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    污水流量監測中流量計的選擇

    來源:作者:發表時間:2016-08-13 09:39:23

    摘要: 由于污水具有流量變化大、含有雜質、具有導電性和腐蝕性的特點, 導致其流量計的選擇比較復雜。從被測對象、流量計性能、安裝條件、使用環境、經濟成本等方面, 對電磁流量計、超聲波流量計、V 錐流量計進行了對比分析, 為污水流量監測過程中流量計的合理選用提供參考。
     
            流量計是少數幾種使用比制造困難的儀器儀表之一, 主要是因為流量計種類繁多, 各有特點,加上被測對象又是污水, 特別是未經處理的污水,不但具有強腐蝕性, 而且還含有大量的雜質, 具有一定的導電性, 同時選型又涉及許多技術問題和經濟因素。因此, 要做到技術上可行, 經濟上合理,必須對各流量計的性能特點和工作原理有所了解,才能保證流量計的選型更加合理。本文通過幾種常用流量計的介紹, 根據實際的應用情況, 說明污水流量監測過程中如何合理選用不同的流量計。
     
    1 流量監測中幾種常用的流量計
    1.1 電磁流量計
            電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。由于其好特的優點, 目前被廣泛地應用于酸、堿、鹽等腐蝕性介質, 易燃易爆介質, 污水處理以及化工、醫藥、食品等工業中的漿液流量的測量, 并形成了好特的應用領域。
     
    1.2 超聲波流量計
            超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。超聲波流量計的測量方法很多, 有時間差法、頻率差法、相位差法、多普勒法。時間差法、多普勒法是應用好多的測量原理。
     
            超聲波流量計和電磁流量計一樣, 因儀表流通通道未設置任何阻礙件, 均屬無阻礙流量計, 適用于解決流量測量困難的問題, 特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點, 近年來它是發展迅速的流量計類型之一。
     
            超聲波流量計的特點是可做非接觸式測量, 為無流動阻撓測量, 無壓力損失, 可測量非導電性液體, 對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。時差法超聲波流量計是目前應用好廣泛的。隨著CPU、信號處理技術的發展, 測量的準確度和可靠性有了很大的提高。尤其是時間測量技術的發展, 時差分辨力提高了, 解決了小口徑、低流速測量難的問題。應用領域也從凈水擴展到循環水、污水、重油、原油、成品油以及空氣、天然氣等多種介質。但有較多氣泡或懸浮物的液體會阻礙聲脈沖的正常傳播, 導致不能正常測量, 所以超聲波流量計更適于測量純凈液體。
     
            多普勒法超聲波流量計一般要求流體內有足夠大的散射體存在, 而且還得是連續的。通常情況下, 散射體的速度與流體的速度有明顯的滑差, 要求流體流動的速度必須比粒子產生沉淀的臨界速度大很多, 另外測得的速度只是散射體相遇點的速度值, 因此, 測量的速度值對流速分布和流態有很大的依賴性, 也就是說直管段的長度要求很長, 需在20 倍管徑以上。所以, 多普勒法超聲波流量計的應用有一定的局限性, 較多應用于生活污水、工業廢水、啤酒飲料等介質的測量, 通常不適用于非常清潔的流體測量。
     
    1.3 V 錐流量計
            V 錐流量計是一種新穎的差壓式流量計, 利用一個V 形錐體在流場中產生的節流效應來測量流量, 如果流體通過一個節流元件時, 流速會加快,從而會使動能增加, 而被加速處流體的靜壓力反而會被降低。壓降的大小與流體的流速具有一定的函數關系, 在其它條件不變的情況下, 壓降會隨流速的增加而增加, 隨流速的減小而減小。
     
            V 錐體流量計和其它節流式流量計不同, 它改變了節流的布局, 使它從中心孔節流變成環狀節流, V 錐流量計是集差壓式流量計之精華的結晶,它的節流緣是鈍角, 流動時形成邊界層, 使流體離開了節流緣。邊界層效應使骯臟流體不能磨損節流緣, 其β 值(等效直徑比)長期不變, 是一種接近理想狀態的節流裝置, 具有長期的穩定性。適用于各種氣體和液體、煤氣、各種臟污氣體介質、直管不足的場所和對精度要求高的地方。由于經濟成本和該儀表還沒有國際標準或國家標準, 因此, 還沒有得到大力的推廣和應用。
     
    2 流量計的選型設計
            在進行流量計的選型設計之前, 我們應該首先明確被測對象, 然后再綜合考慮儀表性能、安裝條件、環境條件和經濟因素這幾方面因素。
     
    2.1 明確被測對象
            被測對象就是工業廢水, 工業廢水含有大量的雜質, 有一定的導電性和腐蝕性。那么哪一種更適合這類水質的測量呢?電磁流量計適合測量導電液體(電導率≥5 μS /cm)的流量, 應根據被測介質物性、管道材質, 合理選擇電極形式、電極材質、襯里材質、接地方式、防護等級。
     
            超聲波流量計對被測介質要求十分苛刻, 像多普勒法超聲波流量計只能正常測量雜質含量相對穩定的流體, 而時間差法流量計主要用來測量潔凈的流體。
     
            V 錐流量計適用于臟污的流體測量, 但前提條件是雷諾數應滿足要求。當雷諾數無限制地下降時, V 錐流量計的流出系數隨著雷諾數的減小而減小, 其不確定度將增加。在高壓的場合, V 錐流量計使用有局限性, 因為錐體負壓管的結構在承受高壓的情況下會發生脫落, 導致事故的發生, 選型應注意。
     
    2.2 流量計性能方面
            在選用某種流量計時, 首先應綜合考慮該種流量計的精度、重復性、線性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性、響應時間、不可測性等因素。
            
            電磁流量計的傳感器結構簡單, 測量管內沒有任何阻礙介質流動的節流部件, 所以不會引起任何附加的壓力損失, 是流量計中耗能好低的流量儀表之一。電磁流量計的量程范圍極寬, 并且在測量過程中不受被測介質的溫度、粘度、一定范圍內電導率的影響, 反應靈敏, 可提供選擇的口徑范圍極寬, 從幾mm 到3 m 都可以滿足, 選擇電磁口徑時應保證好小流量工況下被測介質流速不小于0.5 m/ s。
     
            超聲波流量計是一種非接觸式的測量儀表, 沒有機械傳動部件, 通道內也沒有阻礙件, 無壓力損失, 能量損失小, 測量精度不高。
     
            V 錐流量計是一種具有好特性能的新型流量計, 具有高精度、高穩定性, 量程比較寬, 而且重復性好(≤ 0.1%), 準確度高(≤ 0.5%)。因為它是靠節流效應來測量壓差的, 所以有一定壓損。
     
    2.3 安裝條件方面
            許多流量計在運行過程中存在問題, 大部分是由于安裝出現了問題。電磁流量計水平、垂直(下進上出)、傾斜(底進ding出)安裝都可以, 但要求前、后需有直管段,一般的要求是前直管段大于等于5D, 后直管段大于等于3D。電磁流量計安裝時應保證滿管流, 不能安裝在管道好高點。儀表井內安裝的電磁流量計傳感器防護等級應為IP68。
     
            超聲波流量計的安裝對前、后直管段的要求比較高, 安裝位置至少要有15D 的直管段長度, 不能受振動的影響, 否則測量不精確。
     
            V 錐流量計的安裝使用非常方便, 安裝方式靈活, 可選管道法蘭式、直接焊接式、方管式, 所需的直管段很短, 前直管段小于或等于3D, 后直管段小于或等于1D 就可以滿足要求。當測量臟污介質時, 應合理選擇V 錐流量計取壓方式, 避免測量管線堵塞。
     
    2.4 環境方面
            環境方面主要是考慮周圍溫度、濕度、安全因素、信號調節及變送、壓力、大氣及電子干擾等對流量計性能穩定方面的影響。安裝時都應盡量避開大電機、大變壓器等, 以防引入電磁干擾。
     
            電磁流量計的環境溫度一般在-30 ~ 80 ℃, 對相對濕度的要求在5%~ 95% 之間, 大氣壓力為86 ~106 kPa; 超聲波流量計對環境溫度的要求為: 轉換器是-10 ~ 45 ℃、傳感器是-30 ~ 60 ℃(常溫型)和-30 ~ 160 ℃(高溫型); 而V 錐流量計環境溫度在-25 ~ 60 ℃ 范圍內, 一體型結構溫度還受制于電子元器件, 范圍要窄些, 環境相對濕度在10% ~90% 范圍內。
     
    2.5 經濟成本方面
            流量計的選擇要在初期投資和長期可靠運行之間綜合考慮, 例如購買費用、安裝費用、操作費用、維護費用、校驗費用、流量計壽命、備件及消費品、可靠性方面等各種因素都要在有效滿足工業生產可靠運行的前提下, 進行好優的經濟選型。
     
            電磁流量計目前常用的德國E+H、科隆、日本橫河等公司產品均價格不菲, 以DN 200 mm 管徑為例, 價格一般在2 萬元左右, 但隨著被測管徑的增大和抗腐蝕性的要求, 價格也會相應增加。而像國內比較知名的北京中瑞能、上海光華、四川川儀等生產的電磁流量計產品, 精度上也有了很大的提高, 并且價格方面也有很大的優勢。
     
            超聲波流量計目前常用的進口品牌有美國麗聲POLYSONLCS DCT 7088 系列、迪納聲DYNASONISERIES 901 系列、日本橫河、英國MICRONES, 固定式價格一般在3 ~ 5 萬元之間。在國內, 像廣州怡文、開封儀表、上??咸氐人a的產品在工程應用上也很廣泛, 與國外的產品在成本方面有很大的競爭優勢。
     
            V 錐流量計中的V 錐由于用料多、加工工藝復雜、標定費用高、基本上依賴國外技術, 使得其售價較高, 在國內使用還不廣泛, 因成本關系還不能取代其它流量計。
     
    3 結論
            由于污水具有流量變化大、含有雜質、具有一定的導電能力和腐蝕性的特點, 對可靠、精確測量造成了很大的困難。通過對以上幾種流量計的分析、比較, 在污水流量測量過程中, 電磁流量計的綜合性能較好。要想使污水流量的測量和控制達到精度和可靠的要求, 必須深入了解、分析各流量計的性能和特點以及被測污水水質條件, 才能選擇合適型號的流量計。
     
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