电磁流量计使用中的三点注意事项

电磁流量计在啤酒行业的应用和注意事项2004年1月（2）

灌装：灌装的啤酒生产的最后一步工序，其中灌装要求每瓶（罐、桶）灌装量的准确控制（业界标准为±10ml）。就占市场绝大多数的玻璃瓶装啤酒来说，这种工艺对设备制造成本低，投资少，国内啤酒企业绝大多数采用这种方法，但存在误差较大的问题，由于啤酒瓶生产的离散性，其容积差别较大的问题，由于啤酒瓶生产的离散性，其容积差别较大，造成最终所灌装的啤酒量存在有较大误差。根据生产实践中所掌握的情况，最大可达±30ml！若为减少这种误差，采用专用于灌装生产线所设计的批量控制电磁流量计，可有效解决这个问题。这类流量计具有较高的精度和快速响应的性能，能快速、准确地控制每瓶啤酒的灌装量。通常，这类电磁流量计的口径较小，一般在DN2.5～DN40之间，体积小巧，具有0.3s的响应速度。目前，市场上已有商品提供，如Krohne的BatchFlux（见图3）、Heinrichs的MID－NFD型等。这种专用于批量控制的电磁流量计，其最小的批处理能力为10ml（对于10mm口径的仪表），实际使用的控制精度很高（可达±0.2％）。但目前国内啤酒企业目前常用的灌装设备极少采用这种电磁流量计，只有在进口的啤酒生产线上看到过随设备进口的这类仪表，其主要原因首先是啤酒的灌装量误差还不会马上影响到啤酒生产；第二就是目前所使用的设备成本低，已能满足生产的需求。但随着用PET替代玻璃瓶灌装啤酒技术的扩大应用，这类配备批量控制电磁流量计的设备必将取代目前的等液位灌装设备。

废水处理：啤酒生产过程中有一些洗瓶和刷罐所产生的废水，根据环保角度要求，必须进行有效处理后再排放。啤酒行业这种相对小型的废水处理系统已趋于成熟，中间处理过程以及排放所用的流量计可有多种选择，诸如电磁流量计和明渠流量计，不过从用户应用的信息反馈看，选用电磁流量计是比较合适的，尽管价格要比明渠流量计贵，但其运行时的可靠性要高一些。

上述各种用途的电磁流量计管道连接方式多样，如用于废水处理工艺的电磁流量计用法兰连接，而其它工艺所用流量计所用流量计绝大多数也是采用法兰连接，但也有采用如食品、医药行业所特有的快速连接方式，如图3所示。这类快速连接方式结构，通常是用于要经常拆卸的场所。而从国内实际使用的情况看，许多用户在合理设计好工艺的安装位置后，流量计一般是不会经常拆卸的，故没有必要在这方面投入更多，法兰连接方式占绝对的多数，而快速连接结构有时反而存在容易渗漏的缺点，如国产的扣环，几次使用后即有可能发生变形而无法锁紧。

                     图3

3  几点应用注意事项

3.1 操作工艺的影响和处理

食品行业因产品卫生要求，需定期用消毒介质对工艺管道（包括流量计）进行消毒，采用的介质有热水（85℃以上）、蒸汽、碱水（50℃以上）以及双氧水等。对此我们需要注意用上述具有较高温度介质的消毒过程，这对带有衬里的电磁流量计具有一定危险性，如果操作稍有不慎，容易损坏仪表。

从防腐、耐温和卫生角度考虑，电磁流量计衬里材料选用聚四氟乙烯（PTFE）为广大食品行业用户所接受，能够胜任众多苛刻的运行要求。但是，在实际的使用中，由于在较高温度介质和长时间（一般在0.5～1.0h）冲洗下，工艺管道内的空气发生膨胀，同时PTFE衬里也有所软化。假如此时安装有流量计工艺管道上两端阀门误关闭，管道温度随着时间而下降，管内空气或液体也随之收缩产生负压损坏衬里。电磁流量计衬里对负压承受能力与介质工艺参数有关，且与衬里材料的特性而异。表1是Krohne公司不同口径电磁流量计衬里耐压数据表。因管道内所产生的负压作用到PTFE衬里，衬里不能承受而使之向管中心收缩，轻者衬里变形，重者电极部位密封破坏甚至衬里开裂，从而造成传感器的损坏。在笔者的实践中已多次遇到相似的例子，与用户讨论时一般并不认为工艺操作中会有负压发生，但实际的故障现象证明是负压所起作用，图4是一家啤酒企业变形PTFE衬里的照片，凸起位置在两电极中间，因尚未开裂，仪表没有发生渗漏情况，用户未发现此故障现象，只是发现使用时计量偏大。因衬里向内凸起变形，除了引起局部的流态畸变外，实际流通面积变小，电极处流速增加，造成传感器的特性变化，导致最终的测量结果出现偏大的误差。

                        表    1

衬里	口径	最低运行压力/Pa
	DN/mm	≤40℃	≤60℃	≤100℃	≤140℃	≤180℃
PFA	DN25~DN150	0	0	0	0	0
PTFE	DN10~DN20 DN200~DN300 DN350~DN600	0 5·104 8·104	0 7·104 1·105	0 1·105 1·105	0 1·105 1·105	0 1·105 1·105
Soft rubble	DN200~DN300 DN350~DN1200	5·104 6·104

 

                 图  4

对于这种工艺中偶然有负压发生的情况，可选用陶瓷衬里（导管）电磁流量计，以避免负压所导致的衬里变形故障的发生，但剧烈的温度变化对陶瓷衬里（导管）是不合适的，容易发生陶瓷材料的开裂（特别是电极部位）。通常流量计生产厂家对陶瓷衬里（导管）电磁流量计在实际使用中容许介质温度的突变也是有规定的，如Krhone的IFM5080系列陶瓷衬里电磁流量计，其口径为25~100mm的传感器所容许的温度变化速度是上升段为每10min变化150℃，下降段为每10min变化100℃。然而在实际操作过程中，要按这个温度变化率来控制工艺是不现实的，所以也排除陶瓷衬里（导管）电磁流量计在这类需要高温消毒领域的应用可能性。

对于这种有负压运行场合，一般情况下是在容易产生负压的地方安装负压防止阀，用来避免发生负压，但因受到卫生要求的限制而无法采用。改进消毒工艺以及注意操作步骤的规范执行也能避免这些失误，但电磁流量计良好的结构设计和衬里材料的选取可彻底避免这种情况的发生。例如，选用带不锈钢丝衬网的氟塑料衬里（见图5）电磁流量计是一个很适用的方法。其结构是一成型的不锈钢丝衬网用焊接的方法固定在测量管的内壁上，再用浇注方法加工衬里，成型的衬里与钢丝衬里形成一体，继而和测量管内壁紧密相粘联，这样就能承受负压而保证衬里不被损坏。带丝网PFA衬里的电磁流量计已在先前普通PTFE衬里电磁流量计发生过故障的场所使用，如安徽华润啤酒公司，目前运行状态正常。

       图5  带丝网PFA衬里

3.2  介质中气泡的影响和处理

除极少产所应工艺需要安装视境外，实际使用的工艺管道都是不透明的，因而无法观察到管道内流动情况。但在许多的场所，因工艺或介质本身的原因，所测液体常含一些气泡。电磁流量计属于速度型的测量方式，气泡在管道圆截面中所占据的面积百分率，几乎就等同于气泡对流量测量的影响量。此外会产生尖峰脉冲干扰电势，其值远大于正常的流量信号。通常电磁流量转换器无法有效地处理如此的干扰，轻者导致测量值不稳定，情况严重时仪表根本无法工作。在一些缺乏经验的用户仅从测量的要求出发，对电磁流量计的安装位置没有考虑防止气泡等工艺上的特点，容易发生一些运行方面的问题。例如有一啤酒厂，用电磁流量计对麦汁进行计量，电磁流量计安装在麦汁的冷却器后，投用后反映出麦汁测量值偏大，而最终获得的啤酒产量又偏小，导致生产工艺前后工段交接的计量纠纷。经过现场的查勘，发现安装测量麦汁的流量计位置前有一个气体注入口，其目的是增加发酵所需的含氧量，此时通过流量计的流体是麦汁和气体的混合物，很明显其测量的结果是要偏大的，显示的瞬时流量值极不稳定，上下波动极快，无法看清流量计显示屏上的瞬时流量值，因该用户仅对最终的累计总量感兴趣，没有注意到瞬时流量的异常波动。在将气体注入口移到电磁流量计下游后，计量趋于正常，消除了交接纠纷，啤酒产量和麦汁消耗量之比符合了工艺指标。

3.3  防止凝露导致的绝缘下降

     啤酒生产工艺过程中大部分时间介质处于较低温度，如啤酒在灌装时其温度常低于室温，在2℃左右，此时工艺管道与空气接触的部位很容易产生冷凝水。另外，由于特定的生产要求，许多生产车间一直处于极其潮湿的环境。在这种比较严酷的条件下，如果流量计外壳的密封不良，注入接线盒，以及一些非焊接气密级密封结构的外壳，天长日久冷凝水容易积聚在电磁流量计传感器的接线盒中、或透过密封不良的结合面渗入流量计壳体中。由于电磁流量传感器的流量信号极其微弱（通常是几个mV），凝露水电阻的存在，直接的后果是导致电磁流量转换器输入回路阻抗下降，衰减了欲输往放大器的流量信号；或者是破坏励磁回路和信号回路的绝缘，将高到几十V的励磁电压引入到低电势的信号回路中，造成流量计的严重故障。此时正确的方法应该是选用分体式、具有IP67或IP68防护等级的电磁流量计，由于这种防护等级的传感器是完全密封，无论环境如何恶劣，电磁流量计将不会再有产生冷凝水忧虑。若在现场已经安装普通防护型仪表，为避免可能产生的后遗症，则可在接线盒中灌注绝缘材料，如变压器油、中性的硅胶以及一些现场可固化的聚氨酯橡胶，也不失为一种比较有效的补救措施。