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投入式液位变送器在海水中的故障分析与处理方

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
1.概述
白泉大闸位于浙江省舟山市白泉镇大成海塘是1座以排涝挡潮为主,兼顾当地交通的中型水利工程。工程共安装10孔平板式闸门,每套启闭机装有2×7.5kW三相异步电动机,主变容量400kVA。整个自动化监控系统参照“无人值班(少人值守)”的要求,同时结合先进、可靠、实用的原则,采用开放式分层分布式结构。该系统分为2个层次,一为电站管理层的上位机,即主控站工业控制机;二为面向控制对象的当地控制单元ICU。上位机与当地控制单元ICU之间采用以太网络通讯,构成分布式结构的计算机监控管理系统以内河与外海的水位差来实现闸门的自动开停机控制。

2.故障现象
系统于2012年1月6日调试完成,正常运行了3个多月后,4月28日发现外海侧水位数据显示为零;连接公用PC,对在线程序观察数据进行检查发现,外海侧投入式液位变送器上送PLC的AD数据无变化,而外海侧实际水位已有1m左右。对于输出4~20mA、量程为10M的传感器,输出模拟量数值应该是56mA左右。用数字式万用表电流档测量传感器输出端,电流数值仅为38mA,因此判断为变送器故障,导致监控系统开停机控制流程不能顺利执行,影响了闸门计算机监控系统的正常运行

3.原因分析
3.1投入式液位变送器的工作原理
投入式液位变送是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理,采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应,将静压转成电信号的仪器。经过温度补偿和线性校正,转换成4~20mA的DC标准电流信号输出。
3.2故障分析
由故障现象和液位变送器工作原理推断,故障很有可能出现在传感器的隔离膜片上,导致敏感元件的压阻效应失效。隔离膜片是用来隔离传感器芯片和测量介质(海水),避免芯片被污染腐蚀从而影响传感器的动静态性能甚至烧毁传感器;而为了保证传感器有精准的测量精度和良好的灵敏度特性,一般情况下隔离膜片厚度小于0.1mm,这也决定了隔离膜片是整个传感器结构中ZUI薄弱的环节。拆下外海侧液位变送器,发现隔离膜片出现不同程度的锈蚀及鼓包现象,而且在焊接密封处也有类似的腐蚀现象。白泉大闸外海侧液位变送器使用的隔离膜片是316L材质,奥氏体不锈钢316L在许多被测介质条件中均具有很好的耐坑点腐蚀性能,但在氯离子腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力一般。根据大量的实验和实际使用证明,当使用介质中含有10pm以上的氯离子时,其应力腐蚀的危害性相当明显。海水介质中含氯离子成分比较高,长期在这种环境工况下运行,势必会出现坑点腐蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀,破坏隔离膜片,直接导致传感器故障。

4.处理方法
传感器与测量介质接触的隔离膜片,是利用金属材料的力学特性,将压力传递给变送器的传感膜片(见图1)。

为了减少压力传递过程中的损耗,通常采用金属特性较好、且厚度比较薄(小于0.1mm)的材质。在海水环境工况下使用,既要保持良好的金属特性,又要防止腐蚀损坏膜片,因此必须要选择更加耐腐蚀的材料(见表1)。
经比较分析,ZUI后选择了投入式液位变送器,其隔离膜片使用了哈氏合金材质。

5.结语
更换哈氏合金材质的液位传感器后,经过一段时间的运行,未出现外海侧水位数据显示不正常的现象,大大提高了闸门计算机监控系统的可靠性。
 
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