常州鑫旺儀表有限公司電磁流量計在核電廠BOP系統(tǒng)中的應(yīng)用
作者:常州鑫旺儀表有限公司
2023-07-03
摘 要：根據(jù)電磁流量計工作原理與特性，結(jié)合核電廠外圍系統(tǒng)維修工作經(jīng)驗，分析電磁流量計在不同場所、環(huán)境下的故障現(xiàn)象，總結(jié)此類儀表在應(yīng)用中的經(jīng)驗與注意事項。
關(guān)鍵詞：電磁流量計；核電廠BOP外圍系統(tǒng)；故障分析
0 引言
核電廠BOP（Balance of Plant，核電站輔助部分）外圍系統(tǒng)儀控設(shè)備具有數(shù)量龐大、類型繁雜、涉及廠家多等特點。其中，作為導(dǎo)電流體流量、流速測量的常用儀表，電磁流量計在外圍系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
1 電磁流量計工作原理
電磁流量計是利用電磁感應(yīng)原理制成的流量測量儀表，常用于測量導(dǎo)電液體當(dāng)前體積流量、累積體積流量與流速，主要由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部件組成。
作為電磁感應(yīng)定律的運用實體，電磁流量計運行過程中，當(dāng)導(dǎo)電的被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動時，在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢，與被測介質(zhì)的體積流量成正比。變送器輸出的感應(yīng)電勢是一個微弱的交流信號，其中包含各種干擾成分，且信號內(nèi)阻變化高達(dá)幾萬歐姆。因此在實際工業(yè)運用中，要求轉(zhuǎn)換器是一個高輸入阻抗、且能抑制各種干擾成分的交流毫伏轉(zhuǎn)換器，將感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)換成（4～20）mA DC 統(tǒng)一信號，通過電纜、接線傳送至控制機柜端子，再通過 DCS、PLC等控制系統(tǒng)送入上位機，以供顯示、調(diào)節(jié)、控制與處理。
2 電磁流量計應(yīng)用特點
（1）電磁流量計內(nèi)部無活動部件和阻流體，無壓損、無機械慣性，反應(yīng)十分靈敏。
（2）電磁流量計測量管徑范圍大，適用于各種管道與工況。
（3）電磁流量計具有均勻刻度，且流體的體積流量與介質(zhì)的溫度、壓力、密度、黏度、流動狀態(tài)等因素?zé)o關(guān)，在用于測量其他導(dǎo)電介質(zhì)體積流量前用水標(biāo)定即可（該步驟通常在設(shè)備出廠前
完成），無需另行修正。
（4）電磁流量計內(nèi)部通?？衫猛繉踊蛞r里，解決腐蝕性介質(zhì)流量的測量問題。但過高的溫度會引起管道襯里材料發(fā)生膨脹、變形和變質(zhì)，而*高使用壓力取決于管道強度、電極密封情況及法蘭規(guī)格等。一般國產(chǎn)電磁流量計的工作環(huán)境中，溫度與壓力控制在120 ℃，1.6 MPa 為宜。在儀表選型時需結(jié)合現(xiàn)場實際工況。
（5）當(dāng)液體流速過低或分布不均時，電磁流量計通常存在零點漂移和測量偏差大的情況。因此電磁流量計前必須有一個適當(dāng)長度的直管段，在一定程度上保證流速分布對稱性。如系統(tǒng)運行中發(fā)生類似的情況，在排除儀表本體損壞的前提下，應(yīng)考慮電
磁流量計安裝位置的合理性。
3 電磁流量計在核電廠 BOP 外圍系統(tǒng)中的常見故障
3.1 示數(shù)波動大
3.1.1 故障排查
（1）通過與現(xiàn)場運行人員溝通，確認(rèn)缺陷發(fā)生時并未對上下游管道的其他設(shè)備進(jìn)行操作，工藝流程穩(wěn)定，無異常情況發(fā)生，
可排除流量真實驟降的可能。
（2）根據(jù)儀表示數(shù)驟降的現(xiàn)象，排查就地與機柜側(cè)接線，確認(rèn)接線全部正常無松動。
（3）對發(fā)生故障的電磁流量計進(jìn)行絕緣檢查，結(jié)果均合格。
（4）對發(fā)生故障的電磁流量計屏蔽線、變送器兩端管道接地情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)變送器與管道跨接線銹蝕，儀表單獨設(shè)置的
接地點銹蝕。進(jìn)行跨接線更換、打磨與接地點打磨后重啟儀表，重啟系統(tǒng)后該故障再未發(fā)生。
3.1.2 故障原因分析與預(yù)防措施
電磁流量計信號較弱，在流量較小的情況下輸出僅有幾微伏，外界略有干擾就能影響測量精度。因此，變送器的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管以及變送器兩端的管道均需接地。并且要求單獨設(shè)置接地點，不能連接在電機、電器等公用地線或上下水管道。轉(zhuǎn)換部分已通過電纜線接地，故無需再行接地，以免因地電位的不同而引入干擾。
故障的發(fā)生定位于儀表跨接線與接地線銹蝕，同時需結(jié)合儀表安裝位置靠近高電流設(shè)備、外部電磁干擾的現(xiàn)狀。在后續(xù)的日常維修工作中應(yīng)特別加強此類情況的巡檢力度，必要時可根
據(jù)系統(tǒng)實際情況對儀表接地、跨接與絕緣增設(shè)預(yù)防性維修項目。 3.2 電磁流量計就地與上位機示數(shù)不一致
3.2.1 上位機示數(shù)正常，儀表就地示數(shù)晃動或為 0
（1）檢查電磁流量計內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，與上位機程序組態(tài)中相應(yīng)通道參數(shù)設(shè)置進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩者存在量程或單位不一致的
情況。電磁流量計儀表量程是指流量測量的上限，通常在設(shè)備本體均有銘牌標(biāo)識。新表更換的時候需注意，儀表銘牌上為該儀表可進(jìn)行測量的上限，但實際現(xiàn)場運用中，可將電磁流量計*大量程設(shè)置在任意小于、等于該上限值的位置。當(dāng)電磁流量計量程需將信號輸送至 DCS 或 PLC 系統(tǒng)時，量程是針對輸出信號的百分比顯示而言的，即量程需與電流輸出和頻率輸出上限值及 100%顯示值相互對應(yīng)。此時需在儀表本體對量程進(jìn)行修改，確保與上位機程序該儀表對應(yīng)通道內(nèi)的設(shè)置一致。此外，由于流量計參數(shù)設(shè)置中有較多流量單位的選擇，而 L/s，L/min，m3/h 等單位均存在數(shù)量級差異，因此同樣需與上位機畫面所需指示單位一致。
2）在儀表拆卸中發(fā)現(xiàn)，部分發(fā)生讀數(shù)晃動的電磁流量計內(nèi)部電極出現(xiàn)結(jié)垢或銹蝕（圖 1）。該部分電磁流量計在工藝系統(tǒng)
的位置，造成其管道流體內(nèi)易混有部分上游化學(xué)物質(zhì)結(jié)晶產(chǎn)物。當(dāng)電極結(jié)垢時儀表信號逐漸減小，直至絕緣而造成信號回路開
路，流量信號受到屏蔽。
（3）儀表在線檢查時，擰松法蘭接頭螺栓以確認(rèn)是否確有流體流過，其間發(fā)現(xiàn)流體中存在大量氣泡。由于該儀表并未在控制程序中添加報警邏輯，僅在運行人員巡檢中可隨機發(fā)現(xiàn)。當(dāng)液體中含有氣泡時，氣泡擦過電極會形成短暫時間的感應(yīng)信號為零，這種氣穴現(xiàn)象成為氣泡噪聲。首先需確認(rèn)電磁流量計安裝位置上游直管段長度是否足夠，結(jié)合工藝系統(tǒng)分析氣泡來源，如故障發(fā)生頻繁則可考察是否有必要在儀表上游增設(shè)排氣閥。此外，如涉及報警聯(lián)鎖信號的電磁流量計發(fā)生此類氣泡
噪聲現(xiàn)象，在滿足儀表示數(shù)
變化靈敏度要求的前提下， 圖 1 電磁流量計結(jié)垢可在流量計本體參數(shù)中適當(dāng)增大阻尼時間參數(shù)，對流量的不敏感時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.2.2 上位機示數(shù)正常，儀表就地示數(shù)框黑屏
（1）部分地處室外的電磁流量計出現(xiàn)顯示屏暗淡、示數(shù)模糊等情況。電磁流量計使用壽命受所處環(huán)境影響很大。地處室外缺乏保護罩的儀表轉(zhuǎn)化器內(nèi)部線路板易受化學(xué)物質(zhì)、雨水侵蝕老化。對于惡劣自然環(huán)境下的電磁流量計，需注意增設(shè)儀表專用保護罩，減緩設(shè)備老化速度，延長使用壽命。
(2)儀表就地示數(shù)框黑屏。系統(tǒng)運行中電磁流量計有時存在突然黑屏情況，均屬電源供電異常造成。檢查儀表處電纜是否完好，檢查供電通路是否正常，在均無異常的情況下斷開儀表供電開關(guān)并重新打開，觀察電源重啟后儀表屏是否恢復(fù)正常。
4 結(jié)束語
核電廠BOP系統(tǒng)儀控維修是極具特異性的維修工作。結(jié)合現(xiàn)場實際工況，各類儀表均有其特殊的運行特點與故障。在核電廠BOP外圍系統(tǒng)電磁流量計維修的過程中，在充分考慮到影響儀表運行的全部因素的情況下，儀控維修人員才能從儀表本體、控制回路與工藝環(huán)境等方面入手，排查故障、解決問題。
由此延伸，在儀控維修日常工作中，尤其是數(shù)量龐大、種類繁雜的外圍儀控設(shè)備檢修過程中，只有將電磁流量計安裝位置、工藝系統(tǒng)、自然環(huán)境與其他系統(tǒng)的相互影響等因素有機融合，才能*大程度上因地制宜地總結(jié)出維修經(jīng)驗，迅速而準(zhǔn)確地定位故障原因，形成集中而有效的日常維護與消缺模式。
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