第八節(jié) 故障分述和案例

本章前文作故障類型分析和故障檢查時(shí)，對(duì)故障源頭作了一些描述，本節(jié)則進(jìn)一步討論故障源頭，并例舉13個(gè)具體案例。這些案例除注明外均為筆者及其同事們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一種故障源頭會(huì)表現(xiàn)出多種故障現(xiàn)象，匯總?cè)绫?.2所示。

故 障 源		故 障 現(xiàn) 象
類別	名稱	1、無信號(hào)輸出	2、輸出晃動(dòng)	3、零點(diǎn)不穩(wěn)	4、流量測(cè)量值與實(shí)際值不符	5、輸出超滿度
一、管道系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)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(fù)泵或控制閥振蕩產(chǎn)生脈動(dòng)		√		√
	6、使用過程中流動(dòng)狀態(tài)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(dǎo)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(dǎo)率不均勻或接近閥值		√	√
	4、與液體接觸件材料失配	√	√
	5、流動(dòng)噪聲		√
三、環(huán)境類	1、強(qiáng)磁場		√
	2、強(qiáng)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(tǒng)和相關(guān)設(shè)備類
源自管道系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備引起電磁流量計(jì)故障源主要有：1、安裝不善；2、未滿管；3、管系儲(chǔ)留氣體；4、不斷吸入氣體；5、往復(fù)泵或控制閥振蕩產(chǎn)生的脈動(dòng)流；6、使用過程中流動(dòng)狀態(tài)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(nèi)徑匹配失當(dāng)，相差過大，（1S091（4：1991規(guī)定：在沒有制造廠推薦的情況下，連接管內(nèi)徑不得小于流量傳感器內(nèi)徑，不得大寸：內(nèi)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(chǎn)生嚴(yán)重流速分布畸變或旋轉(zhuǎn)流，直管段不足。這些原因主要引起流量測(cè)量值與實(shí)際值不符，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。 
案例1 本實(shí)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(jìn)入端墊圈進(jìn)入流通通道相同。
上海某水廠兩根輸水管各用二臺(tái)串聯(lián)DNl400儀表計(jì)量出廠成品水，分別由發(fā)送方（水廠）和接收方掌握。*先臺(tái)傳感器上游離全開蝶閥距離約5米與下游第2臺(tái)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(fā)現(xiàn)其中一根管線兩臺(tái)儀表計(jì)量值相差15％，半年后差值略有減小，為10％。除未檢查傳感器測(cè)量管內(nèi)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(fā)現(xiàn)進(jìn)口管道水泥襯里大塊脫落，堆積在傳感器進(jìn)口處高度達(dá)300－350mm（目測(cè)）。這些堆積物導(dǎo)致進(jìn)入傳感器水流流速分布嚴(yán)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(fù)正常。對(duì)于差值半年后從15％減小到10％，可以解釋為開始時(shí)堆積高度比300－350mm高，在流動(dòng)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(jìn)入管道檢查內(nèi)部，必須停止流動(dòng)，涉及面廣，通常只能在排除其他故障的可能性后，放到后進(jìn)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(cè)量管內(nèi)液體未能充滿，故障現(xiàn)象因不充滿程度和流動(dòng)狀況有不同表現(xiàn)。若少量氣體在水平管道中呈分層流或波狀流，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為誤差增加，即流量測(cè)量值與實(shí)際值不符；若流動(dòng)是氣泡流或塞狀流，故障現(xiàn)象除測(cè)量值與實(shí)際值不符外，還會(huì)因氣相瞬間遮蓋電極表面而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。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(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。若液體未滿管到液體表面在電極以下，則會(huì)出現(xiàn)輸出超滿度現(xiàn)象。 
案例2 某造船廠有一臺(tái)DN80mm電磁流量計(jì)測(cè)量水流量，運(yùn)行人員反映關(guān)閉閥流量為零時(shí)，輸出反而達(dá)到滿度值。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)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(guān)后傳感器測(cè)量管內(nèi)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(wù)事例中足經(jīng)常碰到的，當(dāng)屬工程設(shè)計(jì)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(nèi)空氣，剩留氣體積聚在管系高點(diǎn)，流動(dòng)時(shí)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(diǎn)。故障表現(xiàn)為流量測(cè)量值和實(shí)際值不符以及輸出晃動(dòng)。
案例3 南京某石化廠以DNl000mm管道引長江水，管道長10km順地勢(shì)起伏途經(jīng)小丘，在小丘頂裝DN700mm儀表。管系投入運(yùn)行，電磁流量計(jì)不能正常工作，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)電磁流量傳感器及其附近有水流聲的不正常現(xiàn)象。初步分析認(rèn)為管系啟用后未能將管道內(nèi)空氣排凈，而工程設(shè)計(jì)未在高點(diǎn)裝排氣閥而無法放氣。測(cè)量電極信號(hào)高達(dá)4mV（大部分為干擾電勢(shì)），因不能停水無法進(jìn)一步檢查和排除故障。數(shù)月后制造廠維修人員再次隨訪，此時(shí)不再有水流聲，因經(jīng)過一段時(shí)間流動(dòng)，剩留空氣隨水流帶走，重新調(diào)試即能使之正常運(yùn)行。
案例4 廣西某水廠在郊區(qū)山頭設(shè)置清水池，利用水池高度勢(shì)能發(fā)送成品水。運(yùn)行人員反映計(jì)量出水量的DN700mm電磁流量計(jì)有時(shí)候流量顯示不穩(wěn)。晃動(dòng)達(dá)百分之十幾到百分之二十，誤差也大，估計(jì)相差約20％。現(xiàn)場考查發(fā)現(xiàn)水池如圖7-9所示安裝流量傳感器，水位高度不足就會(huì)卷入氣泡，甚至流量傳感器測(cè)量管內(nèi)不能充滿。如水位降至A線時(shí)，雖高出吸入口**，但高出不多，還會(huì)在C處產(chǎn)生旋渦，將水位表面空氣卷入形成氣泡，使顯示晃動(dòng)；若水位降到B，測(cè)量管將不滿管。我們建議如圖虛線所示裝一彎頭，擴(kuò)大水池有效容量，減少吸入氣泡的機(jī)會(huì)，彌補(bǔ)原設(shè)計(jì)的不足。這類實(shí)例是經(jīng)常遇到的。
 
　圖9 易卷入氣泡安裝例

5、往復(fù)泵或控制閥振蕩產(chǎn)生脈動(dòng)流 往復(fù)泵泵送液流而測(cè)量點(diǎn)又未遠(yuǎn)離泵，脈動(dòng)流會(huì)使電磁流量計(jì)輸出晃動(dòng)，有時(shí)候還會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。為減緩脈動(dòng)對(duì)儀表的影響，通常可采取提高電磁流量計(jì)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(huì)形成脈動(dòng)流。
6、使用過程中流動(dòng)狀態(tài)變化 通常儀表調(diào)試正常運(yùn)行一段時(shí)期后，也會(huì)因流動(dòng)狀態(tài)變化而出現(xiàn)故障。雖然這種故障原因出現(xiàn)概率不高，但在分析故障原因時(shí)不應(yīng)忘記這一因素。 
案例5 這是一個(gè)懸掛在液流中的剝離襯里片擺動(dòng)，隨著液流形成脈動(dòng)流的罕見實(shí)例。江西某銅礦豳廠裝有若干臺(tái)電磁流量計(jì)測(cè)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(tái)DN600mm儀表出現(xiàn)輸出晃動(dòng)高達(dá)滿度值的50％-100％。現(xiàn)場檢查儀表本身均正常，并且巡視和詢問得悉流動(dòng)動(dòng)力源末改動(dòng)，不會(huì)新產(chǎn)生流動(dòng)波動(dòng)，也排除了使用環(huán)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(huán)境條件符合要求。當(dāng)時(shí)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(shí)未找出故障原因。直到月余后該廠停車槍修，發(fā)現(xiàn)流量傳感器附近卜游襯有橡膠襯里的U型管內(nèi)，大片橡膠襯里脫落，懸掛于管內(nèi)，隨液體流動(dòng)而擺動(dòng)，造成流動(dòng)波動(dòng)，儀表如實(shí)反映，形成輸出晃動(dòng)。新?lián)Q上U型管后，大幅輸出晃動(dòng)就不再出現(xiàn)了。
案例6 龜在管內(nèi)洄游，輸出信號(hào)出現(xiàn)大尖峰，本案例取自一則國內(nèi)報(bào)導(dǎo)，足在美國發(fā)生的［5］
大口徑電磁流量計(jì)監(jiān)測(cè)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(xiàn)大尖峰信號(hào)。數(shù)度現(xiàn)場檢查，因干擾噪聲瞬現(xiàn)即逝，檢查時(shí)捕捉不到，也未發(fā)現(xiàn)周圍會(huì)有產(chǎn)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(nèi)流動(dòng)的想法，當(dāng)時(shí)認(rèn)為排放門有細(xì)網(wǎng)目網(wǎng)柵檔住和流量傳感器上游不可能有魚進(jìn)入而被否定了。但事后做廠一個(gè)實(shí)驗(yàn)，將電磁流量計(jì)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(xiàn)尖峰噪聲。以后，當(dāng)初提問者告，在排放通道中確實(shí)見到了魚影，是由魚苗經(jīng)網(wǎng)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(jì)故障主要有：1、液體中含有氣體，2、液體中含有固體，3、電導(dǎo)率不均勻液體接觸件材料匹配失當(dāng)，5、流動(dòng)噪聲。

1、液體中含有氣體 液體中含有溶解氣體不會(huì)影響流量測(cè)量，游離氣體（即氣泡）則會(huì)影響測(cè)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(nèi)空氣未排凈，②從管系外吸入，③溶解氣體轉(zhuǎn)化。前二者上一小節(jié)已有所述，后者因管內(nèi)液體溫度壓力變化等所致。 
在流程工業(yè)中管道液體壓力／溫度常會(huì)變動(dòng)，當(dāng)液體壓力降低或溫度升高，溶解氣體為轉(zhuǎn)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(shí)期（如停車），所溶解空氣有可能轉(zhuǎn)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(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)行一段時(shí)間即趨正常。控制閥開度很小時(shí)，易氣化液體有時(shí)會(huì)氣化，也會(huì)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(chǎn)生故障有：①漿液噪聲，②電極表面染污，③導(dǎo)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(dǎo)電沉積層短路效應(yīng) 電磁流量傳感器測(cè)量管絕緣襯里表面若沉積導(dǎo)電物質(zhì)，流量信號(hào)將被短路而儀表失效。由于導(dǎo)電物質(zhì)是逐漸沉積，本類故障通常不會(huì)出現(xiàn)在調(diào)試期，而要運(yùn)行一段時(shí)期后才顯示露出來。
某柴油機(jī)廠工具車間電解叨削工藝試驗(yàn)裝置上，用DN80mm儀表測(cè)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(yùn)行正常，間斷使用兩個(gè)月后，感到流量顯示值越來越小，直到流量信號(hào)接近為零。現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣層表面沉積薄薄一層黃銹，擦拭清潔后儀表就運(yùn)行正常。黃銹層是電解液中大量氧化鐵沉積所致。 
本實(shí)例屬運(yùn)行期故障，雖非多見故障然而若黑色金屬管道銹蝕嚴(yán)重，沉積銹層，也會(huì)有此短路效應(yīng)。凡是開始運(yùn)行正常，隨著時(shí)間推移，流量顯示越來越小，就應(yīng)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(jìn)廠，用兩臺(tái)DNl600mm電磁流量計(jì)計(jì)量水量。1991年啟用，使用正常，但到1993年感到計(jì)量減少，經(jīng)檢查排除了電磁流量計(jì)開放部分的故障原因；檢查流量傳感器兩電極對(duì)地電阻值不對(duì)稱，分析流量傳感器出現(xiàn)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(jī)會(huì)進(jìn)入管道檢查流量傳感器測(cè)量管內(nèi)部狀況， 內(nèi)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(jīng)鏟刷洗后，儀表運(yùn)行即恢復(fù)正常。確認(rèn)故障原因系內(nèi)部管壁沉積淤泥所致。
本實(shí)例向人們揭示，原水計(jì)量的流量儀表通道內(nèi)壁總會(huì)沉積淤泥，是否影響測(cè)量只是時(shí)間長短而已，本例水質(zhì)條件運(yùn)行3年已感到流量測(cè)量值減少。為此測(cè)量江河原水電磁流量計(jì)必須要定期清洗。其他流量儀表如超聲流量計(jì)和文丘利管流量計(jì)至少同樣有沉積減小流通面積，影響測(cè)量精度的問題，DNl600mm管沉積10mm流量值要變化1.2％－2.5％。同時(shí)在工程設(shè)計(jì)時(shí)要考慮長期運(yùn)行沉積淤泥影響的對(duì)策，例如：提高測(cè)量位置流速以延長清洗周期；預(yù)置進(jìn)入管內(nèi)清洗的檢查孔等。
本實(shí)例屬運(yùn)行期常見故障

3、電子不均勻 配比流程中常有在液內(nèi)注入"加藥"液，而注入液常用往復(fù)泵加入。若注入液與主液電導(dǎo)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(dǎo)率急劇變化會(huì)使儀表輸出晃動(dòng)，雖然液體電導(dǎo)率大于閾值而緩慢變化足不會(huì)影響電磁流量計(jì)正常測(cè)量。這一現(xiàn)象在給水處理工程原水加凝聚劑工藝中是經(jīng)常發(fā)生的。 

4、與液體接觸件材料匹配失當(dāng)與液體接觸件材料產(chǎn)生匹配失當(dāng)故障的有電極與接地環(huán)。匹配失當(dāng)除耐腐蝕問題外，主要是電極表面效應(yīng)。表面效應(yīng)有：①化學(xué)反應(yīng)（表面形成鈍化膜等），②電化學(xué)和極化現(xiàn)象（產(chǎn)生電勢(shì)），③觸媒作用（電極表面生成氣霧等），前文第三節(jié)已有所述（見第10頁）。接地環(huán)也有這些效應(yīng)，但影響程度要小些。
案例9 上海某化工（冶煉廠用20余臺(tái)哈氏合金B(yǎng)電極電磁流量計(jì)測(cè)量濃度較高鹽酸溶液，出現(xiàn)輸出信號(hào)不穩(wěn)的晃動(dòng)現(xiàn)象。現(xiàn)場檢查確認(rèn)儀表正常，也排除了會(huì)產(chǎn)生輸出晃動(dòng)的其他干擾原因。但是在多處其他用戶用哈氏合金B(yǎng)I乜極化表測(cè)量鹽酸時(shí)運(yùn)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(dāng)時(shí)尚無鹽酸濃度對(duì)電極表面效應(yīng)影響方面的經(jīng)驗(yàn)，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(xiàn)場條件，做改變鹽酸濃度的實(shí)流試驗(yàn)。鹽酸濃度逐漸增加，低濃度時(shí)儀表輸出穩(wěn)定，當(dāng)濃度增加到15％-20％時(shí)，儀表輸出開始晃動(dòng)起來，濃度到25％時(shí)，輸出晃動(dòng)量高達(dá)20％。改用鉭電極電磁流量計(jì)后就運(yùn)行正常。