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電磁流量計

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高壓電磁流量計電極結垢後得處理方式和改進方案

來源╃••╃╃:作者╃••╃╃:發表時間╃••╃╃:2022-03-21 17:27:53

 摘 要╃••╃╃: 當測量介質具有易結垢的特性時·•₪✘•,常規的高壓型電磁流量計難以滿足測量要求✘·。為了解決此行業難題·•₪✘•,本文對測量導管結構以及測量電極的形狀做改進設計·•₪✘•,由此可極大地延長此類工況條件下電磁流量計的無維護使用壽命✘·。

 
在測量汙水☁↟₪₪、漿液等介質時·•₪✘•,電磁流量計的襯裡內壁以及電極表面容易產生結垢現象·•₪✘•,由於結垢部分的電導率與測量介質不一致·•₪✘•,產生結垢後·•₪✘•,如果不及時清理·•₪✘•,輕則給電磁流量計的測量帶來誤差·•₪✘•,重則導致電磁流量計的訊號短路或斷路·•₪✘•,導致儀表無法正常工作✘·。對於易結垢場合使用的電磁流量計·•₪✘•,目前普遍採用刮刀式電極的方法解決·•₪✘•,然而刮刀式電極也有其明顯的缺點——對安裝環境要求較高☁↟₪₪、需要定期維護☁↟₪₪、不能用於高壓管道等✘·。本文透過對測量導管的結構以及測量電極的形狀做改進設計·•₪✘•,極大地延長了在高壓等極端場合條件下電磁流量計的無維護使用壽命✘·。使此類極端工況的流量測量得到較為理想的解決[1]✘·。
 
本次研究涉及到流量測量技術相關領域·•₪✘•,包括有電磁流量計以及電極的阻垢結構·•₪✘•,該結構中的電極主要是與流體介質之間進行接觸的安裝部分以及液體接觸部分·•₪✘•,而在液體的接觸部位軸線位置處·•₪✘•,其中心位置具有同軸設定的凸起部分·•₪✘•,此凸起部分為導電體·•₪✘•,本次所設計的電磁流量計其電極表面具有不易結垢以及無 xu經常進行清洗的特點[2]✘·。 
 
1 ☁↟₪₪、傳統電磁流量計的清理方式
電磁流量計的工作原理決定了電磁流量計工作時測量電極必須能完成測量介質的電動勢檢測·•₪✘•,若測量的介質容易結垢·•₪✘•,當測量電極完全被結垢覆蓋時·•₪✘•,如果結垢部分是絕緣體·•₪✘•,電磁流量計電極將無法檢測到感應訊號·•₪✘•,如果結垢部分導電率過高·•₪✘•,感應訊號將被結垢層短路✘·。
 
為了解決電磁流量計介質結垢的問題·•₪✘•,目前傳統做法都是採用刮刀式機械清理的方法來解決✘·。刮刀式電極的結構示意圖如圖 1✘·。
刮刀式電極結構示意圖
從刮刀式電極的結構示意圖可以看出·•₪✘•,刮刀式電極的軸是透過“O”型圈軸密封的方式密封的✘·。透過人工旋轉軸的方式帶動刮刀·•₪✘•,實現電極表面結垢的清理[3]✘·。
 
採用刮刀式電極清理結垢的方法·•₪✘•,缺點主要有如下幾點╃••╃╃: 
(1)需要取下儀表外殼上的密封蓋才能操作·•₪✘•,這就要求儀表必須安裝在乾燥且清潔的環境中·•₪✘•,不然容易破壞儀表的絕緣✘·。 
(2)需要人工定期清理·•₪✘•,並且對清理的人員有一定的專業要求✘·。 
(3)由於旋轉軸是透過“O”型圈軸密封的方式密封的·•₪✘•,對於溝槽等密封部分的尺寸及表面光潔度要求較高·•₪✘•,另外由於軸密封的限制·•₪✘•,註定了刮刀式電極不能用於壓力大於 10 MPa 以上的場合✘·。
 
從以上幾點可以明顯看出·•₪✘•,採用刮刀式電極的方式解決易結垢介質的測量存在很大的侷限性✘·。無法滿足安裝環境較差(埋土☁↟₪₪、淹水)以及耐壓等級高於 10 Mpa(“O”型圈軸密封限制)的場合的除垢要求✘·。 
 
2 ☁↟₪₪、實用新型電磁流量計
本次所研究的新型電磁流量計·•₪✘•,其設計特點是具備較好的電極阻垢結構·•₪✘•,之前所使用的傳統電磁流量計電極主要安裝在測量通道當中·•₪✘•,當該結構應用在容易結垢的介質中時·•₪✘•,電極可能會被結垢所覆蓋·•₪✘•,由於介質結構本身具有絕緣性·•₪✘•,從而使得電極難以對被測介質的電位進行正常檢測·•₪✘•,進而使得電磁流量計的儀表也難以正常使用·•₪✘•,傳統電磁流量計的對電極結垢問題的解決方式為每隔一段時間完成一次儀器的拆卸·•₪✘•,採用手動清洗或者是刮刀式電極機械清洗的方式進行解決·•₪✘•,但是傳統電磁流量計一般都具有易結垢☁↟₪₪、人工干預較多以及清理週期相對較短的問題[4]✘·。 2.1 技術方案
 
2.1.1 改變電極形狀
透過改變電磁流量計電極的形狀·•₪✘•,可使電極表面不易結垢✘·。由於測量液體黏性的存在·•₪✘•,流體在一定流速範圍內·•₪✘•,在管道中的流速成軸對稱分佈·•₪✘•,在沿管軸線方向取一截面·•₪✘•,截面內的流速分佈是以管軸線為對稱軸的拋物線·•₪✘•,如圖 2 所示✘·。
管軸方向截面內流速分佈示意圖
由圖 2 所示·•₪✘•,很容易得出·•₪✘•,越是靠近管道內壁的地方·•₪✘•,流體流速越低·•₪✘•,而流體流速越低·•₪✘•,越是容易產生結垢現象✘·。安裝在電磁流量計管道內壁的電極正是貼在管道內壁上·•₪✘•,比較容易形成結垢現象✘·。為了解決電極表面容易結垢的問題·•₪✘•,現對電極表面的形狀做一定的改進·•₪✘•,電極改進前後的示意圖分別如圖 3 所示✘·。
電極改進前後示意圖
具有阻垢結構的電極主要包括了和流體介質之間進行接觸的安裝部分和液體接觸部位·•₪✘•,在液體接觸部位的中心位置具有同一軸線的凸起部·•₪✘•,而凸起部為導電體✘·。根據上述的技術方案可以瞭解到·•₪✘•,介質從凸起部位流過後·•₪✘•,凸起的部位對所流動的介質會進行分割·•₪✘•,同時在液體接觸部位以及凸起部位的連線處會產生一定的擾動作用·•₪✘•,所產生的擾動作用會將液體接觸部位表面產生的結垢物帶走·•₪✘•,使得液體接觸部位以及凸起部位不會產生汙垢的積聚·•₪✘•,由於凸起部位主要是在液體接觸部位設定·•₪✘•,所以凸起部位與測量通道中的中心位置具有更近的距離·•₪✘•,而中心位置所受到的通道內壁黏著力的影響相對較小·•₪✘•,因此使得其流速相對較快·•₪✘•,而凸起部位由於不會被汙垢所覆蓋·•₪✘•,所以採用該技術方案可以減少凸起部位以及液體接觸部位的汙垢·•₪✘•,不需要進行經常清理✘·。上述技術方案中將凸起部外壁改為圓滑曲面·•₪✘•,使得汙垢不易在其表面進行附著·•₪✘•,在介質流動衝擊下更容易被帶走[5]✘·。 
 
2.1.2 測量管道縮頸處理
當介質流體從變徑段之外經過變徑段進入測量通道時·•₪✘•,由於變徑段為朝向測量通道的收口結構·•₪✘•,測量通道的內徑小於變徑段之外的管道內徑·•₪✘•,使得介質流體在測量通道中的流速增快·•₪✘•,在此條件下·•₪✘•,位於測量通道內的液體接觸部位和凸起部表面更不容易結垢✘·。
 
透過採用上述技術方案·•₪✘•,該電磁流量計具有較好的電極阻垢效果·•₪✘•,無 xu經常清理電極液體接觸部和凸起部的汙垢·•₪✘•,減少人工干預·•₪✘•,提高了經濟效益✘·。 
 
2.2 例項說明
根據上述的技術方案·•₪✘•,可以就其凸起部位或者其他部位進行進一步的配置·•₪✘•,以便於減少電磁流量計的結垢能力·•₪✘•,其進一步的配置方式包括有凸起部的外壁是較為圓滑的曲面·•₪✘•,凸起部的橫截面為圓形·•₪✘•,凸起部外徑由液體接觸部位向其遠離的一側逐漸變小·•₪✘•,遠離凸起部的一端為球面·•₪✘•,採用上述設定都可以有效降低電磁流量計的結垢能力·•₪✘•,例如液體接觸部位採用球面結構時·•₪✘•,由於凸起部位主要設定在液體接觸部位的中心位置處·•₪✘•,因此在對介質流體進行測量時·•₪✘•,流體沿著液體接觸部位表面進行流動·•₪✘•,勢必會對凸起部位的底部產生一定的衝擊作用·•₪✘•,在這種情況下·•₪✘•,汙垢不易積累·•₪✘•,從而出現較為良好的阻止結垢的效果✘·。在合理採用上述技術方案·•₪✘•,同時採取進一步的配置方式後·•₪✘•,使得新型電磁流量計具備較好的電極阻垢效果·•₪✘•,有效提高了儀器的經濟效益·•₪✘•,下文結合新型電磁流量計中的電極阻垢結構例項進行分析✘·。
 
在本次例項當中·•₪✘•,圖 4 和圖 5 中的 13 所表示的凸起部位其外壁為圓滑的曲面·•₪✘•,整體的橫截面基本為圓形·•₪✘•,在該例項中所採用的進一步配置為凸起部位的外徑由液體接觸部位向遠離液體接觸部位的一側逐漸變小·•₪✘•,同時在凸起部位上與液體接觸部位遠離的位置為球面✘·。
電極結構示意圖電極與測量通道連線示意圖
如圖 6 所示·•₪✘•,測量管道的前端☁↟₪₪、後端與變徑段相連線·•₪✘•,變徑段的內徑由測量管道向通道的兩側開始逐漸變大·•₪✘•,測量管道的內徑基本為變徑前內徑的70%✘·。
測量通道與變徑段連線示意圖
上述 3 個圖中各序列號所表示的部件名稱╃••╃╃:1 為電極·•₪✘•,2 為測量通道·•₪✘•,11 為接液部·•₪✘•,12 為安裝部·•₪✘•,13為凸起部·•₪✘•,14 為球面部·•₪✘•,21 為變徑段✘·。本次例項的基本原理為·•₪✘•,在測量通道前段連線變徑段·•₪✘•,此時內部的介質流體在進入測量通道後出現流速增大的現象·•₪✘•,在介質流體流動到凸起部位時·•₪✘•,凸起部位對介質流體之間產生分割作用·•₪✘•,同時在液體接觸部位和凸起部位的連線位置會產生一定的擾動作用·•₪✘•,所產生的擾動可以將附著在液體接觸部位表面的結垢物帶走·•₪✘•,在液體的接觸部位以及凸起部位會避免產生汙垢的積聚·•₪✘•,由於上圖中的凸起部 13 和測量通道的中心位置距離較近·•₪✘•,該位置處所受到的摩擦力以及黏著力的影響相對較小·•₪✘•,整體的流速較快·•₪✘•,從而使得凸起部難以被汙垢所覆蓋·•₪✘•,而上述例項中所進行的最佳化配置·•₪✘•,主要包括凸起部位與液體接觸部位遠離位置為球面·•₪✘•,凸起部位的外壁為圓滑曲面·•₪✘•,以及外徑從液體接觸部位開始逐漸變小·•₪✘•,而變徑端的內徑向遠離測量通道的方向逐漸增大[6]✘·。 
 
3 結論
透過採用上述幾種最佳化配置方式·•₪✘•,可以實現當介質流體從變徑段外側進入測量通道後·•₪✘•,由於變徑段向測量通道的方向整體為收口形勢·•₪✘•,通道中的內徑明顯小於變徑段外的內徑值·•₪✘•,這在一定程度上加快了測量通道中介質流體的流速·•₪✘•,從而使得凸起部表面以及測量通道內更難以形成結垢·•₪✘•,不需要經常進行清洗✘·。
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