电磁流量计在西钢炼钢工程中的应用实例说明

       本文以炼钢厂工程中对于流量测量仪表的应用，介绍了炼钢、精炼、连铸过程中的主要工艺和电磁流量计的原理和分类，深入分析了电磁流量计选用需要考虑的问题，并对影响测量精度的因素进行了探讨，指出了电磁流量计的发展趋势。
 
　　在西钢炼钢工程中主要用在110t康斯迪电炉、2台90t精炼炉和配套VD工位；三机三流连铸机等三位一体冷却水检测系统，此系统的生产工艺过程是*先将铁水兑入电炉、精炼炉冶炼脱气，其次通过连铸机浇铸成具有一定形状和要求的尺寸规格的铸坯。
　　三位一体核心设备主要包括电炉主体设备、供电设备、烟罩设备、真空脱气设备、浇钢设备、切割区域设备、连铸机本体设备、引锭杆收集及输送设备等。水冷系统主要包括旋转接头，水泵、水管、足量水源。整个系统对配水量有严格要求，例如结晶器水流量检测，喷淋水流量检测，110吨康斯迪电炉变压器、炉壳、电极保护用水及烟罩用水都用电磁流量计。

　　1 电磁流量计的原理和分类
　　电磁流量计的设计是根据法拉第电磁感应定律，导管中导电的流体被看作导体，管道的内径可看作道导体的长，原理图如图1所示，两电极装到与管道的中心轴和磁场方向组成的平面相垂直，拾取液体产生的感应电动势。感应电动势为：
　　由上式看出瞬时流量只和感应电动势成线性关系，与其他物理量无关，这是电磁流量计的优点之一。
　　电磁流量计按照激磁电流的方式不同分为：直流激磁、交流激磁、低频矩形波激磁和双频激磁。直流激磁适用于测量金属液体的流量，如高温下的钠、汞等。交流激磁可以避免在电磁表面极化，但容易形成零点漂移。低频矩形波激磁功耗小，受电极污染后影响小，没有零漂，很快被人们所接受，成为主要的激磁方式。双频激磁是在低频矩形波激磁基础上叠加高频波，改善了低频矩形波激磁的流动噪声和浆液噪声。
　　电磁流量计由于其无法比拟的一些优点使其市场占有率一直持高。其结构简单，流体流过流量计不会产生压力损耗；可以测量肮脏介质、浑浊介质以及腐蚀介质液固两相流量；测量过程不易受液体的密度、温度、粘度影响；测速范围比较宽。虽然电磁流量计在不断完善，但仍存在一些不足：不能测蒸汽、气体和气液两相介质；容易受到外界磁场干扰影响；对于导电率较低的介质不能测量，如有机溶剂或者奶制品等。

　　2 选用电磁流量计要考虑的主要因素
　　2.1 液体导电率
　　电磁流量计使用的前提必须导电，不能低于阈值，常规流量计阈值一般在10-4～10-6s/m，应该根据型号定。有机溶剂和石油制品的导电率较低，因此不能用电磁流量计来测量。根据经验，被测液体的导电率应该比仪表厂商所规定的阈值的数量级要至少要大一个数量级。否则容易引起晃动。
　　2.2 精度等级
　　电磁流量计精度高的误差大约为±0.5%～±1%，精度低的流量计大约为±1.5%～±2.5%，价格也相差2倍左右。因此应该合理地选择流量计，在精度要求不高的地方，选用价格较低的来减少花销。有的流量计精度更高，但是安装条件要求很高，如温度20℃～22℃，甚至要做直流校准，减小影响。
　　2.3 流速和口径的选择
　　流量计的口径可以不与管径一致，应根据流量定。管道的液体经济流速一般为1.5～3m/s，在这种流速下，流量计的口径和管径一致即可。上线流速理论上是不限的，但是如果衬里不能承受流体冲涮建议不超过5m/s。容易沉积结垢的液体，应选用流速不小于2m/s。

　　3 影响电磁流量测量精度的因素
　　如果电磁流量计安装和使用不当，就会导致误差变大，甚至损坏。
　　3.1 接地环和电极材质的选择问题
　　由于被测液体和电极或接地环不匹配引发故障，这种不匹配除了腐蚀问题，还有电极的表面效应，主要包括：化学反应、极化现象、触媒作用。接地环也同样有这些问题，不过影响程度小些。
　　3.2 管内液体不满管
　　由于流量计安装的位置不良或者背压不足，导致液体不能充满管道，致使测量值比真实值要小。如果不满管比较严重，使电极漏出液面，就没有办法测量液体了。如果流动是塞状流或气泡流，不仅会使测量值不准确，还会由于气泡瞬间碰到电极表面而造成输出晃动。
　　3.3 液体中含固相
　　液体中如果含有颗粒，可能会造成的故障有：电极和衬里表面上覆盖沉积层、衬里磨损、管道截面积变小。有些比较容易结晶的液体，当流体流经流量计时引起内壁上挂有一层固体，由于使用其他类型流量计也存在同样的问题，所以可以选用被测量管路非常短，且容易拆卸的流量计，在结晶后能方便拆卸来进行维护。
　　3.4 安装
　　安装过程中，应该将流量计正负方向和流体流向一致。避免安装在强磁场的地方。流量计不应安放到不容易积气的管道高点，或者自上而下垂直的管路，这样容易产生排空。流量计后面不应该直接将液体排入大气，而应该有背压以防止管道不满管。

　　4 电磁流量计的发展趋势
　　近些年，电磁流量计发展迅速。为了适应各种工况需要，电磁流量计在导管形状方面、励磁方式方面、电极材料和结构都在不断地进行改善。目前，国内外主要有下述几个发展方向：
　　一般电磁流量计在低速（0.2m/s以下）进行测量时，稳定性和精度都很不理想，为了改善其不足，可以用等效截面法设计管道结构。避免漏磁干扰，可以采用矩形管道，因为这种结构将切割磁力线的流体的长度L和流体的平均流速v的值提高了，使得感应电动势的值提高了。对于互相关算法对干扰进行去除对低流速情况也非常有效。
　　电磁流量计在测量液体流量的时候，一般要求流体流经管道的时候是满管。否则影响其测量的准确性。目前非满管的电磁流量计有很多测量方法。可以采用磁伸缩液位法、电容液位测量法、微压计、多电极法等等。
　　电磁流量计目前普遍使用交流供电，功耗较大。主要从微处理器、电路设计、励磁方式来考虑降低功耗。微处理器技术不断地进步，使其功能不断扩展，增加了自动报警、自检定、故障诊断等新的功能，而且联网易于现场监控。
　　电磁流量计由于测量原理限制其只能测量液体导电率不低于5μs/cm的情形。为了解决对低导电率的液体进行测量，主要考虑电极的大小、形状以及安装的方式，信号传输和拟制共模干扰等方面。现在电磁流量计测量液体的导电率比传统低了2～3级，已经实现对乙二醇和甘油这样低导电率液体进行测量。

　　5 结语
　　系列电磁流量计流量计因为结构简单，测量范围广，被**用于工业领域。目前国内电磁流量计的测量精度仍然普遍偏低，提高其测量精度具有重要的意义。另外，技术人员应该熟悉工艺流程，只有根据现场情况合理使用流量计，才能发挥其效用。

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