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        時間:2022-11-10 08:32:34

      地浸礦山電磁流量計故障分析與應對

      摘要:電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律測量流量的電子儀表。它的輸出信號和被測流量具有線性、精確度較高的特點,可測量電導率不小于5pus.cm-1的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體、泥漿、礦漿以及紙漿等流體流量的特地。因其測量的特點,電磁流量計在地浸采鈾工藝生產過程中得到了廣泛應用,但是在使用過程中電磁流量計經常出現各種故障影響其正常工作。通過檢測電磁流量計的各組成部件和電路板,分析電磁流量計常見故障,提出了相應的解決措施,可以有效排除電磁流量計的故障,降低電磁流量計的故障率。
        地浸技術是集采、選、治于一體的采鈾新工藝,主要由井場工藝和水冶工藝兩部分組成。井場工藝的核心是將地下的含鈾液體通過潛水泵輸出到地面。水冶工藝的核心是將井場輸出的液體進行相關工藝處理,最終得到所需的產品。由上述工藝特點可知,地浸采鈾工藝實施最重要的載體均為液體。因此,鑒于液體流量的測量需求,電磁流量計廣泛應用于地浸采鈾礦山。以通遼某礦山為例,建設完畢后僅監測液體量的電磁流量計達到數千臺。因其工作環境和測量液體的差異,各種故障現象均有出現,主要故障現象為流量異常、顯示屏黑屏、白屏以及閃屏等現象。若出現上述現象,電磁流量計將無法保障生產流量計量工作順利完成,因.此對于電磁流量計故障的分析及排除尤為重要。
      1電磁流量計的相關概述.
        當導體在磁場中作為切割磁力線運動時,會產生一個磁場方向和導體運行方向相互垂直的感應電動勢。該感應電動勢的大小與運動速度和磁感應強度成正比。此定律是法拉第在1831年發現的,故稱為法.拉第電磁感應定律。
        電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電性液體體積流量的儀表。
      1.1電磁流量計的基本組成
        電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律的原理來測量導電液體體積流量的儀表,主要由電磁流量計傳感器和電磁流量計轉換器兩部分組成,并與顯示、計算、調節儀表和485通信相互連接,共同構成流體流量的測量系統"。
      1.2電磁流量計工作原理
        電磁流量計傳感器根據法拉第電磁感應原理,在測量管軸線和磁場磁力線相互垂直的管壁上安裝一對檢測電極。當導電液體沿測量管與交變磁場中的磁力線呈垂直方向運動時,導電液體切割磁力線產生感應電勢。此感應電勢由測量管上兩個檢測電極檢出。電磁流量計傳感器工作原理如圖1所示。
      電磁流量計傳感器工作原理圖示 
        電磁流量計傳感器將感應電勢E作為流量信號傳送到轉換器,經放大、變換濾波等信號處理后,用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。
      1.3電磁流量計結構組成
        電磁流量計可分為分體式和一體式兩種形式的外部結構口。因工藝需求,一體式流量計在地浸方面應用較為廣泛,所以本次主要介紹一體式流量計轉換器與傳感器的內部結構。電磁流量計傳感器主要由法蘭、絕緣里襯、電極、測量管、勵磁線圈及外殼組成。電磁流量計轉換器主要由端子排、顯示屏、開關電源板及信號轉換板組成。電磁流量計利用電極與流體構成一個回路來測量回路中產生的電參數。由圖1可知,電磁線圈在直徑為D、橫截面積為A的管道中產生磁場強度為B的磁場。當有流體經過時,切割磁感線產生感應電動勢U,測量電極接收電動勢信號。它的流量計算公式為
       
      2電磁流量計故障分析及對應措施
        電磁流量計應用廣泛,但是在使用過程中有很多因素會影響其測量結果。結合實踐經驗,導致電磁流量計產生故障的原因可主要分為液體中含有固相雜質和4~20mA輸出異常兩種。
      2.1電磁流量計顯示流量異常分析及解決措施
      2.1.1電磁流量異常分析
        由電磁流量計工作原理可知,電磁流量計顯示異.常的原因可能如下:①流經感應器的被測量液體存在氣泡,導致切割磁感線產生的電動勢異常;②轉換器.開關電源板產生的磁場發生異常,導致被測液體切割磁感線產生的電動勢異常;③轉換器內處理感應電動勢的信號轉換板發生故障,導致顯示流量異常。
      2.1.2解決措施
        由分析可知,技術人員應檢查電磁流量計流經的液體、轉換器信號轉換電路板以及開關電源板,具體檢查方法如下。
      (1)流經液體檢查。檢查電磁流量計傳感器安裝位置,根據液體流動原理判斷其是否滿足滿管要求;關閉控制液體流動閥門,檢查其顯示示數是否歸零。
      (2)電磁流量計組成部分檢查。①將轉換器拆除并帶電測量,磁場輸出線路是否輸出直流±5V的脈沖電源。脈沖電壓示意圖,如圖2所示。②使用感應電動勢信號源檢測轉換器信號板運行是否正常。③使用萬用表及500MΩ搖表檢測傳感器。一方面,檢測測量管電極的通斷。使用萬用表紅色表筆與信號線中紅白兩根相連,黑表筆與測量管內電極相連(使用輔助工具接觸流量計電極),發出蜂鳴聲為正常。另一方面,檢測電極對地絕緣(使用500MΩ搖表)。使用搖表黑色接頭連接信號線中的紅白兩線,紅色接頭連接接地環,測量值應在200MΩ以上(舊測量電阻值應在20MΩ以上),測量時需要勻速搖動搖表手柄。④測量勵磁線圈電阻,使用萬用表200Ω檔位紅黑表筆分別接入勵磁線的兩端,檢測阻值30~60Ω,屬于正常范圍。⑤檢測,勵磁線圈與電極的電阻(使用500MΩ搖表),使用搖表紅色線電極--側對地線,使用搖表黑色線勵磁線圈的信號線。檢測阻值應在200MΩ以上(新測量管),對于使用過的測量管不能小于20MΩ。
       
        經過上述檢測,若所有數值均滿足要求,則儀表正常。通過以上的檢查過程將所發現的問題逐一排除,可以有效解決顯示異常的問題。
      2.2電磁流量計顯示屏幕異常分析及解決措施
      2.2.1顯示屏幕異常分析
        根據現場的使用情況,每次10kV電網出現異常停送電后,顯示屏幕均會異常。異常的主要現象為顯示屏不亮、白屏、閃屏,其中顯示屏不亮所占比例達95%以上,白屏與閃屏情況較少。本次主要分析顯示屏不亮的現象。由電磁流量計轉換器結構可知,顯示屏不亮的主要原因在于轉換器供電電源板出現異常。通過反復檢測電磁流量計電源板,發現電源板發生故障的主要原因在于一個濾波電容(規格為100μF、25V)損壞。轉換器電源板的具體詳情見圖3。
       
        檢測過程中發現,此電容損壞的主要現象為電容.鼓包。故障電容對比圖,如圖4所示。
       
        研究發現,造成電容鼓包的直接原因是電解電容中電解液溫度過高,超過電容所承受的溫度。普通電源采用液態電解電容,高溫時電容內的液體氣化導致電容外殼承受的壓力增加而產生鼓包。造成電容溫度升高的主要原因在于工作環境溫度與電路板電源工作狀態。
        發生故障的電磁流量計基本都集中在控制室。由于控制室全年處于運行狀態,管道內的流動水可以保證控制室內溫度不會過高,因此可以排除工作環境溫度過高的情況。
        通過分析轉換器電源板的結構和查閱相關資料發現,該供電電源板屬于開關電源的一種,而開關電源是對交流電壓進行整流、濾波、穩壓后得到想要的電壓。但是,此過程中因濾波不凈會導致在直流電源中摻雜一部分交流成分而產生波紋電壓6-1。波紋電壓的存在可能會導致波紋電流出現。電容壽命指標中有個參數叫做額定紋波電流。運行過程中,一旦波紋電流超過額定電容,電容內部的溫度就會升高,導致電解液氣化。一旦電解液氣化,其內部壓力將增加,會導致電容鼓包。
      2.2.2解決措施
        波紋電壓是無法消除的,只能抑制紋波電壓使其在電子元器件允許的范圍內。通常的做法:①加大濾波電路中的電容容量;②采用電感電容(InductanceCapacit-ance,LC)(無源)濾波電路、多級濾波電路;③以線性電源代替開關電源;④合理布線即改變電源板布線格局.
        結合現場實際情況,電磁流量計的電路板已經固定,不能整體更換或者改變布線格局。唯一的方法是改變電容容量,提高額定波紋電流,防止再次出現上述現象。因此,將原有規格為100μF、25V的電容更換為規格為120μF、25V的電容進行模擬停送電實驗。
        采用無限循環定時開關模塊,對更換后更大容量的電容進行連續通斷電實驗。根據對流量計開機時間的計量發現,完全進入開機狀態需要20s,因此設置通電時間為20s。循環通斷電示意圖如圖5所示。
       
        一臺負載不同循環周期停送電的實試驗情況,如表1所示。兩臺負載不同循環周期停送電試驗情況,如表2所示。25s循環周期不同數量負載停送電試驗情況,如表3所示。
       
       
        由試驗結果可知,更換較大容量的電容在試驗階段可取得較好的效果,但是相關人員需要在現場進.步驗證容量是否符合現場要求。
      3結語
        文章分析了電磁流量計常見故障,采取了相關的解決措施,可以有效排除電磁流量計故障。研究證明,只有深入剖析電磁流量計的工作原理,才有可能找到問題的關鍵。

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