長輸管道磁致伸縮液位計(jì)工作原理和常見故障分析

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長輸管道磁致伸縮液位計(jì)工作原理和常見故障分析

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在長輸管道上，由于磁致伸縮液位計(jì)具有高可靠性，高精度、低故障率、廣闊的適應(yīng)范圍，多變量測量、操作簡單，維護(hù)方便等突出優(yōu)點(diǎn)，在長輸管道上廣泛應(yīng)用。本文主要結(jié)合現(xiàn)場使用的K～TEK的AT100系列磁致伸縮液位分析其工作原理，闡述了其主要技術(shù)參數(shù)和特點(diǎn)，介紹了磁致伸縮液位計(jì)在長輸管道上應(yīng)用與發(fā)展，提出了常見的故障及解決方法。

長輸管道；AT100磁致伸縮式液位計(jì)；原理；故障分析

1　磁致伸縮液位計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1組成

磁致伸縮式液位計(jì)是一種可進(jìn)行連續(xù)液位、界面測量，并提供用于監(jiān)視和控制的模擬信號輸出的高精度的測量儀表，由三部分組成：不銹鋼測量管（帶磁致線），磁浮子和智能電路單元組成。見圖1組成結(jié)構(gòu)圖。

圖1　AT100磁致伸縮液位計(jì)結(jié)構(gòu)組成1～波導(dǎo)管；2～外管；3～浮子；4～浮子磁鐵；5～浮子磁場；6～波導(dǎo)扭曲；7～詢問脈沖磁場

圖2　AT100磁致伸縮液位計(jì)工作原理

1.2工作原理

在不銹鋼導(dǎo)管的內(nèi)部有一根被拉緊的磁致伸縮線，電子部分沿磁致伸縮線發(fā)射出詢問脈沖電流，該脈沖同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場，并沿波導(dǎo)管向下傳播，和導(dǎo)管上的浮子內(nèi)的永磁體所產(chǎn)生的磁場相遇時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖。應(yīng)變脈沖沿導(dǎo)波管返回并被電子單元所接收，脈沖傳播的速度是一個(gè)恒定值，因此通過測量詢問脈沖和返回脈沖的時(shí)間間隔，就可以精確地計(jì)算出被測液體的液位或界面，然后通過全智能化電子裝置將時(shí)間間隔大小信號轉(zhuǎn)換與被測液位成比例的4～20m A輸出信號。原理圖見圖2。

2　性能參數(shù)

⑴結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、維護(hù)簡單、維護(hù)量少，有利于大幅降低維護(hù)成本。

⑵高精度，滿量程的0.01%。重復(fù)性：0.005%

⑶測量范圍：測量管是剛性桿時(shí)，測量范圍不大于6m，用于壓力、溫度較高環(huán)境；

測量管是柔性桿時(shí)，測量值在3.5～20m，用于壓力、溫度較低環(huán)境。

⑷壓力范圍：最大207Bar，標(biāo)準(zhǔn)的是66Bar。

⑸環(huán)境溫度：～40～77℃；介質(zhì)溫度：～195～427℃。

（6）可同時(shí)測量總體液位和界面液位，以及溫度。

3　跳線設(shè)置

AT100液位計(jì)模塊上有寫保護(hù)設(shè)置、故障模式設(shè)置，門檻電壓設(shè)置。見圖3

圖3　跳線設(shè)置

（1）右側(cè)跳線開關(guān)為寫保護(hù)跳線：當(dāng)跳線短接環(huán)接在上端時(shí)，寫保護(hù)關(guān)，變送器可以改變組態(tài)；當(dāng)跳線短接環(huán)接在下端時(shí)，寫保護(hù)開，變送器不可以改變組態(tài)。

（2）左側(cè)跳線開關(guān)為故障模式跳線，當(dāng)跳線短接環(huán)接在上端時(shí)，為“FAⅠL LOW”模式；當(dāng)跳線短接環(huán)接在下端時(shí)，為“FAⅠL HⅠGH”模式。

在“FAⅠL LOW”模式下，當(dāng)變送器處以故障模式時(shí)電流輸出為3.6mA；

在“FAⅠL HⅠGH”模式下，當(dāng)變送器處以故障模式時(shí)電流輸出為21mA；

（3）門檻電壓是一個(gè)用來屏蔽噪音信號使返回信號更加清晰的一個(gè)參數(shù)，即低于這個(gè)參數(shù)的信號一律被認(rèn)為是噪音，全部濾除，高于這個(gè)參數(shù)的信號都被當(dāng)作有效信號全部返回。

在模塊下面的底板上，有一個(gè)電位器用于調(diào)整門檻電壓。用萬用表插到圖3所示的模塊右上角的兩個(gè)針孔底座中，來測量門檻電壓。

4　常見故障

4.1K～TEK液位計(jì)LCD沒有顯示。

（1）檢查電源是不是出現(xiàn)了問題。

（2）檢查電子模塊是否故障：用已知是好的模塊來更換問題模塊來排查問題，同一種儀表的模塊是可以互換的。

4.2K～TEK液位計(jì)接上電源之后，兩接線端子之間的電壓差只有14V左右，而未帶負(fù)載之前電壓差為24v的標(biāo)準(zhǔn)電壓。

出現(xiàn)這種情況，最為可能的原因就是端子所在的表頭室由于受潮，不同端子之間出現(xiàn)了短路現(xiàn)象，需更換新的接線端子。

4.3AT100磁致伸縮液位計(jì)一直輸出21mA，0mm。

輸出20.96mA的大電流則意味著液位計(jì)處于故障報(bào)警狀態(tài)。產(chǎn)生報(bào)警的原因可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）浮球在盲區(qū)。磁致伸縮液位計(jì)探桿的末端有一段小小的盲區(qū)，一旦浮球停留在此，表頭傳感器發(fā)射的脈沖波便不能返回，故而輸出21mA報(bào)警。此類問題在測量點(diǎn)尚未進(jìn)液階段尤為容易出現(xiàn)，一旦有液體進(jìn)入，浮球上升至測量范圍之內(nèi)問題便迎刃而解。

（2）門檻電壓過高。門檻電壓過高會(huì)導(dǎo)致有效信號不能正確地被接受，儀表軟件系統(tǒng)會(huì)自認(rèn)為信號丟失從而產(chǎn)生報(bào)警。用戶可以緩慢減小門檻電壓，直至輸出正常。

（3）模塊故障。用一個(gè)已知是好的模塊去替換，看問題是否消失。

（4）浮球問題。浮球消磁，不能產(chǎn)生磁場。可對浮球進(jìn)行磁化。

（5）傳感器問題，傳感器脫焊，需返廠維修。

4.4AT100磁致伸縮液位計(jì)輸出不穩(wěn)定，電流時(shí)有時(shí)無或無規(guī)則跳變。

（1）線路、浪涌保護(hù)器、接線端子進(jìn)行檢查：信號線是否有破損，對地的絕緣性；接線端子絕緣性是否良好；浪涌保護(hù)器是否完好；信號通道供電是否正常。

（2）磁致伸縮液位計(jì)的門檻電壓設(shè)定不合適，重新設(shè)定。因?yàn)殚T檻電壓過低時(shí)，部分噪音信號會(huì)返回并被“正確”的傳回中控室，就會(huì)出現(xiàn)信號跳變。當(dāng)然，并不是門檻電壓高了就不會(huì)出現(xiàn)這種問題，當(dāng)門檻電壓過高時(shí)，部門有效信號會(huì)被擋在“門檻”之外，傳回中控室的信號也會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

（3）外在電磁干擾，接地不良。由于測量原理等因素，當(dāng)磁致伸縮式液位計(jì)處于強(qiáng)磁場干擾環(huán)境下，會(huì)使浮子受的磁場力疊加導(dǎo)致消磁。這種情況下只能將液位計(jì)整體取出，用磁棒進(jìn)行磁化。

所以磁致伸縮式液位計(jì)的信號線應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電源線、強(qiáng)磁場源，至少保證5m以上的距離。并使信號線屏蔽層處于良好接地狀態(tài)，同時(shí)設(shè)備外殼也需良好接地。

4.5AT100磁致伸縮液位計(jì)輸出值不變，而實(shí)際液位一直都是在變化的。

（1）余磁的問題，即探桿某處有殘留的磁場。用磁棒或者浮球自底到頂沿探桿來回滑動(dòng)幾次即可。

（2）浮球出現(xiàn)問題。雖然液體在波動(dòng)，但浮球卡在某處。

4.6按鍵不能設(shè)定任何參數(shù)。

（1）模塊上的按鍵失靈，只能更換新的模塊。

（2）寫保護(hù)跳線被設(shè)置為開通狀態(tài)。

5　實(shí)例分析

5.1故障現(xiàn)象

有4臺(tái)液位計(jì)LT002、LT101、LT110、LT706，在監(jiān)控畫面上顯示液位值出現(xiàn)亂跳；現(xiàn)場檢查液位計(jì)顯示值也不正常：電流值為20.97MA，液位值也亂跳。但間隔一段時(shí)間后又恢復(fù)正常。

5.2檢修過程

（1）液位計(jì)LT101

檢查了線路情況：信號線進(jìn)行絕緣檢測，完好無破損；浪涌保護(hù)器完好；信號通道供電正常。檢查顯示模塊、底板，正常無損壞。再檢查接線端子，發(fā)現(xiàn)端子處有銹蝕痕跡，初步判斷為端子絕緣性不好到致反饋電流波動(dòng)。更換新接線端子并重新調(diào)整門檻電壓后，液位計(jì)現(xiàn)場顯示及遠(yuǎn)傳信號均正常。

原因分析：液位計(jì)使用年限過長、端子質(zhì)量不佳、環(huán)境惡劣致接線端子絕緣性不好，引起顯示異常。

（2）液位計(jì)LT002

檢查過程與液位計(jì)LT101基本一樣：信號線進(jìn)行絕緣檢測，完好無破損；浪涌保護(hù)器完好。檢查顯示模塊、底板，正常無損壞。檢查接線端子，完好無銹蝕。在對信號通道供電檢測，發(fā)現(xiàn)接線端子處電壓負(fù)極接線存在接地現(xiàn)象，再次對線路進(jìn)行檢查未見異常，更換浪涌保護(hù)器后，負(fù)極仍然存在接地情況，于是更換信號通道后負(fù)極對地問題消除，但液位計(jì)顯示故障扔存在，確認(rèn)液位計(jì)探桿已故障需要更換。更換新探桿及重新調(diào)整門檻電壓后，液位計(jì)現(xiàn)場顯示及遠(yuǎn)傳信號均正常。

原因分析：信號通道故障導(dǎo)致負(fù)極接地，長期以來對探桿內(nèi)部磁致線造成損傷，直至探桿故障，引起顯示異常。

（3）液位計(jì)LT110

檢查了線路情況：全部完好；顯示模塊、底板，正常無損壞；接線端子無銹蝕。觀察液位計(jì)使用的現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)距離液位計(jì)4M左右有高壓線，初步判斷為磁致伸縮式液位計(jì)處于強(qiáng)磁場干擾環(huán)境下，使浮子受的磁場力疊加導(dǎo)致消磁。將液位計(jì)整體取出后，用磁棒從探桿底部開始到表頭處進(jìn)行磁化，重復(fù)2遍。完成后回裝液位計(jì)，上電并觀察2天使用情況，液位計(jì)現(xiàn)場顯示及遠(yuǎn)傳信號均正常。

在取出液位計(jì)過程發(fā)現(xiàn)另一個(gè)問題：現(xiàn)使用的液位計(jì)探桿為剛性硬桿，對液位計(jì)進(jìn)行檢修時(shí)必須使用吊車，吊裝過程中探桿易變形彎曲及存在一定的高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。如在后續(xù)檢修發(fā)現(xiàn)類似情況，建議將剛性硬桿更換軟纜。軟纜的維護(hù)、檢修更簡單方便。

原因分析：磁致伸縮式液位計(jì)處于強(qiáng)磁場干擾環(huán)境下，液位計(jì)探桿消磁，導(dǎo)致無法正常檢測到浮子。

（4）液位計(jì)LT706

檢查了線路情況：全部完好；顯示模塊、底板，正常無損壞；接線端子無銹蝕。觀察液位計(jì)使用的現(xiàn)場情況：液位計(jì)安裝在一個(gè)露天循環(huán)水池內(nèi)，在池內(nèi)水滿時(shí)，水位基本與液位計(jì)表殼底部齊平；在露天環(huán)境下使用探桿上容易結(jié)垢。初步判斷為液位計(jì)長期浸泡在露天水池內(nèi)，整體絕緣性下降；探桿消磁。在用砂紙打磨掉探桿上的結(jié)垢并用磁棒進(jìn)行磁化后，故障仍在。只能對液位計(jì)進(jìn)行了整體更換并適當(dāng)?shù)募娱L了探桿長度，提高液位計(jì)的防護(hù)等級（至少ⅠP66以上）。

原因分析：磁致伸縮式液位計(jì)處于露天水池內(nèi)，液位計(jì)探桿消磁、整體絕緣性下降，導(dǎo)致無法正常檢測到浮子。

6　結(jié)語

本文對磁致伸縮液位計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及故障處理進(jìn)行簡要分析，結(jié)合長輸管道實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)例著重說明磁致伸縮液位計(jì)應(yīng)用中容易出現(xiàn)的故障，并給出解決辦法，為磁致伸縮液位計(jì)在長輸管道應(yīng)用提供有益幫助。

［1］陳路，吳瑩，秦鵬，郭永剛，魏婷婷《磁致伸縮液位計(jì)的原理、應(yīng)用前景與故障分析》中國石油和化工自動(dòng)化年會(huì)2012.

［2賈貧《磁致伸縮液位計(jì)故障分析》化工自動(dòng)化及儀表2000（4）.

張?jiān)?中國石化銷售有限公司華南分公司，助理工程師，從事儀表管理工作。

楊昌群:中國石化銷售有限公司華南分公司，高級工程師，公司專家，安全總監(jiān)。