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        電磁流量計

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        陰極保護對電磁流量計的EMI影響

        來源:作者:發表時間:2019-02-25 13:12:16

               電磁流量計用于測量配水系統中的水流速度。金屬管道中的腐蝕問題可以通過陰極保護方法解決。本文根據測量原理,研究了陰極保護系統對電磁流量計的腐蝕作用。在土耳其伊茲密爾市水與排水管理局(IZSU)的配水管道上實現了實驗測量,并給出了測量結果。實驗結果證明,電磁流量計(EMF)測量的值受陰極保護系統電流的影響。對測量結果進行了評論,并提出了應采取的預防措施。

         
        供水系統可分為三個基本組成部分:供水水源,水處理過程和分配單元。通過管道和導水管,通過壓力或明渠流動將水從源分配到處理廠。處理后,水直接進入配水系統或通過供水管道輸送到系統[ 1 ]。必須在供水源的輸出處或在某些特定點處知道水的速度,以便收集和分析統計信息并監督配水系統的性能。可以使用電磁流量計測量水的速度。
         
        管道是飲用水系統的重要設備。腐蝕是某些應用中管道故障的主要原因。它是由金屬管道之間的化學反應引起的金屬溶解和磨損,可導致結構破壞,泄漏,容量損失,化學和微生物水質惡化[ 2 ]。
         
        陰極保護是腐蝕問題的電氣解決方案。該系統廣泛用于埋地金屬管道和電纜。它保護管線的結構和從腐蝕金屬制品,使得在金屬表面由在電流的路徑的陰極元件進行保護,鼓勵腐蝕以形成在一個不太重要或較便宜的材料在電路別處[ 3,4]。通過使用外加電流或犧牲陽極可以提供陰極保護。陰極保護的原理是外部陽極連接到要保護的金屬上; 陽極將保護電流從電源傳輸到金屬,結構的電化學電位變得更負,**終達到提供陰極保護的值[ 5]。只有正確安裝,電磁流量計才能正常運行并具有較長的使用壽命。環境,電氣安裝和機械安裝都有助于長期的性能。在具有陰極保護的管道中安裝電磁流量計期間,必須考慮特定的系統條件。陰極保護行業通常習慣于查看電壓,這是有意義的,因為它是保護管道的電壓水平。它是電流的流動,創建這些電位[ 6 - 8 ]。
         
        電磁流量計用于測量在水網絡中輸送的水的量或流量。它們具有廣泛,準確和可靠的特點,現已被廣泛接受作為替代傳統方法(如容積式流量計)的首選儀表。雖然該技術變得更加可靠,但電磁流量計并不完美。他們需要指定,正確安裝和使用,以達到預期的性能[ 9,10]。電磁流量計操作基于“法拉第電磁感應定律”。通過測量感應電磁力的大小,可以計算流速。可以根據以下表達式計算電壓和體積流量方面的電磁力值。
        QQ截圖20190225132013.jpg
        其中U,B,L,v,Q,A項分別代表感應電壓,磁場,電極之間的距離,流速,體積流量,管道橫截面積。電磁流量計圖如圖1所示。
        電磁流量計圖
        流量計由帶有絕緣內表面襯里的導電管或安裝在磁體(1)的間隙中的非導電管,兩個電極(4和5)以及諸如永磁體(2和3)的電磁體組成。 。液體必須是導電的。導電電極與液體接觸并垂直于流動方向和磁場線定向。當磁體線圈通過的電流通電時,跨過流體(在小的磁場圖2)[ 11,12 ]。
        電磁流量計模型
        電極探針感應所感應的電磁力,并且該信號被調節,因此它可以被外部顯示器和諸如微控制器的記錄儀器使用。根據具體應用,可以校準輸出。由于磁場弱,感應電磁力的大小非常小。小的電磁力可能導致電噪聲問題和測量中的顯著誤差。如果需要安裝電磁流量計,必須檢查預防措施,以確保儀表安裝正確并且可以運行。例如; 必須避免靠近設備產生電輻射的地方,如變壓器,無線電發射機,電機,點火系統,陰極保護系統,和其他導致電磁或靜電干擾的設備。電磁或靜電干擾會影響電磁流量計的運行。未能正確接地檢測器將導致讀數不穩定和測量不準確。
         
        3.腐蝕和陰極保護
        陰極保護是一種通過使該表面成為電化學電池的陰極來控制金屬表面腐蝕的技術,以保護金屬結構免受腐蝕。陰極保護系統**常用于保護鋼水和燃料管道和儲罐; 船舶和海上石油平臺。
        (a)對管道的腐蝕影響; (b)腐蝕過程。
        腐蝕是一種電化學過程,當電流在陽極側離開結構,通過電解質(通常是埋在金屬管道中的土壤)時,發生電化學過程,并重新進入陰極側的結構,也稱為氧化。由于與環境的反應,它會導致材料內在性質的劣化(圖3-a)。由于它們之間的電位差,腐蝕電流在陽極和陰極之間流動(圖3-b)。陽極電位比陰極電位更負,并且該差異提供腐蝕電流的驅動力。整個系統被定義為具有陽極,陰極,電解質和金屬連接的腐蝕電池。
         
        陰極保護是眾所周知且成功的各種金屬結構防腐方法。這是通過向要保護的結構施加電流以防止某些外部源來實現的。當結構變為相同電位時,陽極和陰極電極將不存在。陰極保護的基本特征是管道被諸如土壤的導電電解質包圍。該系統可以通過使用外加電流或電流(犧牲)陽極[來提供13,14 ]。
        目前印象深刻的方法
        電偶陰極保護系統的工作原理是輔助陽極等活性金屬直接連接到要保護的金屬上。電偶陰極系統稱為犧牲陽極陰極保護系統(圖4-a)。為了控制腐蝕,陰極保護系統故意犧牲一種材料來保護另一種材料。該技術利用結構與第二系統之間的自然電位差,由電鍍(犧牲)陽極,直接焊接到受保護的管道和電偶陽極。陽極和管道直接焊接,以獲得**小的阻力。
         
        圖4-b顯示了使用外部電源來提供結構的陰極極化。該系統包括外部直流電源,如變壓器/整流電路,外加電流電極和金屬結構(待保護的管道)。DC源從外加電流電極驅動正電流通過腐蝕介質并到達金屬結構。因此,該結構被陰極極化 - 這意味著其電位降低 - 并且正電流通過電路返回到電源。因此,為了實現陰極保護,外加電流電極和結構必須同時具有電解和電接觸。
         
        在這兩種情況下,必須考慮基本設計,以選擇系統類型和該系統**合適的陽極類型。當前要求是要考慮的基本參數。根據管道的總面積預測陰極保護所需的電流,包括底部和側面區域以及總管道長度,覆蓋管道材料,pH值和地面電阻值。此外,要求陽極和管道之間的連接電纜應良好絕緣并具有**小的電阻。
         
        電偶陽極系統通常用于需要低電流的系統。對于高電流要求,外加電流陽極系統更合適。
         
        4.陰極保護系統的EMI效應
         
        4.1。實驗結果
        陰極保護系統的DC源驅動來自外加電流電極的正電流通過腐蝕介質并到達金屬結構上。保護電流引起電磁或靜電干擾。傳感器性能會受到影響,因為電磁干擾(EMI)會使電磁流量計的磁場失真。如有具體的預防措施; 如在沒有采用陰極保護的管道中安裝電磁流量計,測量將是錯誤的。
        電磁流量計電絕緣試驗。
        圖5顯示了電絕緣測試裝置。兩個相互的法蘭之間發生短路。當兩個法蘭之間發生短路時,陰極保護電流流過EMF傳感器。此事件是一個不希望出現的問題并導致測量錯誤。
         
        本研究中調查的鋼管直徑為1000毫米,長度約為7千米。這些類型的管道通常由土耳其伊茲密爾市水與排水管理局(IZSU)使用。用于該管道的陰極保護方法是外加電流陽極系統。變壓器/整流器(T / R)單元的電流要求在5到7安培之間變化,具體取決于季節。從圖中可以看出,測量的流速隨著電流的增加而減小。當電流值超過9安培時,流速的降低變得更加重要。
         
        4.2。必要的預防措施
        在具有陰極保護的管道中安裝電磁流量計時,必須考慮一些特定條件。傳感器和介質必須具有大致相同的電位,以確保測量準確并且在電極處不發生電腐蝕。通常在傳感器或金屬管參考電極確保了電勢相等[ 15,16]。變送器必須通過隔離變壓器供電,以便緊湊安裝。EMF應安裝接地板,位于流量計上游和下游的法蘭之間,與管道絕緣,以便為帶有內部絕緣襯里的管道提供陰極腐蝕保護(CCP)電位的分流路徑。EMF上游和下游的接地板處于地電位(圖7)。
         
        接地板應安裝在流量計初級的上游和下游。它們必須與法蘭絕緣,并與流量計初級連接在一起。法蘭螺栓應絕緣并正確安裝。必須在絕緣流量計初級繞組周圍分流CCP電位[ 7 ]。
         
        5.結論
         
        本研究介紹了電磁流量計的操作,陰極保護系統和方法,以及陰極保護對電磁流量計傳感器的電磁干擾效應。雖然陰極保護系統的計算原理和測量結果看起來非常簡單,但它們在實際系統中的應用往往足夠復雜。此外,陰極保護電流會產生不希望的干擾。這些損壞信號可能會影響流量計傳感器的工作原理。
         
        在土耳其伊茲密爾市水與排水管理局(IZSU)的配水管道上實現了測量。用于該管道的陰極保護方法是外加電流陽極系統。從測量結果可以看出,測量的流速隨著電流的增加而減小。當電流值超過9安培時,流速的降低變得更加重要。進行測量的管道的當前要求不超過7安培。因此,**大流量計誤差小于10%。
         
        在使用低電流的電流陽極系統中,流量計操作通常不會受到電磁干擾的影響。但是對于高電流要求,使用外加電流陽極系統,并且在該研究中獲得的實驗結果表明,當電流大于9安培時,流速降低。結論是IZSU使用的CCP方法是合適的,流量計誤差小于10%。4.2中提出的一些預防措施可用于降低具有較高電流要求的應用的流量計誤差。
         
         
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