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:
U=K×B×V×D (1)
式中:K為儀表結(jié)構(gòu)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)專用電纜傳送至智能轉(zhuǎn)換器,進行數(shù)字化處理,計算實時流量、累積流量。并轉(zhuǎn)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(cè)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10Ω,傳感器接地如圖1所示。
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,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中:V1、V2為專用接地線,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(zhuǎn)換器IFC110F之間,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(zhuǎn)換器之間的連接電纜采用廠商供應的專用電纜。不可引入外界干擾。專用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(zhuǎn)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,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(zhuǎn)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,須***保證流量計前10D/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(cè)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,準確測量斷管尺寸(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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(jié)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。檢查前須***拔出(信號和勵磁)插頭,注意不要移開信號轉(zhuǎn)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20～170Ψ。測量1對7回路間(勵磁與信號回路)絕緣電阻,正常值應﹥20MΨ。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1kΨ～1MΨ,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(jié)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(zhuǎn)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=15～500Ψ,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(jié)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(jié)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,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。
