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污水池液位計(jì)在海水水位測(cè)量中的故障分析與處理
1、問題背景
本案例的工程是一個(gè)位于浙江舟山市白泉鎮(zhèn)的大型的海塘，其功能主要是用以排澇，同時(shí)作為當(dāng)?shù)氐闹匾闹行退こ獭Ｔ摴こ桃还舶惭b了十孔平板式閘門，每套都配備籽2-7.5千瓦的電動(dòng)機(jī)，總變壓容量為400KVA。該工程的的系統(tǒng)運(yùn)行采用了“無(wú)人值守”方案，結(jié)合可靠實(shí)用，保證技術(shù)先進(jìn)的前提下，運(yùn)用開放分層分布結(jié)構(gòu)。分為兩個(gè)層次，*一層次為電站管理層的上位機(jī),即主控站工業(yè)控制機(jī); *二層次為面向控制對(duì)象的當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU。采用以太網(wǎng)絡(luò)通訊將上位機(jī)與當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU之間連接,構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng),以內(nèi)河與外海的水位差來(lái)實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)開停機(jī)控制。
2、故障現(xiàn)象
該系統(tǒng)在2012年1月6日調(diào)試完成,經(jīng)過3個(gè)多月的正常運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)外海側(cè)水位數(shù)據(jù)顯示為零;連接公用PLC,對(duì)在線程序觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn),外海側(cè)污水池液位計(jì)上送PLC的AD數(shù)據(jù)無(wú)變化,而外海側(cè)實(shí)際水位已有1m左右。對(duì)于輸出4～20mA、量程為10M的傳感器,輸出模擬量數(shù)值應(yīng)該是5.6mA左右。通過用數(shù)字式萬(wàn)用表電流檔測(cè)量傳感器的輸出端,發(fā)現(xiàn)電流數(shù)值僅為3.8mA,至此可以判斷為變送器故障,導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)開停機(jī)控制流程不能順利執(zhí)行,影響了閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3、原因分析
3.1 污水池液位計(jì)的工作原理
污水池液位計(jì)是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理,采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng),將靜壓轉(zhuǎn)成電信號(hào)的儀器。經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性校正,轉(zhuǎn)換成4～20mA的DC標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。
3.2 故障分析
由故障現(xiàn)象和污水池液位計(jì)工作原理推斷,故障很有可能出現(xiàn)在傳感器的隔離膜片上,導(dǎo)致敏感元件的壓阻效應(yīng)失效。隔離膜片是用來(lái)隔離傳感器芯片和測(cè)量介質(zhì)(海水),避免芯片被污染腐蝕從而影響傳感器的動(dòng)靜態(tài)性能甚至燒毀傳感器;而為了保證傳感器有精準(zhǔn)的測(cè)量精度和良好的靈敏度特性,一般情況下隔離膜片厚度小于0.1mm,這也決定了隔離膜片是整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)中*薄弱的環(huán)節(jié)。拆下外海側(cè)液位變送器,發(fā)現(xiàn)隔離膜片出現(xiàn)不同程度的銹蝕及鼓包現(xiàn)象,而且在焊接密封處也有類似的腐蝕現(xiàn)象。
外海側(cè)污水池液位計(jì)使用的隔離膜片是316L材質(zhì),奧氏體不銹鋼316L在許多被測(cè)介質(zhì)條件中均具有很好的耐坑點(diǎn)腐蝕性能,但在氯離子腐蝕環(huán)境中的耐應(yīng)力腐蝕能力一般。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用證明,當(dāng)使用介質(zhì)中含有10ppm以上的氯離子時(shí),其應(yīng)力腐蝕的危害性相當(dāng)明顯。海水介質(zhì)中含氯離子成分比較高,長(zhǎng)期在這種環(huán)境工況下運(yùn)行,勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)坑點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕,破壞隔離膜片,直接導(dǎo)致傳感器故障。
4、處理方法
傳感器與測(cè)量介質(zhì)接觸的隔離膜片,是利用金屬材料的力學(xué)特性,將壓力傳遞給變送器的傳感膜片(見圖1)。為了減少壓力傳遞過程中的損耗,通常采用金屬特性較好、且厚度比較薄(小于0.1mm)的材質(zhì)。在海水環(huán)境工況下使用,既要保持良好的金屬特性,又要防止腐蝕損壞膜片,因此必須要選擇更加耐腐蝕的材料(見表1)經(jīng)比較分析,*后選擇了由合肥中亞傳感器有限公司生產(chǎn)的PT311L1污水池液位計(jì),其隔離膜片使用了哈氏合金材質(zhì)。
| 表1海洋環(huán)境工況下液位變速器隔離膜片材料的耐腐蝕性能比較 | |||
| 類別 | 名稱 | 耐腐蝕性能 | 備 注 |
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合 金 |
316SSTT 316LSST |
是常用的奧氏體不銹鋼.與N標(biāo)準(zhǔn)的302SST不銹鋼相 比較，316SST和3161SST對(duì)硫酸、硫化物溶液，鈉及錳的鹽 溶液、盌酸溶液及磷酸溶液的耐蝕性都優(yōu)于302SST.對(duì)醋 酸、蟻酸、甲酸和熱堿溶液也具有良好的耐蝕性.. 此類鋼的含碳M較低•故焊接后可不進(jìn)行熱處理.尤芄 是稱為超低碳不誘鋼的316LS%抗晶間腐蝕性能優(yōu)于 316S^T.因此耐蝕性能更好. |
不耐氫氟酸、濕氯氣、鹽酸氣 體•以及碘、溴等的腐蝕. |
| 蒙耐爾合金 | 除鉑和銀以外•是*耐氫氟酸的金誠(chéng)之一，也可用作氯 化物、海水、堿中的防腐蝕材料.. | 不耐硝酸、鹽酸、高濃度或沸 騰狀態(tài)的硫酸•乜不適合在酸性鐵 鹽、錫鹽等溶液中使用.在測(cè)M介 質(zhì)氫氟酸中進(jìn)人的氧含M過多時(shí)• 耐蝕性會(huì)下降；在髙濃度的氫氧化 鈉中•耐蝕性也較差. | |
| 哈氏合金C 哈氏C一276 | 具有比•般奧氏體不銹鋼髙得多的耐腐蝕能力.適于在 多種腐蝕性介質(zhì)的混合液中使用.如濕氟氣，干氟氣、硝酸 (< 50 鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸、次氟酸鹽、氟化鐵、 氟化銅、苛性鈉，海水和各種有機(jī)酸環(huán)境B | ||
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純 金 m |
鎳 |
特別能耐堿的腐蝕•不論在高溫或熔融的堿中都比較穩(wěn) 定•所以主要用于制堿T.業(yè)， 常溫下.鎳在海水和鹽類溶液及有機(jī)介質(zhì)（如脂肪酸， 酚、醇等）中*為穩(wěn)定. |
不耐無(wú)機(jī)酸腐蝕•在醋酸和蟻 酸中也不穩(wěn)定. |
| 鈦 | 是耐蝕性非常好的純金屬..特別是在各種濃度的硝酸、 有機(jī)酸，諷化物，濕氣氣和堿中有很強(qiáng)的耐蝕性. | 不耐較純的還原性酸和鹽酸的 腐蝕. | |
| 鉭 | 是具有髙度化學(xué)穩(wěn)定性的純金誠(chéng).在許多腐蝕性介質(zhì) 中•如無(wú)機(jī)酸、王水、有機(jī)酸、M化物、鹽類、腐蝕性氣體 等有*強(qiáng)的耐腐性.. | 不耐氫氟酸、發(fā)煙硫酸、游離 三氧化硫、碘化鉀、含氟離子溶液 和高溫下的強(qiáng)堿腐蝕. | |
更換哈氏合金材質(zhì)的液位傳感器后,經(jīng)過一時(shí)間的運(yùn)行,未出現(xiàn)外海側(cè)水位數(shù)據(jù)顯示不正常的現(xiàn)象,大大提高了閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。
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