电磁流量计测量中的气泡噪声及其处理方法

　　0　引言

　　钢铁企业在高炉检漏和连铸连轧控制中大量使用电磁流量计来测量冷却水。冷却水的测量信号往往与设备开启关联,任何一个误动作将会造成无法弥补的损失。测量与控制的精度和可靠性涉及到设备安全、节约能耗以及钢铁产品性能指标。因此,钢铁生产过程对电磁流量计要求具有反应迅速、灵敏度高、重复性稳定性好、可靠性高等特点。

　　本文讨论的就是为解决钢铁生产高炉检漏和连轧连铸中冷却水可靠测量的问题。

　　1　冷却水测量的一个故障特例

　　某钢铁公司的炼钢厂连铸冷却水测量中出现了如图1所示的故障流量曲线。流量故障变化呈脉冲规律,脉冲的幅度约为120m3/h,故障脉冲宽度大约为10~12 s,周期不定。这种故障造成了系统的误报警,导致工厂生产过程中的严重事故。尽管电磁流量计具有一定的智能化故障判断功能,但由于故障是不定期发生的,很难捕捉到检测故障发生时流量计所反映的流体物化参数和噪声干扰的信息,因此很难按照电磁流量计的常规方法去判断出现流量显示输出为零的可能性,很难判定这种故障的起因。

　　传感器安装示意图如图2所示。上游是DN80管道经90°弯头后,由渐扩管再扩大至DN150管道进入电磁流量计传感器。流量计上游的直管段长度不足5D,计算得到从DN80~DN150的扩大锥角β大约为40°。从现场安装情况分析,初步认为故障可能是由气泡擦过电极形成短暂时间的感应信号为零所致。也就是说,这是一种气穴现象[2]。所以,我们称这种故障为“气泡噪声”(bubble noise)。那么气泡又是如何产生的,为什么有时候模拟型转换器看不到这种故障。

　　2　气泡噪声产生原因的分析

　　从安装情况看,本例的安装情况与电磁流量计的安装要求不符。流量计上游的弯头、扩大管,以及插入热电偶,距电极的直管段不足5D。这些都是容易在电极附近产生旋涡和不对称流速分布以及分离液体中气体形成气泡的原因。上游由小口径(DN80)以高流速(6m/s以上的平均流速),约40°的入射角流向DN150管道[3]。扩大管气泡分离如图3所示。

　　这种沿着管壁非顺滑的流体流动,流体的流束首先是收缩呈射流形式流动,然后再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流。射流过程会形成扩大管内入口处周围的负压区域,于是在电极前要产生大量的旋涡。这样,破坏了电磁流量计测量要求即流速中心轴对称的基本条件。更严重的是由于在电极前形成负压,旋涡处可能分离气体,并慢慢聚集形成气泡。分离的气泡常常附在流速几乎为零的管壁上,流体流动容易携带气泡沿管壁移动。当气泡沿管壁移动擦过电极时,使电极上的感应信号为零,这时的测量输出和显示为零。