第八節 故障分述和案例

本章前文作故障類型分析和故障檢查時，對故障源頭作了一些描述，本節則進一步討論故障源頭，并例舉13個具體案例。這些案例除注明外均為筆者及其同事們的實踐經驗。一種故障源頭會表現出多種故障現象，匯總如表7.2所示。

故 障 源		故 障 現 象
類別	名稱	1、無信號輸出	2、輸出晃動	3、零點不穩	4、流量測量值與實際值不符	5、輸出超滿度
一、管道系統和相關設備類	1、安裝不善		√		√	√
	2、未滿管
	①少量氣體，呈分散流		√		√
	②氣體增加，呈分層流或波狀流		√		√
	③呈氣泡流或塞狀流				√
	④液位在電極以下					√
	3、管系駐留氣體		√		√
	4、管系吸入氣泡		√		√
	5、往復泵或控制閥振蕩產生脈動		√		√
	6、使用過程中流動狀態變化				√
二、流體類	1、液體中含有氣體		√		√
	2、液體中含有固體
	①漿液噪聲		√
	②電極被污染		√
	③導電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里	√
	④襯里被磨損或被沉積改變流通面積				√
	3、電導率不均勻或接近閥值		√	√
	4、與液體接觸件材料失配	√	√
	5、流動噪聲		√
三、環境類	1、強磁場		√
	2、強電磁波		√
	3、管道雜散電流		√
	4、地電位變化			√	√
	5、潮氣浸入	√		√	√

一、管道系統和相關設備類
源自管道系統和相關設備引起電磁流量計故障源主要有：1、安裝不善；2、未滿管；3、管系儲留氣體；4、不斷吸入氣體；5、往復泵或控制閥振蕩產生的脈動流；6、使用過程中流動狀態變化。

1、安裝不善 安裝不善的例子有：（1）流量傳感器與連接管道間內徑匹配失當，相差過大，（1S091（4：1991規定：在沒有制造廠推薦的情況下，連接管內徑不得小于流量傳感器內徑，不得大寸：內徑的3％）；（2）流量傳感器與管道間墊圈突人流通通道；（3）鄰近流量傳感器前撓流件產生嚴重流速分布畸變或旋轉流，直管段不足。這些原因主要引起流量測量值與實際值不符，有時也會出現輸出晃動。 
案例1 本實例雖非上文例舉的安裝不善直接引起的，但其因故卻與流量傳感器進入端墊圈進入流通通道相同。
上海某水廠兩根輸水管各用二臺串聯DNl400儀表計量出廠成品水，分別由發送方（水廠）和接收方掌握。*先臺傳感器上游離全開蝶閥距離約5米與下游第2臺傳感器相距約2.5米，上游直管段長度略嫌不足。1997年啟用，發現其中一根管線兩臺儀表計量值相差15％，半年后差值略有減小，為10％。除未檢查傳感器測量管內部狀況外，作了全面檢查和分析，未找出故障原因，成為懸案。直到1998年下半年卸下傳感器發現進口管道水泥襯里大塊脫落，堆積在傳感器進口處高度達300－350mm（目測）。這些堆積物導致進入傳感器水流流速分布嚴重畸變，即管道下部約有0.25D高度的弓形截面障礙物擋住了水流。清除障礙即恢復正常。對于差值半年后從15％減小到10％，可以解釋為開始時堆積高度比300－350mm高，在流動沖刷下高度降低，差值也隨著減小。大口徑流量傳感器卸下管線或進入管道檢查內部，必須停止流動，涉及面廣，通常只能在排除其他故障的可能性后，放到后進行。

2、未滿管 由于背壓不足或流量傳感器安裝位置不良，致使其測量管內液體未能充滿，故障現象因不充滿程度和流動狀況有不同表現。若少量氣體在水平管道中呈分層流或波狀流，故障現象表現為誤差增加，即流量測量值與實際值不符；若流動是氣泡流或塞狀流，故障現象除測量值與實際值不符外，還會因氣相瞬間遮蓋電極表面而出現輸出晃動。若水平管道分層流中流通面積氣相部分增大，即液體未滿管程度增大，亦會出現輸出晃動。若液體未滿管到液體表面在電極以下，則會出現輸出超滿度現象。 
案例2 某造船廠有一臺DN80mm電磁流量計測量水流量，運行人員反映關閉閥流量為零時，輸出反而達到滿度值。現場檢查發現傳感器下游僅有一段短管，水直接排人大氣，截止閥卻裝在傳感器上游（如圖3虛線1位置），閥關后傳感器測量管內水全部排空。將閥改裝到位置2，故障便迎刃而解。這類故障原因在售后服務事例中足經常碰到的，當屬工程設計之誤。

3、管系潴留氣體 管系潴留氣體的一種原因是啟用前未能排凈管內空氣，剩留氣體積聚在管系高點，流動時被液體夾帶，呈氣泡狀流出；另一原因足液體中夾帶小氣泡逐漸聚集，潴留在管系高點。故障表現為流量測量值和實際值不符以及輸出晃動。
案例3 南京某石化廠以DNl000mm管道引長江水，管道長10km順地勢起伏途經小丘，在小丘頂裝DN700mm儀表。管系投入運行，電磁流量計不能正常工作，經現場檢查發現電磁流量傳感器及其附近有水流聲的不正常現象。初步分析認為管系啟用后未能將管道內空氣排凈，而工程設計未在高點裝排氣閥而無法放氣。測量電極信號高達4mV（大部分為干擾電勢），因不能停水無法進一步檢查和排除故障。數月后制造廠維修人員再次隨訪，此時不再有水流聲，因經過一段時間流動，剩留空氣隨水流帶走，重新調試即能使之正常運行。
案例4 廣西某水廠在郊區山頭設置清水池，利用水池高度勢能發送成品水。運行人員反映計量出水量的DN700mm電磁流量計有時候流量顯示不穩。晃動達百分之十幾到百分之二十，誤差也大，估計相差約20％。現場考查發現水池如圖7-9所示安裝流量傳感器，水位高度不足就會卷入氣泡，甚至流量傳感器測量管內不能充滿。如水位降至A線時，雖高出吸入口**，但高出不多，還會在C處產生旋渦，將水位表面空氣卷入形成氣泡，使顯示晃動；若水位降到B，測量管將不滿管。我們建議如圖虛線所示裝一彎頭，擴大水池有效容量，減少吸入氣泡的機會，彌補原設計的不足。這類實例是經常遇到的。
 
　圖9 易卷入氣泡安裝例

5、往復泵或控制閥振蕩產生脈動流 往復泵泵送液流而測量點又未遠離泵，脈動流會使電磁流量計輸出晃動，有時候還會產生測量誤差。為減緩脈動對儀表的影響，通常可采取提高電磁流量計激磁頻率或增加電阻尼；在管系方面可增裝氣室等阻尼裝置。管系流量控制失配使控制閥啟閉振蕩也會形成脈動流。
6、使用過程中流動狀態變化 通常儀表調試正常運行一段時期后，也會因流動狀態變化而出現故障。雖然這種故障原因出現概率不高，但在分析故障原因時不應忘記這一因素。 
案例5 這是一個懸掛在液流中的剝離襯里片擺動，隨著液流形成脈動流的罕見實例。江西某銅礦豳廠裝有若干臺電磁流量計測量含粉狀固相的漿液，幾年來一直使用正常。到1998年7月用戶反映其中一臺DN600mm儀表出現輸出晃動高達滿度值的50％-100％。現場檢查儀表本身均正常，并且巡視和詢問得悉流動動力源末改動，不會新產生流動波動，也排除了使用環境變壞新引入干擾的可能性。總體印象是儀表正常，安裝和環境條件符合要求。當時因不能停流卸下和檢查流量傳感器隱蔽部分及其鄰近管道狀況，一時未找出故障原因。直到月余后該廠停車槍修，發現流量傳感器附近卜游襯有橡膠襯里的U型管內，大片橡膠襯里脫落，懸掛于管內，隨液體流動而擺動，造成流動波動，儀表如實反映，形成輸出晃動。新換上U型管后，大幅輸出晃動就不再出現了。
案例6 龜在管內洄游，輸出信號出現大尖峰，本案例取自一則國內報導，足在美國發生的［5］
大口徑電磁流量計監測火電廠冷凝器冷卻海水流量，從記錄紙上看到儀表偶爾出現大尖峰信號。數度現場檢查，因干擾噪聲瞬現即逝，檢查時捕捉不到，也未發現周圍會有產生電氣噪聲等異常情況。用戶曾有人提出也許有魚在流量傳感器內流動的想法，當時認為排放門有細網目網柵檔住和流量傳感器上游不可能有魚進入而被否定了。但事后做廠一個實驗，將電磁流量計安裝于小型水槽，放入金魚觀察，金魚鉆入電磁流量傳感器，儀表果然出現尖峰噪聲。以后，當初提問者告，在排放通道中確實見到了魚影，是由魚苗經網柵鉆入排放管道后長大為成魚。 

二、流體類
源自流體方面引起電磁流量計故障主要有：1、液體中含有氣體，2、液體中含有固體，3、電導率不均勻液體接觸件材料匹配失當，5、流動噪聲。

1、液體中含有氣體 液體中含有溶解氣體不會影響流量測量，游離氣體（即氣泡）則會影響測量并可能引起故障。液體中游離氣體有3方面來源：①管道內空氣未排凈，②從管系外吸入，③溶解氣體轉化。前二者上一小節已有所述，后者因管內液體溫度壓力變化等所致。 
在流程工業中管道液體壓力／溫度常會變動，當液體壓力降低或溫度升高，溶解氣體為轉化成游離氣泡．例如低于室溫液體，靜止在管道中滯留一段時期（如停車），所溶解空氣有可能轉化成氣泡；高于室溫液體靜止在兩端密閉的管道中逐漸冷卻收縮，形成局部真空，溶解空氣或氣化蒸氣形成氣泡。這樣形成的氣泡在流程重新開車初始階段往往會出現輸出晃動現象，運行一段時間即趨正常。控制閥開度很小時，易氣化液體有時會氣化，也會形成氣泡。

2、液體中含有固相 液體中含有粉狀、顆粒、或纖維等固體，可能產生故障有：①漿液噪聲，②電極表面染污，③導電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里，④襯里被磨損或被沉積，改變流通面積。
案例7 導電沉積層短路效應 電磁流量傳感器測量管絕緣襯里表面若沉積導電物質，流量信號將被短路而儀表失效。由于導電物質是逐漸沉積，本類故障通常不會出現在調試期，而要運行一段時期后才顯示露出來。
某柴油機廠工具車間電解叨削工藝試驗裝置上，用DN80mm儀表測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取佳切削效率。起初該儀表運行正常，間斷使用兩個月后，感到流量顯示值越來越小，直到流量信號接近為零。現場檢查，發現絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹，擦拭清潔后儀表就運行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。 
本實例屬運行期故障，雖非多見故障然而若黑色金屬管道銹蝕嚴重，沉積銹層，也會有此短路效應。凡是開始運行正常，隨著時間推移，流量顯示越來越小，就應分析有類故障的可能性。
案例8 淤泥沉積層上海某水廠從30余公里外的黃浦江上游以矩形管引水，再以兩DNl600mm圓管泵送原水進廠，用兩臺DNl600mm電磁流量計計量水量。1991年啟用，使用正常，但到1993年感到計量減少，經檢查排除了電磁流量計開放部分的故障原因；檢查流量傳感器兩電極對地電阻值不對稱，分析流量傳感器出現故障的可能性較大，因不能斷流而無法檢查隱蔽部分。1997午4月才有機會進入管道檢查流量傳感器測量管內部狀況， 內壁沉積淤泥厚處超過10mm，電極表面亦被淤泥沉積層所覆蓋，與周圍淤泥層平齊。經鏟刷洗后，儀表運行即恢復正常。確認故障原因系內部管壁沉積淤泥所致。
本實例向人們揭示，原水計量的流量儀表通道內壁總會沉積淤泥，是否影響測量只是時間長短而已，本例水質條件運行3年已感到流量測量值減少。為此測量江河原水電磁流量計必須要定期清洗。其他流量儀表如超聲流量計和文丘利管流量計至少同樣有沉積減小流通面積，影響測量精度的問題，DNl600mm管沉積10mm流量值要變化1.2％－2.5％。同時在工程設計時要考慮長期運行沉積淤泥影響的對策，例如：提高測量位置流速以延長清洗周期；預置進入管內清洗的檢查孔等。
本實例屬運行期常見故障

3、電子不均勻 配比流程中常有在液內注入"加藥"液，而注入液常用往復泵加入。若注入液與主液電導率不同，而混合液尚未混合均勻，電磁流量傳感器若裝其下游，因電導率急劇變化會使儀表輸出晃動，雖然液體電導率大于閾值而緩慢變化足不會影響電磁流量計正常測量。這一現象在給水處理工程原水加凝聚劑工藝中是經常發生的。 

4、與液體接觸件材料匹配失當與液體接觸件材料產生匹配失當故障的有電極與接地環。匹配失當除耐腐蝕問題外，主要是電極表面效應。表面效應有：①化學反應（表面形成鈍化膜等），②電化學和極化現象（產生電勢），③觸媒作用（電極表面生成氣霧等），前文第三節已有所述（見第10頁）。接地環也有這些效應，但影響程度要小些。
案例9 上海某化工（冶煉廠用20余臺哈氏合金B電極電磁流量計測量濃度較高鹽酸溶液，出現輸出信號不穩的晃動現象。現場檢查確認儀表正常，也排除了會產生輸出晃動的其他干擾原因。但是在多處其他用戶用哈氏合金BI乜極化表測量鹽酸時運行良好。在分析故障原因是否叮能由鹽酸濃度差別上引起的，因當時尚無鹽酸濃度對電極表面效應影響方面的經驗，尚不能作出判斷。為此儀表制造廠和使用單位-起利用化工廠現場條件，做改變鹽酸濃度的實流試驗。鹽酸濃度逐漸增加，低濃度時儀表輸出穩定，當濃度增加到15％-20％時，儀表輸出開始晃動起來，濃度到25％時，輸出晃動量高達20％。改用鉭電極電磁流量計后就運行正常。