第八節 故障分述和案例

本章前文作故障類型分析和電磁流量計故障檢查時，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。

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，不得大于內徑的3％）；（2）流量傳感器與管道間墊圈突入流通通道；（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電磁流量計計量出廠成品水，分別由發送方（水廠）和接收方掌握。第一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，放到最后進行。

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，水直接排入大氣，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；另一原因是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。

4、不斷吸入氣

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，雖高出吸入口頂端，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DN600m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下游襯有橡膠襯里的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魚在管內洄游，輸出信號出現大尖峰，本案例取自一則國外報導，是在美國發生的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。但事后做了一個實驗，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，當初提問者告知，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電磁流量計測量和控制飽和食鹽電解液流量以獲取最佳切削效率。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，就應分析有此類故障的可能性。

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DNl600m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，經檢查排除了儀表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，內壁沉積淤泥最厚處超過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，電磁流量計運行即恢復正常。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、電導率不均勻

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可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一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。

三、環境類

源自管環境方面引起電磁流量計故障主要有：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。

1、強磁場

強磁場影響的實踐經驗不多，因安裝時都注意到要遠離強磁場。前文第五章第六節簡述了幾則有關外界磁場的應用例。

2、強電磁波

電磁流量計應符合電磁兼容性要求，在規定輻射電磁場環境下正常工作，不會在該環境下造成儀表性能下降或工作不正常。我們遇到強無線電波干擾影響的案例。

    案例10福建省某水廠裝用多臺電磁流量計其中一臺輸出大幅度波動。現場檢查儀表安裝符合要求，流量傳感器和轉換器相距50m，以置于鐵導管內的屏蔽電纜相連接，儀表本身亦正常。但測得共模干擾信號高達1.7V。先采取下文案例12的方法將流量傳感器電氣絕緣的措施，共模信號降低至0.6V，但輸出波動無明顯改善。

再次與用戶分析現場環境條件，得悉在流量計非常鄰近的地方有強無線電發射臺。為證實故障原因是否來自該干擾源，臨時將轉換器移至流量傳感器相距3m的地方，復測共模干擾信號小于0.1mV，雖然還感到偏大，但儀表運行巳趨于正常。故障原因是即使多層屏蔽信號線，電磁波還是被引入到儀表。

本實例揭示分離型電磁流量計在現場有較大共模干擾時，作故障原因分析就應考慮強無電波是否會是干擾源的可能性。本實例屬調試期罕見故障。

3、管道雜散電流

電磁流量計妥善接地后，可以避免管道絕大部分雜散電流的影響。有時候按規定以粗電線跨接流量傳感器并完善接地。卻還會受雜散電流影響，尚需采取其他措施。

案例11山東某鋁冶廠用DN80電磁計量堿液礦漿，流量傳感器兩端裝接地環，并用導線跨接和妥善接地。然而儀表還是不能正常工作，直到向外推移2m再置兩接地點，才隔離了雜散電流影響。

儀表投入正常運行一段時期后，又出現輸出信號晃動現象，排除了流動波動的可能性，儀表本身完好，初步判斷為儀表運行異常。觀察數天發現中午午餐休息期和晚班運行正常而日班卻出現輸出晃動。據此線索追蹤溯源，找到故障源頭是離電磁流量傳感器距離較遠的同一管系上進行電焊所致。

案例12電磁流量傳感器與連接管道絕緣，消除大雜散電流影響例

浙江省某自來水公司安裝兩臺DN900電磁流量計，一臺運行正常，另一臺在1－2小時周期內出現有高達50％FS波動。用戶認為兩臺儀表使用條件相仿，故障是由儀表方面原因引起的。勘察現場周圍環境，上下游緊接流量傳感器的足兩段長 0.5m 有良好接地的無襯里短鋼管，然后連接到有水泥襯里的鋼管。接地等電氣連接均符合要求，同時，排除了管網流動脈動的可能性。

轉換器與傳感器相距約10m。有一數百kV A 的三相變壓器裝在附近，分別離轉換器和傳感器約2m和8m。

分析故障原因有以下兩種可能：（1）大功率變壓器產生的磁場干擾；（2）管道上雜散電流干擾。要證明是否是變壓器磁場干擾影響，因要關閉變壓器涉及面廣，安排為第二步檢查，首先檢查是否足管道雜散電流干擾。不加激磁電流用示波器測量兩極間電勢，其值應為零。然而實例測得峰值Vpp高達1V的波形畸變交流電勢。初步判定即使良好接地，儀表還是受到管道雜散電流干擾影響。

采取將電磁流量傳感器連同兩段短鋼管與管網管道電氣絕緣，使流量傳感器與液體同電位。儀表投入運行，輸出顯示即呈穩定正常，也排除了電力變壓器磁場干擾對流量測量的影響。同時測得干擾電流有60mAAC，電流方向來自流量傳感器上游。

這一措施也適用于有陰極保護電流的管道，作為試排除管道電流干擾影響的方法。

4、地電位變化

地電位變化會影響流量測量，例如因其他設備上原因接地線上產生電壓降而使電磁流量計地電位變化，若形或較大共模干擾時，也會影響測量。

5、潮氣浸入

電磁流量計應用于給排水工業常將流量傳感器裝在低于地平線的儀表井中，常會浸在未及時排放的雨水中，甚至長期浸泡在水中。即使是外殼防護等級為IP67（塵密短時浸水級）或 IP68（塵密連續浸水級），也常因接線端子盒蓋密封墊圈或電纜引入密封套圈未壓緊密封，漏裝套圈，或套圈與電纜外徑未匹配，經常發生這類事故。

地面安裝的流量傳感器端子盒蓋等密封墊圈未密封好，也會受氣溫變化的呼吸作用吸入潮氣，凝結成水。端子盒電纜引入裝置漏裝密封套圈或未緊壓密封，電纜表面冷凝水等亦極易進入端子盒。這類事例亦屢見不鮮。在施工過程中有意無意割斷電纜后重新再接，用膠帶包封。這一隱患在運行初期不會形成故障，但包封口久老化，連接處吸入潮氣，電纜絕緣降低。

水和潮氣侵入端子盒，降低了絕緣強度和絕緣電阻，流量信號回路將無流量信號輸出，激磁線圈回路將形成零點偏移或不穩。必要時可在密封連接處采取硅膠等澆灌密封措施。

非氣密型結構的激磁線圈保護外殼，因呼吸作用吸入潮氣，若液溫低于室溫極易在測量管外壁結露，低于0℃則會結霜，會使流量信號回路短路而失效。

案例13開封某水廠用一臺DNl200電磁流量計測進廠引黃河水，另一臺DN900儀表測進廠地下水，兩臺DNl000電磁流量計并聯連接測出廠成品水。系統投入正常運行兩年后，發現出廠水比進廠水多出10％－15％。觀察儀表運行無異常表現。用外夾換能器(探頭)便攜式超聲流量計分別對4臺電磁流計作比對試驗，證明兩臺出廠電磁流量計輸出信號偏高。分別關閉停流檢查零點，發現兩臺出廠水儀表零點大幅度偏移。根據經驗判斷，很有可能接經端子盒進水或激磁線圈受潮，絕緣下降所致。當拭去水露，用電吹風吹干燥接線盒端子座，激磁端廣對地電阻從5～6MW恢復到數十MW，偏移的零點隨即回到零位，儀表運行正常。

究其原因是激磁線圈回路對地絕緣下降，使電極上加上一個較大的絕緣電阻和信號內阻對激磁電壓的分壓，形成較大的共模干擾信號，而轉換器前置放大器共模抑止比能力有限，從而使轉換器零點有輸出。

第九節 電磁流量計專項檢測

一、電極接觸電阻測量

測量電極與液體接觸電阻值，可以不從管道卸下流量傳感器而間接估計電極和襯里層表面大體狀況，有助于分析故障原因。這尤其對于大口徑電磁流量計的檢查帶來極大方便。估計流量傳感器測量管內表面狀況如電極和襯里層是否有沉積層，沉積層是導電性質的還是絕緣性質的，電極表面污染狀況等。

電磁流量傳感器的電極接觸電阻應在新裝儀表調試好后立即測量并紀錄在案，以后每維護一次測量一次，分析比較這些數據將有助于今后判斷儀表故障原因。

電極與液體接觸的電阻值主要取決于電極與液體接觸表面面積和被測液體電導率。一般結構電極在測量電導率5×10-6S／cm的蒸餾水時電阻值為350kW，電導率150×10-6S／cm的生活和工業用水約為15kW，電導率1×10-2S／cm的鹽水約為200n。

用萬用表在充滿液體時分別測量每個電極端子與地間的電阻，經驗表明兩極的接觸電阻值之差應小于10％－20％，否則說明有故障。用萬用表測量電極接觸電阻不是正確測量電阻準確值的方法，只是確定大體的值。準確的測量必須用交流電橋，如"Kohlraush電橋"等。

測出的電極對地電阻與原測量值比較有以下不同趨向：

（1）兩電極阻不平衡值增加(即差值增加)，

（2）電阻值增加，

（3）電阻值減少。

這三種跡象可分別判斷以下幾種可能故障原因：

（1）電極部位有一只電極絕緣有較大下降，

（2）電極表面絕緣層覆蓋，

（3）電極表面和襯里表面附著導電沉積層。

以上幾種故障可能性，亦可作為預測產生故障的前兆。

用萬用表測量時注意以下各點：

（1）電阻值應在測棒接觸端子的瞬間讀取指針偏傳最大值，測量值應以最初一次所得為準。如重新測量因極化作用所測各值是不一致的；

（2）測兩電極阻值時，接地端測棒極性必須相同，即用電表同-一根測棒，正極棒接電極，負極棒接地。

（3）測量要用同一型號萬用表，并用同一量程，常用1.5V電池工作范圍的測量檔，如：×lkn 檔。

二、電極的極化電壓

測量電極與液體間極化電壓將有助于判斷零點不穩或輸出晃動的故障是否由于電極被污染或覆蓋所引起的。

用數字式萬用表2V直流檔，分別測兩電極與地之間的極化電壓（電磁流量計可以不停電測，也可停電測）。如果兩次測量值接近幾乎相等，說明電極未被污染或被覆蓋，否則說明電極被污染或被覆蓋。極化電壓大小決定于電極材料的"電極電位"和液體的性質，測量值可能在幾 mV 至幾百 mV 之間。

因為實際上運行中兩電極被污染情況不可能完全相同對稱，于是兩電極上的電壓形成了不對稱的共模電壓。不對稱的共模電壓就成為差模信號，造成零點偏移。

三、信號電纜干擾的測定

信號電纜受外界靜電感應和電磁感應干擾會使電磁流量計零點變動。為判斷零點變動是否由于受信號電纜干擾電勢影響，需測定干擾大體范圍和對電磁流量計的影響程度。

按圖 7-10 所示及上文"電極接觸電阻的測量"所測得兩電極的大體電阻值 RA、RR，分 別按圖 a、b接入電路所測得零點之差應在滿度值1％或其基本誤差范圍以內。

測定時應注意以下各點：

1、應注意接入 RA和 RB勿受電源干擾等所感應；

2、測定時轉換器零點與原接線器測量時相比可能有少許變動（通常為上升），通常認為變動量不超過去5％左右就可以了；

3、圖7-10 只繪出重接變動部分的線路，其他仍按原樣線路；

4、測定時傳感器周圍環境盡可能與發生故障時一樣，如附近電機能作電源通斷試驗就更好了。

四、測定有無接地電位

電磁流量計在正常使用過程中，如傳感器附近電（力）機狀態變化（如漏電），接地電位會產生變化而引起零點變動。檢查是否有這方面影響，可將轉換器工作接地 C 端子與保護接地 G 端子短路，以零點（或指示值）變動判斷有否接地電位。若零點變動超過容許值時，應與制造廠聯系，作必要的措施。

但是這也不一定能下結論："沒有零點（或指示）變動就沒有接地電位"。

五、管道雜散電流流向判別

有時侯為尋找管道雜散的干擾源在流量傳感器上游還足在下游，以縮小搜索范圍，設法減小或消除雜散電流干擾影響。

以上文第八節案例 12（第 24 頁）為例說明具體做法。如圖11所示，與管道電氣絕緣的流量傳感器上下游跨接導線和接地線的A、B 兩點，分別接入電流表。在A 點測得電流為60mAAC，B點電流為零，說明干擾源頭在流量傳感器的上游。