哈爾濱市磨盤山水庫引水工程,設計規模為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據,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。激磁繞組供電產生磁場,導電的輸水介質通過測量管磁場時,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為儀表結構常數;B為磁感應強度;V為平均流速;D為測量管內徑。

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,它與流速分布及介質的其他特性無關。

感應電勢(毫伏電信號)經專用電纜傳送至智能轉換器,進行數字化處理,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點

輸水計量采用電磁流量計測量具有以下幾個優點。

①輸水管線管內無縮徑或突出部件,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控系統連接,可對輸水流量信息進行數據通信。

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接地環安裝措施

輸水管道采用內有絕緣涂層的金屬管道,須***安裝接地環,提高抗干擾性能,否則會造成儀表工作不穩定。接地環安裝方式如圖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,施工現場采用扁鋼制作。D1、D2為密封墊片;E為接地環;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,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換器內黃綠線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

現場安裝過程中,為了不影響計量系統的檢測精度,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被測介質充滿測量管。測量管內保證充滿水,不能有非滿管或有氣泡聚集在測量管中的現象。

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。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傳感器與伸縮節的組裝

按傳感器上的箭頭在流量計的下游側安裝接地環及伸縮節,并將伸縮節預調節為***短狀態。

4.2流量計井內斷口

流量計井內斷口步驟如下。

①確認安裝傳感器斷口部位,準確測量斷管尺寸(按伸縮節伸展后尺寸)。

②管道斷口區開天窗,進入管內做米字型鋼支撐,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,總重約6t,現場采用25t汽車起重機吊裝就位。吊裝就位后,調節釋放伸縮節,在上游法蘭與傳感器之間加裝接地環、密封墊,穿入螺栓找正并緊固;同樣在下游法蘭與伸縮節之間加裝密封墊、穿入螺栓并緊固。

4.4法蘭焊接

調整管道上下游法蘭、接地環和密封墊的位置,緊固螺栓,并點焊固定。拆除上下游法蘭預緊固螺栓,調節收縮伸縮節,使上下游法蘭脫離流量計及伸縮節,法蘭內側留出施焊空間。法蘭內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內側防腐法蘭焊縫外

法蘭的鋼制管件內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;法蘭內防腐涂料為飲用水級無毒環氧涂料。內多側均采用二底二面涂層。

4.6傳感器伸縮節整體緊固定位

上下游法蘭焊縫經探傷合格后,進入傳感器伸縮節整體緊固定位工序。

①調節釋放伸縮節,在上游法蘭與傳感器之間,加裝接地環、密封墊,穿入螺栓并緊固。

②在下游法蘭與伸縮節之間加裝密封墊,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。

4.7系統水壓試驗

傳感器與伸縮節整體安裝結束后,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系統調試與投運

根據儀表參數、工藝參數、運行控制方式,對智能變送器進行主菜單、子程序的功能和數據組態設定;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換器端子箱內部的連接(在U形夾和端子10間的黃綠導線)。

②檢查內容

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Ftc1.011.051.063.02程序數據設定,計算、校核零點、mA輸出范圍、脈沖輸出值。GS8A模擬器發出零點模擬信號,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;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。

6.3系統投運

校核結束,停電后拆卸校驗接線,恢復傳感器電纜接線。系統檢查、校核無誤后,再次送電,系統即可正式投入運行。

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,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;控制現場安裝流程中組裝、吊裝、焊接、無損檢測、防腐等環節的質量;根據儀表參數、工藝參數、控制參數,正確地設定菜單程序的功能和數據,以保證系統預期指標。哈爾濱引水工程實踐表明,采用上述工程方法,儀表系統運行一年來,計量的準確性、運行的可靠性均滿足設計要求。