白泉大闸投入式液位变送器在海水中的故障分析与处理

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 *7.5 kW 三相异步电动机, 主变容量400 kVA。整个自动化监控系统参照 “无人值班( 少人值守) ”的要求, 同时结合先金、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LCU。上位机与当地控制单元LCU 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PLC, 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1 m左右。对于输出4~ 20 mA、量程为10 M的传感器, 输出模拟量数值应该是5.6 mA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3�8 mA, 因此判断为液位变送器的故障, 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

投入式液位变送器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~ 20 mA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�1 mm, 这也决定了隔离膜片是整个传感器结构中#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10 ppm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, 直接导致液位变送器的传感器发生故障。

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0.1 mm) 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) 。