氧化铝行业中电磁流量计的实际应用案例分析

电磁流量计 的适用范围很广，随着近来年研发技术得到突破性发展，低频矩形波、双频矩形波励磁技术和微处理器技术的应用于产品研发，带来了电磁流量计的测量单元和数据处理单元的性能，无论是电磁流量计抗干扰能力还是其测量精度得到大幅度的提升，使得电磁流量计的生命力更加旺盛，目前在国内的绝大部分重工业和轻工业生产企业都可以见到它的身影，电磁流量计是依据法拉弟电磁感应定律制成。用来测量电导率大于5μs/cm的导电液体的体积流量，特别适合各种高腐蚀性介质和固液两相难测量、高要求场所，如工业污水、纸浆、泥浆、矿浆等。随着非满管电磁流量计和无电极流量计（用于低电导率液体，在衬里有绝缘层的情况下仍能工作）的问世，电磁流量计的应用领域进一步扩展。

一、选型时考虑的几个要素

1.1 精度等级和功能
电磁流量计精度高的有±0.2℅~±0.3℅F.S，精度低的有±1.5℅~±2.5℅F.S。氧化铝生产过程对精度要求一般不太高，选用高精度仪表在经济上不合算，选用一般精度的电磁流量计即可。
电磁流量计功能简单的只有单向测量，只输出模拟信号；功能多的有双向流量测量、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量总量计算、自动校对和故障自诊断、与上位机通讯和运动组态。有的仪表带串行通讯接口，可连HART、PROFIBUS、MODBUS、FF现场总线等。仪表的智能化极大地方便了仪表的组态过程和维护。

1.2 量程、口径和流速
电磁流量计的量程范围宽，量程比达100:1。
生产氧化铝中的浆液，一般是经济流速1.5~3m/s。电磁流量计传感器的口径一般与管径相同。满度量程时流速可在1~12m/s范围内选用，量程范围比较宽，通常建议不超过5m/s。易粘附、沉积结垢液体如赤泥，流速最好大一些，一般为3~4m/s。矿浆等磨损性强的流体，常用流速2~3m/s，以减少对电极衬里的磨损。

1.3 衬里材料的选择
氧化铝流程中浆液因含碱液，浆液温度高，所以要求电磁流量计衬里耐碱腐蚀，耐90℃左右的高温。
衬里材料可选氟塑料和陶瓷。氟塑料衬里最早应用的是PTFE聚四氟乙烯，具有优良的耐腐蚀性能，耐温-40~+180℃，在测浆料等介质时不易粘附。但它不耐磨，不能用于矿浆的测量，不能用于负压。氟塑料改良后的品种有PFA、F46，耐温耐腐蚀性能与PTFE相近，可用于真空和负压的情况下。氧化铝陶瓷衬里具有耐腐蚀、耐磨损、耐高压、耐高温（120~140/180℃），适用于腐蚀性的矿浆。但它不耐温度的剧烈变化，性脆，安装夹紧时易碎。

1.4 电极材料的选择
首先考虑电极对测量的耐腐蚀性，其次为是否会产生电极表面效应（表面化学反应、电化学反应和极化现象）。若选配不当，将产生钝化、氧化等化学作用，电极表面形成绝缘膜和极化现象，妨碍正常测量。常用的电极材料。
 
材料 耐腐蚀性能 含钼耐酸OCr18NI12Mo2Ti 耐硝酸、沸腾的磷酸、碱溶液、一定压力下的海水、醋酸等，有耐腐蚀性 哈氏合金C 海水、盐水、弱酸、弱碱 哈氏合金B 海水、盐水、弱酸、弱碱 钛 能耐海水、有机酸、碱腐蚀，不耐较纯的硫酸、盐酸腐蚀 钽具有优良的耐腐蚀性能，与玻璃相似。除氢氟酸、浓硫酸、碱外，几乎能耐一切化学介质的腐蚀 铂铱合金对各种酸的耐腐蚀性能很好，不耐王水腐蚀
氧化铝流程中浆液因含氢氧化钠，有强腐蚀，一般选含钼耐酸钢材料，耐腐蚀，价格低廉。铂铱合金耐腐蚀性强，价格较贵。不能选钽电极，因其不耐碱腐蚀。

1.5 电极形式
电磁流量计在测量浆液等流体时，电极易附着沉淀物。电极受到污染后，常使仪表无法工作。为防电极污染，电极可选用不易附着的尖形或半球形电极，刮刀式电极（可在传感器外定期手动刮出沉垢），可更换式电极（电极在运行条件下被拆卸下来，进行有效的清洗或换新）。

1.6 励磁方式的影响
励磁技术是电磁流量计测量性能的关键技术之一，常用的有交流励磁、低频矩形波励磁、双频矩形波励磁。
交流励磁的主要问题是工频干扰，易引起零点变动，测量精度低。
低频矩形波励磁，采用频率为50/2~50/36Hz，抗工频干扰，零点稳定性和测量精度提高。但励磁频率降低，会使仪表抗低频干扰能力减弱，响应速度变慢。在测量泥浆等含固体颗粒和纤维流体及低电导率流体时，会产生电噪声，使输出信号摆动不定。
双频矩形波励磁，是由低频和高频矩形波叠加构成。不仅具有低频矩形波励磁的零点稳定性，又具有高频矩形波励磁对泥浆干扰和流体噪声较强的抑制能力。

二、电磁流量计安装时的一些注意事项

（1）水平或垂直安装都可
在测量浆料时最好垂直安装，流体自下而上流动。这不仅保证测量管内充满被测介质，而且避免了水平安装时电磁流量计下半部局部磨损和低流速时固相沉淀等缺点。

（2）安装环境不能有太大震动
管道系统有较强的震动时，可在传感器两侧的管道上加支撑。

（3）直管段要求
可确保电磁流量计的精确度。一般的电磁流量计要求上游侧5D，下游侧3D。精度高的仪表如光华爱尔美特IFM4080型，要求上游侧10D，下游侧2D。直管段不够要求时，管内流速为非轴对称分布，测量将会引起误差。

（4）周围尽量避免大电机、大变压器，以免受到周围空间电磁波、大电机磁场的影响。

（5）接地
电磁流量计要求单独接地。接地电阻小于10Ω以下。管道内若涂有绝缘层或非金属管道，传感器两侧应装接地环。电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。传感器测量流量信号为mV级，以传感器内流体电位为基准的，管道杂散电流对测量影响很大。因此，良好的接地很大程度决定测量的精确度。

（6）避免管内负压，特别是PTFE聚四氟乙烯衬里。

（7）转换器的安装和连接电缆
分体型电磁流量计的转换器和传感器的距离受制于被测介质电导率和信号电缆型号。被测流体电导率在一定范围内，决定了传感器与转换器间电缆的最大长度。电缆用制造厂随仪表所附电缆型号。单层屏蔽电缆一般用于工业用水或酸碱液，通常可传100m。介质电导率低于100μs/cm时，需采用两芯双屏蔽的驱动屏蔽电缆。电导率较低、传输距离较长，也有规定用3层屏蔽电缆。

三、电磁流量计应用中常见故障及解决方法

铝厂拜尔法精制车间现有的电磁流量计目前采用光华爱而美特生产的IFM4080K一体型电磁流量计。衬里选PTFE聚四氟乙烯。电极采用含钼耐酸钢材料，电极形式一般采用标准型电极，在测量赤泥且水平安装时，采用刮刀式电极，励磁方式为低频矩形波励磁。下面介绍几个典型故障及处理方法。

3.1 测粗液时电磁流量显示常为零
拜尔法粗液是经沉降分离赤泥后的铝酸钠溶液，含微粒赤泥，易粘附。
电磁流量计无流量信号输出的原因一般有：电源故障；液体流动方向与传感器标定方向不一致（单向测量），液体未充满管道（传感器安装位置不妥）；传感器零部件损坏或测量管道内壁有附着；转换器元器件损坏等。
粗液电磁流量计的安装环境有6台大的变频电机且震动强烈，流量计的电路板常有震坏现象。建议更换安装位置或更换分体型电磁流量计，注意传感器与转换器间电缆型号和最大长度，时常保证接地线良好接地。

3.2 测赤泥浆液时电磁流量计零点不稳定
赤泥是拜尔法生产氧化铝在处理低硅铝矿石时的产物，赤泥粒度较细，多数是小于20μm的细粒子。
电磁流量计零点不稳定的原因一般有：接地不完善，受外界干扰影响；流体电导率变化，使零点变动，流动时输出晃动；液体中含固相杂质，管道内壁有沉积、电极污染；信号绝缘下降。
赤泥电磁流量计水平安装，赤泥易粘附。选刮刀式电极，定期对电极进行清理；将IFM4080K型电磁流量的放大器PCB板上的S1和S3两点的半圆分别焊接起来（S1、S3用于空管切除，S1、S4用于空管指示），使输出信号固定为零。

3.3 测硅渣流量时零点不稳定和输出晃动

3.3.1 硅渣流量计零点不稳定的处理方法：管道有震动，查接地是否良好；放大器板的改变同赤泥流量计。

3.3.2 电磁流量计输出晃动的原因一般有：流体本身波动；流体未充满管或含有气泡；外界杂散电流等电磁干扰；流体电导率不均匀或过低接近阀值；电极材料与流体不匹配；采用低频矩形波励磁的电磁流量计在测量含大颗粒或颗粒含量过多的浆液时会造成输出晃动。

（1）硅渣流量计管线太长（从种分到沉降距离约2km），管内可能存在脉动情况。建议管道中加装气室等阻尼装置、提高励磁频率或增加仪表阻尼时间。仪表参数设置a参数Fct3.02磁场频率调整。磁场频率一般有50Hz的1/2、1/6、1/8、1/36，从出厂时的1/6提高到1/2。b参数Fct1.02时间常数调整由出厂时3s改为20s。C参数Fct3.06应用参数调整由原来稳定STEADY改为脉动FULSATING。

（2）硅渣是烧结法生产氧化铝在处理高硅铝矿石时的产物，颗粒度较赤泥大一些。在采用低频励磁的仪表时会引起输出晃动。建议增高频率或选用双频励磁的仪表。

四、结束语
综上所述，技术人员只有熟悉了工艺流程和现场应用环境，掌握了电磁流量计的基础知识，才能使电磁流量计得到合理使用和维护，发挥电磁流量计抗腐蚀、耐脏污、精度高、应用广等优势