常州鑫旺儀表有限公司電磁流量計在核電廠BOP系統中的應用
作者:常州鑫旺儀表有限公司
2023-07-03
摘 要：根據電磁流量計工作原理與特性，結合核電廠外圍系統維修工作經驗，分析電磁流量計在不同場所、環境下的故障現象，總結此類儀表在應用中的經驗與注意事項。
關鍵詞：電磁流量計；核電廠BOP外圍系統；故障分析
0 引言
核電廠BOP（Balance of Plant，核電站輔助部分）外圍系統儀控設備具有數量龐大、類型繁雜、涉及廠家多等特點。其中，作為導電流體流量、流速測量的常用儀表，電磁流量計在外圍系統中應用廣泛。
1 電磁流量計工作原理
電磁流量計是利用電磁感應原理制成的流量測量儀表，常用于測量導電液體當前體積流量、累積體積流量與流速，主要由磁路系統、測量導管、電極、外殼、襯里和轉換器等部件組成。
作為電磁感應定律的運用實體，電磁流量計運行過程中，當導電的被測介質垂直于磁力線方向流動時，在與介質流動和磁力線都垂直的方向上產生一個感應電動勢，與被測介質的體積流量成正比。變送器輸出的感應電勢是一個微弱的交流信號，其中包含各種干擾成分，且信號內阻變化高達幾萬歐姆。因此在實際工業運用中，要求轉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換器，將感應電勢轉換成（4～20）mA DC 統一信號，通過電纜、接線傳送至控制機柜端子，再通過 DCS、PLC等控制系統送入上位機，以供顯示、調節、控制與處理。
2 電磁流量計應用特點
（1）電磁流量計內部無活動部件和阻流體，無壓損、無機械慣性，反應十分靈敏。
（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的溫度、壓力、密度、黏度、流動狀態等因素無關，在用于測量其他導電介質體積流量前用水標定即可（該步驟通常在設備出廠前
完成），無需另行修正。
（4）電磁流量計內部通常可利用涂層或襯里，解決腐蝕性介質流量的測量問題。但過高的溫度會引起管道襯里材料發生膨脹、變形和變質，而*高使用壓力取決于管道強度、電極密封情況及法蘭規格等。一般國產電磁流量計的工作環境中，溫度與壓力控制在120 ℃，1.6 MPa 為宜。在儀表選型時需結合現場實際工況。
（5）當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長度的直管段，在一定程度上保證流速分布對稱性。如系統運行中發生類似的情況，在排除儀表本體損壞的前提下，應考慮電
磁流量計安裝位置的合理性。
3 電磁流量計在核電廠 BOP 外圍系統中的常見故障
3.1 示數波動大
3.1.1 故障排查
（1）通過與現場運行人員溝通，確認缺陷發生時并未對上下游管道的其他設備進行操作，工藝流程穩定，無異常情況發生，
可排除流量真實驟降的可能。
（2）根據儀表示數驟降的現象，排查就地與機柜側接線，確認接線全部正常無松動。
（3）對發生故障的電磁流量計進行絕緣檢查，結果均合格。
（4）對發生故障的電磁流量計屏蔽線、變送器兩端管道接地情況進行檢查，發現變送器與管道跨接線銹蝕，儀表單獨設置的
接地點銹蝕。進行跨接線更換、打磨與接地點打磨后重啟儀表，重啟系統后該故障再未發生。
3.1.2 故障原因分析與預防措施
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、測量導管以及變送器兩端的管道均需接地。并且要求單獨設置接地點，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。
故障的發生定位于儀表跨接線與接地線銹蝕，同時需結合儀表安裝位置靠近高電流設備、外部電磁干擾的現狀。在后續的日常維修工作中應特別加強此類情況的巡檢力度，必要時可根
據系統實際情況對儀表接地、跨接與絕緣增設預防性維修項目。 3.2 電磁流量計就地與上位機示數不一致
3.2.1 上位機示數正常，儀表就地示數晃動或為 0
（1）檢查電磁流量計內部參數設置，與上位機程序組態中相應通道參數設置進行對比，發現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，通常在設備本體均有銘牌標識。新表更換的時候需注意，儀表銘牌上為該儀表可進行測量的上限，但實際現場運用中，可將電磁流量計*大量程設置在任意小于、等于該上限值的位置。當電磁流量計量程需將信號輸送至 DCS 或 PLC 系統時，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。此時需在儀表本體對量程進行修改，確保與上位機程序該儀表對應通道內的設置一致。此外，由于流量計參數設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）在儀表拆卸中發現，部分發生讀數晃動的電磁流量計內部電極出現結垢或銹蝕（圖 1）。該部分電磁流量計在工藝系統
的位置，造成其管道流體內易混有部分上游化學物質結晶產物。當電極結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是否確有流體流過，其間發現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現。當液體中含有氣泡時，氣泡擦過電極會形成短暫時間的感應信號為零，這種氣穴現象成為氣泡噪聲。首先需確認電磁流量計安裝位置上游直管段長度是否足夠，結合工藝系統分析氣泡來源，如故障發生頻繁則可考察是否有必要在儀表上游增設排氣閥。此外，如涉及報警聯鎖信號的電磁流量計發生此類氣泡
噪聲現象，在滿足儀表示數
變化靈敏度要求的前提下， 圖 1 電磁流量計結垢可在流量計本體參數中適當增大阻尼時間參數，對流量的不敏感時間進行調節。
3.2.2 上位機示數正常，儀表就地示數框黑屏
（1）部分地處室外的電磁流量計出現顯示屏暗淡、示數模糊等情況。電磁流量計使用壽命受所處環境影響很大。地處室外缺乏保護罩的儀表轉化器內部線路板易受化學物質、雨水侵蝕老化。對于惡劣自然環境下的電磁流量計，需注意增設儀表專用保護罩，減緩設備老化速度，延長使用壽命。
(2)儀表就地示數框黑屏。系統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并重新打開，觀察電源重啟后儀表屏是否恢復正常。
4 結束語
核電廠BOP系統儀控維修是極具特異性的維修工作。結合現場實際工況，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，尤其是數量龐大、種類繁雜的外圍儀控設備檢修過程中，只有將電磁流量計安裝位置、工藝系統、自然環境與其他系統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出維修經驗，迅速而準確地定位故障原因，形成集中而有效的日常維護與消缺模式。
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