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大口徑電磁流量計在城市工程中的安裝
本文引言：
哈爾濱市磨盤山水庫引水工程，設計規(guī)模為900km3/d。輸水管線長176km，管道直徑為DN2200，輸水的實時流量和累積流量數(shù)據(jù)，采用超大口徑電磁流量計進行計量。
1 電磁流量計原理及優(yōu)點
1.1 電磁流量計原理
傳感器由測量管、激磁線圈和測量電極等元件組成。測量原理基于法拉第電磁感應定律。激磁繞組供電產(chǎn)生磁場，導電的輸水介質(zhì)通過測量管磁場時，切割磁力線運動，在垂直于磁場及流速的方向上產(chǎn)生感應電勢U，其表達式如下：
（1）
式中：K為儀表結構常數(shù)；B為磁感應強度；V為平均流速；D為測量管內(nèi)徑。
電磁流量計傳感器中，感應電勢原始電壓信號是平均流速的線性函數(shù)，它與流速分布及介質(zhì)的其他特性無關。
感應電勢(毫伏電信號)經(jīng)電纜傳送至智能轉換器，進行數(shù)字化處理，計算實時流量、累積流量。并轉換為標準信號輸出[1]。
1.2 電磁流量計測量的優(yōu)點
輸水計量采用電磁流量計測量具有以下幾個優(yōu)點。
①輸水管線管內(nèi)無縮徑或突出部件，壓力損失幾乎為零；
②感應電信號與管截面的平均值相關，僅需較短的前后直管段，這對減小流量計井的尺寸、降低工程成本尤為重要；
③輸水介質(zhì)含有一定泥沙的量，而電磁流量計傳感器只有襯里和電極與水接觸，并防腐、耐磨，儀表壽命長[2]；
④超大口徑電磁流量計通過接口與實時計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，可對輸水流量信息進行數(shù)據(jù)通信。
2 傳感器安裝的防干擾控制
2.1 傳感器安裝接地措施
傳感器安裝接地直接影響系統(tǒng)抗干擾性能，所用接地線必須防止感應到任何其他干擾電壓。因此，不能把接地線與其他帶電電氣設備的接地連線在一起；接地施工采用就地打接地極方式接地。在流量計井外側安裝接地極，采用扁鋼引入流量計接地點。接地電阻值不大于10，傳感器接地如圖1所示。
圖1 傳感器接地
2.2 接地環(huán)安裝措施
輸水管道采用內(nèi)有絕緣涂層的金屬管道，必須安裝接地環(huán)，提高抗干擾性能，否則會造成儀表工作不穩(wěn)定。接地環(huán)安裝方式如圖2所示。
圖2 接地環(huán)安裝
圖2中：V1、V2為接地線，由制造廠提供；PE為功能接地線，施工現(xiàn)場采用扁鋼制作。D1、D2為密封墊片；E為接地環(huán)；F1為管道法蘭；F為傳感器法蘭；Y為傳感器信號輸出端。
2.3 電纜的敷設與屏蔽措施
超大口徑電磁流量計勵磁繞組功率較大，在流量計井的傳感器IFS4000F與智能轉換器IFC110F之間，必須加設放大器NB900F，才可滿足勵磁要求。
電磁流量計接線及屏蔽連接要注意以下幾點。
①電磁流量計傳感器與轉換器之間的連接電纜采用廠商供應的電纜。不可引入外界干擾。電纜的敷設采用鋼管保護。
②勵磁電源、信號電纜，為防止被機械壓傷、門齒類動物(老鼠)咬傷，要求電纜分別穿管敷設。
③接線盒中的電纜不允許交叉或盤繞。
④保護接地線PE必須接到接線盒中單獨的U型夾頭接線端子。
⑤施工中切勿松開信號轉換器內(nèi)黃綠線U型夾頭接線端子和端子10之間的保護連接導體。
3 關鍵工藝控制點
現(xiàn)場安裝過程中，為了不影響計量系統(tǒng)的檢測精度，必須嚴格滿足下述工藝要求。
①電極軸線保持水平。電磁流量計傳感器安裝時，2個電極的軸線必須在水平方向上。
②被測介質(zhì)充滿測量管。測量管內(nèi)保證充滿水，不能有非滿管或有氣泡聚集在測量管中的現(xiàn)象。
③滿足流動方向與直管段要求。傳感器上箭頭所指的方向為介質(zhì)流動的正方向；超大口徑電磁流量計(傳感器與轉換器分體安裝)設計均安裝在管道的流量計井內(nèi)。為了保證計量準確，必須保證流量計*D/后2D直管段要求(D為公稱直徑)。
4 超大口徑電磁流量計的安裝
4.1 傳感器與伸縮節(jié)的組裝
按傳感器上的箭頭在流量計的下游側安裝接地環(huán)及伸縮節(jié)，并將伸縮節(jié)預調(diào)節(jié)為短狀態(tài)。
4.2 流量計井內(nèi)斷口
流量計井內(nèi)斷口步驟如下。
①確認安裝傳感器斷口部位，測量斷管尺寸(按伸縮節(jié)伸展后尺寸)。
②管道斷口區(qū)開天窗，進入管內(nèi)做米字型鋼支撐，確保管道圓度，防止斷口后管端變形而影響法蘭安裝。
③斷口后，在兩側管端用機械方法處理坡口，達到焊接法蘭要求[4]。
4.3 吊裝
組裝后的傳感器加伸縮節(jié)，總重約6t，現(xiàn)場采用25t汽車起重機吊裝就位。吊裝就位后，調(diào)節(jié)釋放伸縮節(jié)，在上游法蘭與傳感器之間加裝接地環(huán)、密封墊，穿入螺栓找正并緊固；同樣在下游法蘭與伸縮節(jié)之間加裝密封墊、穿入螺栓并緊固。
4.4 法蘭焊接
調(diào)整管道上下游法蘭、接地環(huán)和密封墊的位置，緊固螺栓，并點焊固定。拆除上下游法蘭預緊固螺栓，調(diào)節(jié)收縮伸縮節(jié)，使上下游法蘭脫離流量計及伸縮節(jié)，法蘭內(nèi)側留出施焊空間。法蘭內(nèi)外采用角焊縫方式焊接上下游2片法蘭。
4.5 焊口無損檢測與防腐處理
①檢測標準與合格等級
所有法蘭接口角焊縫需進行無損檢測，采用電磁探傷方式，檢查比例為100%。質(zhì)量應符合標準JB4730-2005的二級要求[5]。若檢查出管道法蘭的焊縫有超標缺陷，應及時處理，終使復檢合格。任何焊縫只能修補一次。
②內(nèi)側防腐法蘭焊縫外
法蘭的鋼制管件內(nèi)外防腐與鋼管本體處理方式相同，法蘭焊縫外防腐涂刷改性氯磺化聚乙烯防腐涂料；法蘭內(nèi)防腐涂料為飲用水級無毒環(huán)氧涂料。內(nèi)多側均采用二底二面涂層。
4.6 傳感器伸縮節(jié)整體緊固定位
上下游法蘭焊縫經(jīng)探傷合格后，進入傳感器伸縮節(jié)整體緊固定位工序。
①調(diào)節(jié)釋放伸縮節(jié)，在上游法蘭與傳感器之間，加裝接地環(huán)、密封墊，穿入螺栓并緊固。
②在下游法蘭與伸縮節(jié)之間加裝密封墊，穿入螺栓并緊固。
③按對稱方式，緊固全部法蘭螺栓并安裝定位傳感器與伸縮節(jié)。
4.7 系統(tǒng)水壓試驗
傳感器與伸縮節(jié)整體安裝結束后，應隨輸水管道一同進行水壓試驗。試驗壓力為1.5倍工作壓力。水壓試驗合格后，可以投入運行[6]。
5 系統(tǒng)調(diào)試與投運
根據(jù)儀表參數(shù)、工藝參數(shù)、運行控制方式，對智能變送器進行主菜單、子程序的功能和數(shù)據(jù)組態(tài)設定；當管道充滿過程流體(水)后，針對傳感器電纜、電極進行阻抗及絕緣性能測試；利用GS8A模擬器對智能變送器模擬測試。
6 系統(tǒng)檢查與投入運行
6.1 檢查傳感器
①準備工作
測量管道充滿過程流體(水)并靜止。在打開殼體(箱)之前必須先停電。檢查所需的測量儀表和工具包括歐姆表或交流電壓/電阻電橋。檢查前必須拔出(信號和勵磁)插頭，注意不要移開信號轉換器端子箱內(nèi)部的連接(在U形夾和端子10間的黃綠導線)。
②檢查內(nèi)容
測量7和8兩線間(勵磁繞組)電阻，正常應為20~170Ω。測量1對7回路間(勵磁與信號回路)絕緣電阻，正常值應﹥20MΩ。電極回路的測量，用交流電壓/電阻電橋分別測1-2和1-3回路間電阻，兩個值正常為1kΩ~1MΩ，并應大致相等，檢測的阻抗主要決定于輸水的電導率[7]。
③電極回路檢查結果分析
如果極大差異，表明電極接線斷裂或電極污染；小于此范圍，則排出管內(nèi)流體再測量；如果仍然太低，電極線路短路。
6.2 用GS8A模擬器檢查智能轉換器
①檢查接線
從端子箱中斷開所有與傳感器的接線1、2、3、7、8，并記錄每顆電纜端子的接線位置。將毫安表連接到端子I+/I-，精度0.1級，內(nèi)阻Ri=15~500Ω，量程范圍0~20mA，脈沖范圍0~10kHz；時間基準至少為1s。
②檢查步驟及方法
根據(jù)Ftc1.011.051.063.02程序數(shù)據(jù)設定，計算、校核零點、mA輸出范圍、脈沖輸出值。
GS8A模擬器發(fā)出零點模擬信號，校驗變送器零點值；GS8A模擬器電流輸出設定點的mA值應在允差范圍內(nèi)；GS8A模擬器脈沖輸出設定點的每小時脈沖值應在允許范圍內(nèi)。
6.3 系統(tǒng)投運
校核結束，停電后拆卸校驗接線，恢復傳感器電纜接線。系統(tǒng)檢查、校核無誤后，再次送電，系統(tǒng)即可正式投入運行。
7 結束語
城市引水工程輸水管線超大口徑電磁流量計在安裝過程中，必須嚴格控制傳感器的防干擾措施；嚴格控制影響測量精度的幾個關鍵工藝點；控制現(xiàn)場安裝流程中組裝、吊裝、焊接、無損檢測、防腐等環(huán)節(jié)的質(zhì)量；根據(jù)儀表參數(shù)、工藝參數(shù)、控制參數(shù)，正確地設定菜單程序的功能和數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)預期指標。哈爾濱引水工程實踐表明，采用上述工程方法，儀表系統(tǒng)運行一年來，計量的準確性、運行的可靠性均滿足設計要求。