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本文引言：

    哈尔滨市磨盘山水库引水工程，设计规模为900km3/d。输水管线长176km，管道直径为DN2200，输水的实时流量和累积流量数据，采用超大口径电磁流量计进行计量。

1 电磁流量计原理及优点

    1.1 电磁流量计原理

    传感器由测量管、激磁线圈和测量电极等元件组成。测量原理基于法拉第电磁感应定律。激磁绕组供电产生磁场，导电的输水介质通过测量管磁场时，切割磁力线运动，在垂直于磁场及流速的方向上产生感应电势U，其表达式如下：

     （1）

式中：K为仪表结构常数；B为磁感应强度；V为平均流速；D为测量管内径。

    电磁流量计传感器中，感应电势原始电压信号是平均流速的线性函数，它与流速分布及介质的其他特性无关。

    感应电势(毫伏电信号)经电缆传送至智能转换器，进行数字化处理，计算实时流量、累积流量。并转换为标准信号输出[1]。

    1.2 电磁流量计测量的优点

    输水计量采用电磁流量计测量具有以下几个优点。

    ①输水管线管内无缩径或突出部件，压力损失几乎为零；

    ②感应电信号与管截面的平均值相关，仅需较短的前后直管段，这对减小流量计井的尺寸、降低工程成本尤为重要；

    ③输水介质含有一定泥沙的量，而电磁流量计传感器只有衬里和电极与水接触，并防腐、耐磨，仪表寿命长[2]；

    ④超大口径电磁流量计通过接口与实时计算机监控系统连接，可对输水流量信息进行数据通信。

   
2 传感器安装的防干扰控制

    2.1 传感器安装接地措施

    传感器安装接地直接影响系统抗干扰性能，所用接地线必须防止感应到任何其他干扰电压。因此，不能把接地线与其他带电电气设备的接地连线在一起；接地施工采用就地打接地极方式接地。在流量计井外侧安装接地极，采用扁钢引入流量计接地点。接地电阻值不大于10，传感器接地如图1所示。

图1 传感器接地

    2.2 接地环安装措施

    输水管道采用内有绝缘涂层的金属管道，必须安装接地环，提高抗干扰性能，否则会造成仪表工作不稳定。接地环安装方式如图2所示。

图2 接地环安装

    图2中：V1、V2为接地线，由制造厂提供；PE为功能接地线，施工现场采用扁钢制作。D1、D2为密封垫片；E为接地环；F1为管道法兰；F为传感器法兰；Y为传感器信号输出端。

    2.3 电缆的敷设与屏蔽措施

    超大口径电磁流量计励磁绕组功率较大，在流量计井的传感器IFS4000F与智能转换器IFC110F之间，必须加设放大器NB900F，才可满足励磁要求。

    电磁流量计接线及屏蔽连接要注意以下几点。   

    ①电磁流量计传感器与转换器之间的连接电缆采用厂商供应的电缆。不可引入外界干扰。电缆的敷设采用钢管保护。

    ②励磁电源、信号电缆，为防止被机械压伤、门齿类动物(老鼠)咬伤，要求电缆分别穿管敷设。

    ③接线盒中的电缆不允许交叉或盘绕。

    ④保护接地线PE必须接到接线盒中单独的U型夹头接线端子。

    ⑤施工中切勿松开信号转换器内黄绿线U型夹头接线端子和端子10之间的保护连接导体。

3 关键工艺控制点

    现场安装过程中，为了不影响计量系统的检测精度，必须严格满足下述工艺要求。

    ①电极轴线保持水平。电磁流量计传感器安装时，2个电极的轴线必须在水平方向上。

    ②被测介质充满测量管。测量管内保证充满水，不能有非满管或有气泡聚集在测量管中的现象。

    ③满足流动方向与直管段要求。传感器上箭头所指的方向为介质流动的正方向；超大口径电磁流量计(传感器与转换器分体安装)设计均安装在管道的流量计井内。为了保证计量准确，必须保证流量计D/后2D直管段要求(D为公称直径)。

4 超大口径电磁流量计的安装

    4.1 传感器与伸缩节的组装

    按传感器上的箭头在流量计的下游侧安装接地环及伸缩节，并将伸缩节预调节为短状态。

    4.2 流量计井内断口

    流量计井内断口步骤如下。   

    ①确认安装传感器断口部位，测量断管尺寸(按伸缩节伸展后尺寸)。

    ②管道断口区开天窗，进入管内做米字型钢支撑，确保管道圆度，防止断口后管端变形而影响法兰安装。

    ③断口后，在两侧管端用机械方法处理坡口，达到焊接法兰要求[4]。

    4.3 吊装

    组装后的传感器加伸缩节，总重约6t，现场采用25t汽车起重机吊装就位。吊装就位后，调节释放伸缩节，在上游法兰与传感器之间加装接地环、密封垫，穿入螺栓找正并紧固；同样在下游法兰与伸缩节之间加装密封垫、穿入螺栓并紧固。

    4.4 法兰焊接

    调整管道上下游法兰、接地环和密封垫的位置，紧固螺栓，并点焊固定。拆除上下游法兰预紧固螺栓，调节收缩伸缩节，使上下游法兰脱离流量计及伸缩节，法兰内侧留出施焊空间。法兰内外采用角焊缝方式焊接上下游2片法兰。

    4.5 焊口无损检测与防腐处理

    ①检测标准与合格等级

    所有法兰接口角焊缝需进行无损检测，采用电磁探伤方式，检查比例为100%。质量应符合标准JB4730-2005的二级要求[5]。若检查出管道法兰的焊缝有超标缺陷，应及时处理，终使复检合格。任何焊缝只能修补一次。

    ②内侧防腐法兰焊缝外

    法兰的钢制管件内外防腐与钢管本体处理方式相同，法兰焊缝外防腐涂刷改性氯磺化聚乙烯防腐涂料；法兰内防腐涂料为饮用水级无毒环氧涂料。内多侧均采用二底二面涂层。

    4.6 传感器伸缩节整体紧固定位

    上下游法兰焊缝经探伤合格后，进入传感器伸缩节整体紧固定位工序。

    ①调节释放伸缩节，在上游法兰与传感器之间，加装接地环、密封垫，穿入螺栓并紧固。

    ②在下游法兰与伸缩节之间加装密封垫，穿入螺栓并紧固。

    ③按对称方式，紧固全部法兰螺栓并安装定位传感器与伸缩节。

    4.7 系统水压试验

    传感器与伸缩节整体安装结束后，应随输水管道一同进行水压试验。试验压力为1.5倍工作压力。水压试验合格后，可以投入运行[6]。

5 系统调试与投运

    根据仪表参数、工艺参数、运行控制方式，对智能变送器进行主菜单、子程序的功能和数据组态设定；当管道充满过程流体(水)后，针对传感器电缆、电极进行阻抗及绝缘性能测试；利用GS8A模拟器对智能变送器模拟测试。

6 系统检查与投入运行

    6.1 检查传感器

    ①准备工作

    测量管道充满过程流体(水)并静止。在打开壳体(箱)之前必须先停电。检查所需的测量仪表和工具包括欧姆表或交流电压/电阻电桥。检查前必须拔出(信号和励磁)插头，注意不要移开信号转换器端子箱内部的连接(在U形夹和端子10间的黄绿导线)。

    ②检查内容

    测量7和8两线间(励磁绕组)电阻，正常应为20~170Ω。测量1对7回路间(励磁与信号回路)绝缘电阻，正常值应﹥20MΩ。电极回路的测量，用交流电压/电阻电桥分别测1-2和1-3回路间电阻，两个值正常为1kΩ~1MΩ，并应大致相等，检测的阻抗主要决定于输水的电导率[7]。

    ③电极回路检查结果分析

    如果差异，表明电极接线断裂或电极污染；小于此范围，则排出管内流体再测量；如果仍然太低，电极线路短路。

    6.2 用GS8A模拟器检查智能转换器

    ①检查接线

    从端子箱中断开所有与传感器的接线1、2、3、7、8，并记录每颗电缆端子的接线位置。将毫安表连接到端子I+/I-，精度0.1级，内阻Ri=15~500Ω，量程范围0~20mA，脉冲范围0~10kHz；时间基准至少为1s。

    ②检查步骤及方法

    根据Ftc1.011.051.063.02程序数据设定，计算、校核零点、mA输出范围、脉冲输出值。

    GS8A模拟器发出零点模拟信号，校验变送器零点值；GS8A模拟器电流输出设定点的mA值应在允差范围内；GS8A模拟器脉冲输出设定点的每小时脉冲值应在允许范围内。

    6.3 系统投运

    校核结束，停电后拆卸校验接线，恢复传感器电缆接线。系统检查、校核无误后，再次送电，系统即可正式投入运行。

7 结束语

    城市引水工程输水管线超大口径电磁流量计在安装过程中，必须严格控制传感器的防干扰措施；严格控制影响测量精度的几个关键工艺点；控制现场安装流程中组装、吊装、焊接、无损检测、防腐等环节的质量；根据仪表参数、工艺参数、控制参数，正确地设定菜单程序的功能和数据，以保证系统预期指标。哈尔滨引水工程实践表明，采用上述工程方法，仪表系统运行一年来，计量的准确性、运行的可靠性均满足设计要求。