哈爾濱市磨盤山水庫引水工程，設(shè)計(jì)規(guī)模為900km3/d。輸水管線長(zhǎng)176km，管道直徑為DN2200，輸水的實(shí)時(shí)流量和累積流量數(shù)據(jù)，采用超大口徑電磁流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。
1 電磁流量計(jì)原理及優(yōu)點(diǎn)1.1 電磁流量計(jì)原理傳感器由測(cè)量管、激磁線圈和測(cè)量電極等元件組成。測(cè)量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律。激磁繞組供電產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)電的輸水介質(zhì)通過測(cè)量管磁場(chǎng)時(shí)，切割磁力線運(yùn)動(dòng)，在垂直于磁場(chǎng)及流速的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)U，
其表達(dá)式如下：
（1）
（1）式中：K為儀表結(jié)構(gòu)常數(shù)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；V為平均流速；D為測(cè)量管內(nèi)徑。電磁流量計(jì)傳感器中，感應(yīng)電勢(shì)原始電壓信號(hào)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(guān)。
感應(yīng)電勢(shì)(毫伏電信號(hào))經(jīng)專用電纜傳送至智能轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行數(shù)字化處理，計(jì)算實(shí)時(shí)流量、累積流量。并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出[1]。1.2 電磁流量計(jì)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)輸水計(jì)量采用電磁流量計(jì)測(cè)量具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。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(yīng)電信號(hào)與管截面的平均值相關(guān)，僅需較短的前后直管段，這對(duì)減小流量計(jì)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(jì)傳感器只有襯里和電極與水接觸，并防腐、耐磨，儀表壽命長(zhǎng)[2]；④超大口徑電磁流量計(jì)通過接口與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接，可對(duì)輸水流量信息進(jìn)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(yīng)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(shè)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(jì)井外側(cè)安裝接地極，采用扁鋼引入流量計(jì)接地點(diǎn)。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(huì)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為專用接地線，由制造廠提供；PE為功能接地線，施工現(xiàn)場(chǎng)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(hào)輸出端。 2.3 電纜的敷設(shè)與屏蔽措施 超大口徑電磁流量計(jì)勵(lì)磁繞組功率較大，在流量計(jì)井的傳感器IFS4000F與智能轉(zhuǎn)換器IFC110F之間，必須加設(shè)放大器NB900F，才可滿足勵(lì)磁要求。
電磁流量計(jì)接線及屏蔽連接要注意以下幾點(diǎn)。
①電磁流量計(jì)傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的連接電纜采用廠商供應(yīng)的專用電纜。不可引入外界干擾。專用電纜的敷設(shè)采用鋼管保護(hù)。
②勵(lì)磁電源、信號(hào)電纜，為防止被機(jī)械壓傷、門齒類動(dòng)物(老鼠)咬傷，要求電纜分別穿管敷設(shè)。
③接線盒中的電纜不允許交叉或盤繞。 ④保護(hù)接地線PE必須接到接線盒中單獨(dú)的U型夾頭接線端子。
⑤施工中切勿松開信號(hào)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(hù)連接導(dǎo)體。
3 關(guān)鍵工藝控制點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中，為了不影響計(jì)量系統(tǒng)的檢測(cè)精度，必須嚴(yán)格滿足下述工藝要求。
①電極軸線保持水平。電磁流量計(jì)傳感器安裝時(shí)，2個(gè)電極的軸線必須在水平方向上。
②被測(cè)介質(zhì)充滿測(cè)量管。測(cè)量管內(nèi)保證充滿水，不能有非滿管或有氣泡聚集在測(cè)量管中的現(xiàn)象。
③滿足流動(dòng)方向與直管段要求。傳感器上箭頭所指的方向?yàn)榻橘|(zhì)流動(dòng)的正方向；超大口徑電磁流量計(jì)(傳感器與轉(zhuǎn)換器分體安裝)設(shè)計(jì)均安裝在管道的流量計(jì)井內(nèi)。為了保證計(jì)量準(zhǔn)確，必須保證流量計(jì)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(jì)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(jì)的下游側(cè)安裝接地環(huán)及伸縮節(jié)，并將伸縮節(jié)預(yù)調(diào)節(jié)為*短狀態(tài)。
4.2 流量計(jì)井內(nèi)斷口 流量計(jì)井內(nèi)斷口步驟如下。
①確認(rèn)安裝傳感器斷口部位，*測(cè)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(jìn)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(jī)械方法處理坡口，達(dá)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(chǎng)采用25t汽車起重機(jī)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(diǎn)焊固定。拆除上下游法蘭預(yù)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(jì)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(cè)與防腐處理 ①檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與合格等級(jí) 所有法蘭接口角焊縫需進(jìn)行無損檢測(cè)，采用電磁探傷方式，檢查比例為****。質(zhì)量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JB4730-2005的二級(jí)要求[5]。若檢查出管道法蘭的焊縫有超標(biāo)缺陷，應(yīng)及時(shí)處理，*終使復(fù)檢合格。任何焊縫只能修補(bǔ)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(jí)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(jìn)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(duì)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(yàn) 傳感器與伸縮節(jié)整體安裝結(jié)束后，應(yīng)隨輸水管道一同進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為1.5倍工作壓力。水壓試驗(yàn)合格后，可以投入運(yùn)行[6]。
5 系統(tǒng)調(diào)試與投運(yùn) 根據(jù)儀表參數(shù)、工藝參數(shù)、運(yùn)行控制方式，對(duì)智能變送器進(jìn)行主菜單、子程序的功能和數(shù)據(jù)組態(tài)設(shè)定；當(dāng)管道充滿過程流體(水)后，針對(duì)傳感器電纜、電極進(jìn)行阻抗及絕緣性能測(cè)試；利用GS8A模擬器對(duì)智能變送器模擬測(cè)試。
6 系統(tǒng)檢查與投入運(yùn)行 6.1 檢查傳感器 ①準(zhǔn)備工作 測(cè)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(cè)量?jī)x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(hào)和勵(lì)磁)插頭，注意不要移開信號(hào)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(dǎo)線)。
②檢查內(nèi)容 測(cè)量7和8兩線間(勵(lì)磁繞組)電阻，正常應(yīng)為20~170Ω。測(cè)量1對(duì)7回路間(勵(lì)磁與信號(hào)回路)絕緣電阻，正常值應(yīng)﹥20MΩ。電極回路的測(cè)量，用交流電壓/電阻電橋分別測(cè)1-2和1-3回路間電阻，兩個(gè)值正常為1kΩ~1MΩ，并應(yīng)大致相等，檢測(cè)的阻抗主要決定于輸水的電導(dǎo)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(cè)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(jí)，內(nèi)阻Ri=15~500Ω，量程范圍0~20mA，脈沖范圍0~10kHz；時(shí)間基準(zhǔn)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(shè)定，計(jì)算、校核零點(diǎn)、mA輸出范圍、脈沖輸出值。 GS8A模擬器發(fā)出零點(diǎn)模擬信號(hào)，校驗(yàn)變送器零點(diǎn)值；GS8A模擬器電流輸出設(shè)定點(diǎn)的mA值應(yīng)在允差范圍內(nèi)；GS8A模擬器脈沖輸出設(shè)定點(diǎn)的每小時(shí)脈沖值應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 6.3 系統(tǒng)投運(yùn) 校核結(jié)束，停電后拆卸校驗(yàn)接線，恢復(fù)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(yùn)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(jì)在安裝過程中，必須嚴(yán)格控制傳感器的防干擾措施；嚴(yán)格控制影響測(cè)量精度的幾個(gè)關(guān)鍵工藝點(diǎn)；控制現(xiàn)場(chǎng)安裝流程中組裝、吊裝、焊接、無損檢測(cè)、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(shè)定菜單程序的功能和數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)預(yù)期指標(biāo)。哈爾濱引水工程實(shí)踐表明，采用上述工程方法，儀表系統(tǒng)運(yùn)行一年來，計(jì)量的準(zhǔn)確性、運(yùn)行的可靠性均滿足設(shè)計(jì)要求。
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