使用500MΩ摇表)。使用摇表黑色接头连接信号线中的红白两线,红色接头连接接地环,测量值应在200MΩ以上(旧测量电阻值应在20MΩ以上),测量时需要匀速摇动摇表手柄。④测量励磁线圈电阻,使用万用表200Ω档位红黑表笔分别接入励磁线的两端,检测阻值30~60Ω,属于正常范围。⑤检测,励磁线圈与电极的电阻(使用500MΩ摇表),使用摇表红色线电极--侧对地线,使用摇表黑色线励磁线圈的信号线。检测阻值应在200MΩ以上(新测量管),对于使用过的测量管不能小于20MΩ。
 
  经过上述检测,若所有数值均满足要求,则仪表正常。通过以上的检查过程将所发现的问题逐一排除,可以有效解决显示异常的问题。
2.2电磁流量计显示屏幕异常分析及解决措施
2.2.1显示屏幕异常分析
  根据现场的使用情况,每次10kV电网出现异常停送电后,显示屏幕均会异常。异常的主要现象为显示屏不亮、白屏、闪屏,其中显示屏不亮所占比例达95%以上,白屏与闪屏情况较少。本次主要分析显示屏不亮的现象。由电磁流量计转换器结构可知,显示屏不亮的主要原因在于转换器供电电源板出现异常。通过反复检测电磁流量计电源板,发现电源板发生故障的主要原因在于一个滤波电容(规格为100μF、25V)损坏。转换器电源板的具体详情见图3。
 
  检测过程中发现,此电容损坏的主要现象为电容.鼓包。故障电容对比图,如图4所示。
 
  研究发现,造成电容鼓包的直接原因是电解电容中电解液温度过高,超过电容所承受的温度。普通电源采用液态电解电容,高温时电容内的液体气化导致电容外壳承受的压力增加而产生鼓包。造成电容温度升高的主要原因在于工作环境温度与电路板电源工作状态。
  发生故障的电磁流量计基本都集中在控制室。由于控制室全年处于运行状态,管道内的流动水可以保证控制室内温度不会过高,因此可以排除工作环境温度过高的情况。
  通过分析转换器电源板的结构和查阅相关资料发现,该供电电源板属于开关电源的一种,而开关电源是对交流电压进行整流、滤波、稳压后得到想要的电压。但是,此过程中因滤波不净会导致在直流电源中掺杂一部分交流成分而产生波纹电压6-1。波纹电压的存在可能会导致波纹电流出现。电容寿命指标中有个参数叫做额定纹波电流。运行过程中,一旦波纹电流超过额定电容,电容内部的温度就会升高,导致电解液气化。一旦电解液气化,其内部压力将增加,会导致电容鼓包。
2.2.2解决措施
  波纹电压是无法消除的,只能抑制纹波电压使其在电子元器件允许的范围内。通常的做法:①加大滤波电路中的电容容量;②采用电感电容(InductanceCapacit-ance,LC)(无源)滤波电路、多级滤波电路;③以线性电源代替开关电源;④合理布线即改变电源板布线格局.
  结合现场实际情况,电磁流量计的电路板已经固定,不能整体更换或者改变布线格局。唯一的方法是改变电容容量,提高额定波纹电流,防止再次出现上述现象。因此,将原有规格为100μF、25V的电容更换为规格为120μF、25V的电容进行模拟停送电实验。
  采用无限循环定时开关模块,对更换后更大容量的电容进行连续通断电实验。根据对流量计开机时间的计量发现,完全进入开机状态需要20s,因此设置通电时间为20s。循环通断电示意图如图5所示。
 
  一台负载不同循环周期停送电的实试验情况,如表1所示。两台负载不同循环周期停送电试验情况,如表2所示。25s循环周期不同数量负载停送电试验情况,如表3所示。
 
 
  由试验结果可知,更换较大容量的电容在试验阶段可取得较好的效果,但是相关人员需要在现场进.步验证容量是否符合现场要求。
3结语
  文章分析了电磁流量计常见故障,采取了相关的解决措施,可以有效排除电磁流量计故障。研究证明,只有深入剖析电磁流量计的工作原理,才有可能找到问题的关键。

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