超大口径电磁流量计在城市引水工程中的安装与调试介绍

本文引言：

    哈尔滨市磨盘山水库引水工程，设计规模为900km3/d。输水管线长176km，管道直径为DN2200，输水的实时流量和累积流量数据，采用超大口径电磁流量计进行计量。

1 电磁流量计原理及优点

    1.1 电磁流量计原理

    传感器由测量管、激磁线圈和测量电极等元件组成。测量原理基于法拉第电磁感应定律。激磁绕组供电产生磁场，导电的输水介质通过测量管磁场时，切割磁力线运动，在垂直于磁场及流速的方向上产生感应电势U，其表达式如下：

     （1）

式中：K为仪表结构常数；B为磁感应强度；V为平均流速；D为测量管内径。

    电磁流量计传感器中，感应电势原始电压信号是平均流速的线性函数，它与流速分布及介质的其他特性无关。

    感应电势(毫伏电信号)经专用电缆传送至智能转换器，进行数字化处理，计算实时流量、累积流量。并转换为标准信号输出[1]。

    1.2 电磁流量计测量的优点

    输水计量采用电磁流量计测量具有以下几个优点。

    ①输水管线管内无缩径或突出部件，压力损失几乎为零；

    ②感应电信号与管截面的平均值相关，仅需较短的前后直管段，这对减小流量计井的尺寸、降低工程成本尤为重要；

    ③输水介质含有一定泥沙的量，而电磁流量计传感器只有衬里和电极与水接触，并防腐、耐磨，仪表寿命长[2]；

    ④超大口径电磁流量计通过接口与实时计算机监控系统连接，可对输水流量信息进行数据通信。

   
2 传感器安装的防干扰控制

    2.1 传感器安装接地措施

    传感器安装接地直接影响系统抗干扰性能，所用接地线必须防止感应到任何其他干扰电压。因此，不能把接地线与其他带电电气设备的接地连线在一起；接地施工采用就地打接地极方式接地。在流量计井外侧安装接地极，采用扁钢引入流量计接地点。接地电阻值不大于10，传感器接地如图1所示。

图1 传感器接地

    2.2 接地环安装措施

    输水管道采用内有绝缘涂层的金属管道，必须安装接地环，提高抗干扰性能，否则会造成仪表工作不稳定。接地环安装方式如图2所示。

图2 接地环安装

    图2中：V1、V2为专用接地线，由制造厂提供；PE为功能接地线，施工现场采用扁钢制作。D1、D2为密封垫片；E为接地环；F1为管道法兰；F为传感器法兰；Y为传感器信号输出端。

    2.3 电缆的敷设与屏蔽措施

    超大口径电磁流量计励磁绕组功率较大，在流量计井的传感器IFS4000F与智能转换器IFC110F之间，必须加设放大器NB900F，才可满足励磁要求。

    电磁流量计接线及屏蔽连接要注意以下几点。   

    ①电磁流量计传感器与转换器之间的连接电缆采用厂商供应的专用电缆。不可引入外界干扰。专用电缆的敷设采用钢管保护。

    ②励磁电源、信号电缆，为防止被机械压伤、门齿类动物(老鼠)咬伤，要求电缆分别穿管敷设。

    ③接线盒中的电缆不允许交叉或盘绕。

    ④保护接地线PE必须接到接线盒中单独的U型夹头接线端子。

    ⑤施工中切勿松开信号转换器内黄绿线U型夹头接线端子和端子10之间的保护连接导体。

3 关键工艺控制点

    现场安装过程中，为了不影响计量系统的检测精度，必须严格满足下述工艺要求。

    ①电极轴线保持水平。电磁流量计传感器安装时，2个电极的轴线必须在水平方向上。

    ②被测介质充满测量管。测量管内保证充满水，不能有非满管或有气泡聚集在测量管中的现象。

    ③满足流动方向与直管段要求。传感器上箭头所指的方向为介质流动的正方向；超大口径电磁流量计(传感器与转换器分体安装)设计均安装在管道的流量计井内。为了保证计量准确，必须保证流量计前10D/后2D直管段要求(D为公称直径)。

4 超大口径电磁流量计的安装

    4.1 传感器与伸缩节的组装

    按传感器上的箭头在流量计的下游侧安装接地环及伸缩节，并将伸缩节预调节为短状态。

    4.2 流量计井内断口

    流量计井内断口步骤如下。   

    ①确认安装传感器断口部位，精确测量断管尺寸(按伸缩节伸展后尺寸)。

    ②管道断口区开天窗，进入管内做米字型钢支撑，确保管道圆度，防止断口后管端变形而影响法兰安装。

    ③断口后，在两侧管端用机械方法处理坡口，达到焊接法兰要求[4]。

    4.3 吊装

    组装后的传感器加伸缩节，总重约6t，现场采用25t汽车起重机吊装就位。吊装就位后，调节释放伸缩节，在上游法兰与传感器之间加装接地环、密封垫，穿入螺栓找正并紧固；同样在下游法兰与伸缩节之间加装密封垫、穿入螺栓并紧固。

    4.4 法兰焊接

    调整管道上下游法兰、接地环和密封垫的位置，紧固螺栓，并点焊固定。拆除上下游法兰预紧固螺栓，调节收缩伸缩节，使上下游法兰脱离流量计及伸缩节，法兰内侧留出施焊空间。法兰内外采用角焊缝方式焊接上下游2片法兰。

    4.5 焊口无损检测与防腐处理

    ①检测标准与合格等级

    所有法兰接口角焊缝需进行无损检测，采用电磁探伤方式，检查比例为****。质量应符合标准JB4730-2005的二级要求[5]。若检查出管道法兰的焊缝有超标缺陷，应及时处理，终使复检合格。任何焊缝只能修补一次。

    ②内侧防腐法兰焊缝外

    法兰的钢制管件内外防腐与钢管本体处理方式相同，法兰焊缝外防腐涂刷改性氯磺化聚乙烯防腐涂料；法兰内防腐涂料为饮用水级无毒环氧涂料。内多侧均采用二底二面涂层。

    4.6 传感器伸缩节整体紧固定位

    上下游法兰焊缝经探伤合格后，进入传感器伸缩节整体紧固定位工序。

    ①调节释放伸缩节，在上游法兰与传感器之间，加装接地环、密封垫，穿入螺栓并紧固。

    ②在下游法兰与伸缩节之间加装密封垫，穿入螺栓并紧固。

    ③按对称方式，紧固全部法兰螺栓并安装定位传感器与伸缩节。

    4.7 系统水压试验

    传感器与伸缩节整体安装结束后，应随输水管道一同进行水压试验。试验压力为1.5倍工作压力。水压试验合格后，可以投入运行[6]。

5 系统调试与投运

    根据仪表参数、工艺参数、运行控制方式，对智能变送器进行主菜单、子程序的功能和数据组态设定；当管道充满过程流体(水)后，针对传感器电缆、电极进行阻抗及绝缘性能测试；利用GS8A模拟器对智能变送器模拟测试。

6 系统检查与投入运行

    6.1 检查传感器

    ①准备工作

    测量管道充满过程流体(水)并静止。在打开壳体(箱)之前必须先停电。检查所需的测量仪表和工具包括欧姆表或交流电压/电阻电桥。检查前必须拔出(信号和励磁)插头，注意不要移开信号转换器端子箱内部的连接(在U形夹和端子10间的黄绿导线)。

    ②检查内容

    测量7和8两线间(励磁绕组)电阻，正常应为20~170Ω。测量1对7回路间(励磁与信号回路)绝缘电阻，正常值应﹥20MΩ。电极回路的测量，用交流电压/电阻电桥分别测1-2和1-3回路间电阻，两个值正常为1kΩ~1MΩ，并应大致相等，检测的阻抗主要决定于输水的电导率[7]。

    ③电极回路检查结果分析

    如果极大差异，表明电极接线断裂或电极污染；小于此范围，则排出管内流体再测量；如果仍然太低，电极线路短路。

    6.2 用GS8A模拟器检查智能转换器

    ①检查接线

    从端子箱中断开所有与传感器的接线1、2、3、7、8，并记录每颗电缆端子的接线位置。将毫安表连接到端子I+/I-，精度0.1级，内阻Ri=15~500Ω，量程范围0~20mA，脉冲范围0~10kHz；时间基准至少为1s。

    ②检查步骤及方法

    根据Ftc1.011.051.063.02程序数据设定，计算、校核零点、mA输出范围、脉冲输出值。

    GS8A模拟器发出零点模拟信号，校验变送器零点值；GS8A模拟器电流输出设定点的mA值应在允差范围内；GS8A模拟器脉冲输出设定点的每小时脉冲值应在允许范围内。

    6.3 系统投运

    校核结束，停电后拆卸校验接线，恢复传感器电缆接线。系统检查、校核无误后，再次送电，系统即可正式投入运行。

7 结束语

    城市引水工程输水管线超大口径电磁流量计在安装过程中，必须严格控制传感器的防干扰措施；严格控制影响测量精度的几个关键工艺点；控制现场安装流程中组装、吊装、焊接、无损检测、防腐等环节的质量；根据仪表参数、工艺参数、控制参数，正确地设定菜单程序的功能和数据，以保证系统预期指标。哈尔滨引水工程实践表明，采用上述工程方法，仪表系统运行一年来，计量的准确性、运行的可靠性均满足设计要求。