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关于污水流量计故障类型分析和故障源头的讨论

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关于污水流量计故障类型分析和故障源头的讨论
点击次数: 发布时间:2018-10-19
本章前文作故障类型分析和故障检查时,对故障源头作了一些描述,本节则进一步讨论故障源头,并例举13个具体案例。这些案例除注明外均为笔者及其同事们的实践经验。一种故障源头会表现出多种故障现象,汇总如表所示。
故 障 源 故 障 现 象
类别 名称 1、无信号输出 2、输出晃动 3、零点不稳 4、流量测量值与实际值不符 5、输出超满度
一、管道系统和相关设备类 1、安装不善    
2、未满管  
 
 
 
 
①少量气体,呈分散流      
②气体增加,呈分层流或波状流      
③呈气泡流或塞状流          
④液位在电极以下           
3、管系驻留气体      
4、管系吸入气泡      
5、往复泵或控制阀振荡产生脉动      
6、使用过程中流动状态变化        
二、流体类 1、液体中含有气体      
2、液体中含有固体  
 
 
 
 
①浆液噪声        
②电极被污染        
③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里        
④衬里被磨损或被沉积改变流通面积        
3、电导率不均匀或接近阀值      
4、与液体接触件材料失配      
5、流动噪声        
三、环境类 1、强磁场        
2、强电磁波        
3、管道杂散电流        
4、地电位变化      
5、潮气浸入    

一、管道系统和相关设备类
源自管道系统和相关设备引起污水流量计故障源主要有:1、安装不善;2、未满管;3、管系储留气体;4、不断吸入气体;5、往复泵或控制阀振荡产生的脉动流;6、使用过程中流动状态变化。

1、安装不善 安装不善的例子有:(1)流量传感器与连接管道间内径匹配失当,相差过大,(1S091(4:1991规定:在没有制造厂推荐的情况下,连接管内径不得小于流量传感器内径,不得大寸:内径的3%);(2)流量传感器与管道间垫圈突人流通通道;(3)邻近流量传感器前挠流件产生严重流速分布畸变或旋转流,直管段不足。这些原因主要引起流量测量值与实际值不符,有时也会出现输出晃动。 
案例1 本实例虽非上文例举的安装不善直接引起的,但其因故却与流量传感器进入端垫圈进入流通通道相同。
上海某水厂两根输水管各用二台串联DNl400仪表计量出厂成品水,分别由发送方(水厂)和接收方掌握。第一台传感器上游离全开蝶阀距离约5米与下游第2台传感器相距约2.5米,上游直管段长度略嫌不足。1997年启用,发现其中一根管线两台仪表计量值相差15%,半年后差值略有减小,为10%。除未检查传感器测量管内部状况外,作了全面检查和分析,未找出故障原因,成为悬案。直到1998年下半年卸下传感器发现进口管道水泥衬里大块脱落,堆积在传感器进口处高度达300-350mm(目测)。这些堆积物导致进入传感器水流流速分布严重畸变,即管道下部约有0.25D高度的弓形截面障碍物挡住了水流。清除障碍即恢复正常。对于差值半年后从15%减小到10%,可以解释为开始时堆积高度比300-350mm高,在流动冲刷下高度降低,差值也随着减小。大口径流量传感器卸下管线或进入管道检查内部,必须停止流动,涉及面广,通常只能在排除其他故障的可能性后,放到最后进行。

2、未满管 由于背压不足或流量传感器安装位置不良,致使其测量管内液体未能充满,故障现象因不充满程度和流动状况有不同表现。若少量气体在水平管道中呈分层流或波状流,故障现象表现为误差增加,即流量测量值与实际值不符;若流动是气泡流或塞状流,故障现象除测量值与实际值不符外,还会因气相瞬间遮盖电极表面而出现输出晃动。若水平管道分层流中流通面积气相部分增大,即液体未满管程度增大,亦会出现输出晃动。若液体未满管到液体表面在电极以下,则会出现输出超满度现象。 
案例2 某造船厂有一台DN80mm污水流量计测量水流量,运行人员反映关闭阀流量为零时,输出反而达到满度值。现场检查发现传感器下游仅有一段短管,水直接排人大气,截止阀却装在传感器上游(如图3虚线1位置),阀关后传感器测量管内水全部排空。将阀改装到位置2,故障便迎刃而解。这类故障原因在售后服务事例中足经常碰到的,当属工程设计之误。

3、管系潴留气体 管系潴留气体的一种原因是启用前未能排净管内空气,剩留气体积聚在管系高点,流动时被液体夹带,呈气泡状流出;另一原因足液体中夹带小气泡逐渐聚集,潴留在管系高点。故障表现为流量测量值和实际值不符以及输出晃动。
案例3 南京某石化厂以DNl000mm管道引长江水,管道长10km顺地势起伏途经小丘,在小丘顶装DN700mm仪表。管系投入运行,污水流量计不能正常工作,经现场检查发现电磁流量传感器及其附近有水流声的不正常现象。初步分析认为管系启用后未能将管道内空气排净,而工程设计未在高点装排气阀而无法放气。测量电极信号高达4mV(大部分为干扰电势),因不能停水无法进一步检查和排除故障。数月后制造厂维修人员再次随访,此时不再有水流声,因经过一段时间流动,剩留空气随水流带走,重新调试即能使之正常运行。
案例4 广西某水厂在郊区山头设置清水池,利用水池高度势能发送成品水。运行人员反映计量出水量的DN700mm污水流量计有时候流量显示不稳。晃动达百分之十几到百分之二十,误差也大,估计相差约20%。现场考查发现水池如图7-9所示安装流量传感器,水位高度不足就会卷入气泡,甚至流量传感器测量管内不能充满。如水位降至A线时,虽高出吸入口顶端,但高出不多,还会在C处产生旋涡,将水位表面空气卷入形成气泡,使显示晃动;若水位降到B,测量管将不满管。我们建议如图虚线所示装一弯头,扩大水池有效容量,减少吸入气泡的机会,弥补原设计的不足。这类实例是经常遇到的。

图9 易卷入气泡安装例
5、往复泵或控制阀振荡产生脉动流 往复泵泵送液流而测量点又未远离泵,脉动流会使污水流量计输出晃动,有时候还会产生测量误差。为减缓脉动对仪表的影响,通常可采取提高污水流量计激磁频率或增加电阻尼;在管系方面可增装气室等阻尼装置。管系流量控制失配使控制阀启闭振荡也会形成脉动流。
6、使用过程中流动状态变化 通常仪表调试正常运行一段时期后,也会因流动状态变化而出现故障。虽然这种故障原因出现概率不高,但在分析故障原因时不应忘记这一因素。 
案例5 这是一个悬挂在液流中的剥离衬里片摆动,随着液流形成脉动流的罕见实例。江西某铜矿豳厂装有若干台污水流量计测量含粉状固相的浆液,几年来一直使用正常。到1998年7月用户反映其中一台DN600mm仪表出现输出晃动高达满度值的50%-100%。现场检查仪表本身均正常,并且巡视和询问得悉流动动力源末改动,不会新产生流动波动,也排除了使用环境变坏新引入干扰的可能性。总体印象是仪表正常,安装和环境条件符合要求。当时因不能停流卸下和检查流量传感器隐蔽部分及其邻近管道状况,一时未找出故障原因。直到月余后该厂停车枪修,发现流量传感器附近卜游衬有橡胶衬里的U型管内,大片橡胶衬里脱落,悬挂于管内,随液体流动而摆动,造成流动波动,仪表如实反映,形成输出晃动。新换上U型管后,大幅输出晃动就不再出现了。
案例6 龟在管内洄游,输出信号出现大尖峰,本案例取自一则国外报导,足在美国发生的
大口径污水流量计监测火电厂冷凝器冷却海水流量,从记录纸上看到仪表偶尔出现大尖峰信号。数度现场检查,因干扰噪声瞬现即逝,检查时捕捉不到,也未发现周围会有产生电气噪声等异常情况。用户曾有人提出也许有鱼在流量传感器内流动的想法,当时认为排放门有细网目网栅档住和流量传感器上游不可能有鱼进入而被否定了。但事后做厂一个实验,将污水流量计安装于小型水槽,放入金鱼观察,金鱼钻入电磁流量传感器,仪表果然出现尖峰噪声。以后,当初提问者告,在排放通道中确实见到了鱼影,是由鱼苗经网栅钻入排放管道后长大为成鱼。 

二、流体类
源自流体方面引起污水流量计故障主要有:1、液体中含有气体,2、液体中含有固体,3、电导率不均匀液体接触件材料匹配失当,5、流动噪声。

1、液体中含有气体 液体中含有溶解气体不会影响流量测量,游离气体(即气泡)则会影响测量并可能引起故障。液体中游离气体有3方面来源:①管道内空气未排净,②从管系外吸入,③溶解气体转化。前二者上一小节已有所述,后者因管内液体温度压力变化等所致。 
在流程工业中管道液体压力/温度常会变动,当液体压力降低或温度升高,溶解气体为转化成游离气泡.例如低于室温液体,静止在管道中滞留一段时期(如停车),所溶解空气有可能转化成气泡;高于室温液体静止在两端密闭的管道中逐渐冷却收缩,形成局部真空,溶解空气或气化蒸气形成气泡。这样形成的气泡在流程重新开车初始阶段往往会出现输出晃动现象,运行一段时间即趋正常。控制阀开度很小时,易气化液体有时会气化,也会形成气泡。

2、液体中含有固相 液体中含有粉状、颗粒、或纤维等固体,可能产生故障有:①浆液噪声,②电极表面染污,③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里,④衬里被磨损或被沉积,改变流通面积。
案例7 导电沉积层短路效应 电磁流量传感器测量管绝缘衬里表面若沉积导电物质,流量信号将被短路而仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积,本类故障通常不会出现在调试期,而要运行一段时期后才显示露出来。
某柴油机厂工具车间电解叨削工艺试验装置上,用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常,间断使用两个月后,感到流量显示值越来越小,直到流量信号接近为零。现场检查,发现绝缘层表面沉积薄薄一层黄锈,擦拭清洁后仪表就运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。 
本实例属运行期故障,虽非多见故障然而若黑色金属管道锈蚀严重,沉积锈层,也会有此短路效应。凡是开始运行正常,随着时间推移,流量显示越来越小,就应分析有类故障的可能性。
案例8 淤泥沉积层上海某水厂从30余公里外的黄浦江上游以矩形管引水,再以两DNl600mm圆管泵送原水进厂,用两台DNl600mm污水流量计计量水量。1991年启用,使用正常,但到1993年感到计量减少,经检查排除了污水流量计开放部分的故障原因;检查流量传感器两电极对地电阻值不对称,分析流量传感器出现故障的可能性较大,因不能断流而无法检查隐蔽部分。1997午4月才有机会进入管道检查流量传感器测量管内部状况, 内壁沉积淤泥最厚处超过10mm,电极表面亦被淤泥沉积层所覆盖,与周围淤泥层平齐。经铲刷洗后,仪表运行即恢复正常。确认故障原因系内部管壁沉积淤泥所致。
本实例向人们揭示,原水计量的流量仪表通道内壁总会沉积淤泥,是否影响测量只是时间长短而已,本例水质条件运行3年已感到流量测量值减少。为此测量江河原水污水流量计必须要定期清洗。其他流量仪表如超声流量计和文丘利管流量计至少同样有沉积减小流通面积,影响测量精度的问题,DNl600mm管沉积10mm流量值要变化1.2%-2.5%。同时在工程设计时要考虑长期运行沉积淤泥影响的对策,例如:提高测量位置流速以延长清洗周期;预置进入管内清洗的检查孔等。
本实例属运行期常见故障

3、电子不均匀 配比流程中常有在液内注入"加药"液,而注入液常用往复泵加入。若注入液与主液电导率不同,而混合液尚未混合均匀,电磁流量传感器若装其下游,因电导率急剧变化会使仪表输出晃动,虽然液体电导率大于阈值而缓慢变化足不会影响污水流量计正常测量。这一现象在给水处理工程原水加凝聚剂工艺中是经常发生的。 

4、与液体接触件材料匹配失当与液体接触件材料产生匹配失当故障的有电极与接地环。匹配失当除耐腐蚀问题外,主要是电极表面效应。表面效应有:①化学反应(表面形成钝化膜等),②电化学和极化现象(产生电势),③触媒作用(电极表面生成气雾等),前文第三节已有所述(见第10页)。接地环也有这些效应,但影响程度要小些。
案例9 上海某化工(冶炼厂用20余台哈氏合金B电极污水流量计测量浓度较高盐酸溶液,出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常,也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金BI乜极化表测量盐酸时运行良好。在分析故障原因是否叮能由盐酸浓度差别上引起的,因当时尚无盐酸浓度对电极表面效应影响方面的经验,尚不能作出判断。为此仪表制造厂和使用单位-起利用化工厂现场条件,做改变盐酸浓度的实流试验。盐酸浓度逐渐增加,低浓度时仪表输出稳定,当浓度增加到15%-20%时,仪表输出开始晃动起来,浓度到25%时,输出晃动量高达20%。改用钽电极污水流量计后就运行正常。
三环境类
源自管环境方面引起污水流量计故障主要有:1、强磁场,2、强电磁波,3、管道杂散电流,4、地电位变化,5、潮气浸入。

1、强磁场 强磁场影响的实践经验不多,因安装时都注意到要远离强磁场。前文第五章第六节简述了几则有关外界磁场的应用例。

2、强电磁波 污水流量计应符合电磁兼容性要求,在规定辐射电磁场环境下正常工作,不会在该环境下造成仪表性能下降或工作不正常。我们遇到强无线电波干扰影响的案例。
案例10 福建省某水厂-装用多台污水流量计其中一台输出大幅度波动。现场检查仪表安装符合要求,流量传感器和转换器相距50m,以置于铁导管内的屏蔽电缆相连接,仪表本身亦正常。但测得共模干扰信号高达1.7V。先采取下文案例12的方法将流量传感器电气绝缘的措施,共模信号降低至0.6V,但输出波动无明显改善。
再次与用户分析现场环境条件,得悉在流量计非常邻近的地方有强无线电发射台。为证实故障原因是否来自该干扰源,临时将转换器移至流量传感器相距3m的地方,复测共模干扰信号小于0.1mV,虽然还感到偏大,但仪表运行巳趋于正常。故障原因足即使多层屏蔽信号线,电磁波还足被引入到仪表。
本实例揭示分离型污水流量计在现场有较大共模干扰时,作故障原因分析就应考虑强无电波是否会是干扰源的可能性。本实例属调试期罕见故障。

3、管道杂散电流 污水流量计妥善接地后,可以避免管道绝大部分杂散电流的影响。有时候按规定以粗电线跨接流量传感器并完善接地。却还会受杂散电流影响,尚需采取其他措施。
案例11 山东某铝冶厂用DN80电磁流量碱液矿浆,流量传感器两端装接地环,并用导线跨接和妥善接地。然而仪表还足不能正常工作,直到向外推移2m再置两接地点,才隔离了杂散电流影响。
仪表投入正常运行一段时期后,又出现输出信号晃动现象,排除了流动波动的可能性,仪表本身完好,初步判断为仪表运行异常。观察数天发现中午午餐休息期和晚班运行正常而日班却出现输出晃动。据此线索追踪溯源,找到故障源头足离电磁流量传感器距离较远的同-管系上进行电焊所致。
案例12 ,乜磁流量传感器与连接管道绝缘,消除大杂散电流影响例
浙江省某自来水公司安装两台DN900MT900理污水流量计,一台运行正常,另一台在1-2小时周期内出现有高达50%FS波动。用户认为两台仪表使用条件相仿,故障足由仪表方面原因引起的。勘察现场周围环境,上下游紧接流量传感器的足两段长0.5m有良好接地的无衬里短钢管,然后连接到有水泥衬里的钢管。接地等电气连接均符合要求,同时,排除了管网流动脉动的可能性。
转换器与传感器相距约10m。有一数百kVA的三相变压器装在附近,分别离转换器和传感器约2m和8m。
分析故障原因有以下两种可能:(1)大功率变压器产生的磁场干扰;(2)管道上杂散电流干扰。要证明是否足变压器磁场干扰影响,因要关闭变压器涉及面广,安排为第二步检查,首先检查是否足管道杂散电流干扰。不加激磁电流用示波器测量两极间电势,其值应为零。然而实例测得峰值Vpp高达1V的波形畸变交流电势。初步判定即使良好接地,仪表还足受到管道杂散电流干扰影响。
采取将电磁流量传感器连同两段短钢管与管网管道电气绝缘,使流量传感器与液体同电位。仪表投入运行,输出显示即呈稳定正常,也排除厂电力变压器磁场干扰对流量测量的影响。同时测得干扰电流有60mAAC,电流方向来自流量传感器上游。
这一措施也适用于有阴极保护电流的管道,作为试排除管道电流干扰影响的方法。

4、地电位变化 地电位变化会影响流量测量,例如因其他设备上原因接地线上产生电压降而使电磁流量汁地电位变化,若形或较大共模干扰时,也会影响测量。

5、潮气浸入 污水流量计应用于给排水工业常将流量传感器装在低于地平线的仪表井中,常会浸在未及时排放的雨水中,甚至长期浸泡在水中。即使足外壳防护等级为IP67(尘密短时浸水级)或IP68(尘密连续浸水级),也常因接线端子盒盖密封垫圈或电缆引入密封套圈未压紧密封,漏装套圈,或套圈与电缆外径未匹配,经常发生这类事故。
地面安装的流量传感器端子盒盖等密封垫圈未密封好,也会受气温变化的呼吸作用吸入潮气,凝结成水。端子盒电缆引入装置漏装密封套圈或未紧压密封,电缆表面冷凝水等亦极易进入端子盒。这类事例亦屡见不鲜。在施工过程中有意无意割断电缆后重新再接,用胶带包封。这一隐患在运行初期不会形成故障,但包封口久老化,连接处吸入潮气,电缆绝缘降低。 
水和潮气侵入端子盒,降低了绝缘强度和绝缘电阻,流量信号回路将无流量信号输出,激磁线圈回路将形成零点偏移或不稳。必要时可在密封连接处采取硅胶等浇灌密封措施。
非气密型结构的激磁线圈保护外壳,因呼吸作用吸入潮气,若液温低于室温极易在测量管外壁结露,低于0℃则会结霜,会使流量信号回路短路而失效。
案例13 开封某水厂用一台DNl200污水流量计测进厂引黄河水,另-台DN900仪表测进厂地下水,两台DNl000仪表并联连接测出厂成品水。系统投入正常运行两年后,发现出厂水比进厂水多出10%-15%。观察仪表运行无异常表现。用外夹换能器(探头)便携式超声流量计分别对4台电磁流汁作比对试验,证明两台出厂污水流量计输出信号偏高。分别关闭停流检查零点,发现两台出厂水仪表零点大幅度偏移。根据经验判断,很有可能接经端子盒进水或激磁线圈受潮,绝缘下降所致。当拭去水露,用电吹风吹干燥接线盒端子座,激磁端广对地电阻从5~6MQ恢复到数十Mn,偏移的零点随即回到零位,仪表运行正常。
究其原因足激磁线圈回路对地绝缘下降,使电极上加上一个较大的绝缘电阻和信号内阻对激磁电压的分压,形成较大的共模干扰信号,而转换器前置放大器共模抑止比能力有限,从而使转换器零点有输出。

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