污水流量監測中流量計的選擇

由于污水具有流量變化大、含有雜質(zhì)、具有導電性和腐蝕性的特點(diǎn)，導致其流量計的選擇比較復雜。流量計是少數幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因為流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，處于運動(dòng)狀態(tài)的液體內部不僅存在著(zhù)粘性摩擦作用，還會(huì )產(chǎn)生不穩定的旋渦和二次流等復雜流動(dòng)現象。測量?jì)x表本身受到眾多因素，如：管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動(dòng)狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。面對國內外十幾類(lèi)、上百個(gè)品種的流量?jì)x表，（先后發(fā)展起來(lái)的有容積式、差壓式、渦街式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類(lèi)型），如何根據流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟性等因素合理選型，是應用好流量?jì)x表的前提和基礎。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數據的提供和儀表的安裝、使用、維護是否合理也相當重要。以下介紹污水流量測量中經(jīng)常使用的電磁式、渦街式、差壓式等幾種流量計的選型設計，并根據污水處理工藝，從理論和實(shí)踐兩方面闡述它們各自的特點(diǎn)。
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(lèi)繁多，各有特點(diǎn)，加上被測對象又是污水，特別是未經(jīng)處理的污水，不但具有強腐蝕性，而且還含有大量的雜質(zhì)，具有一定的導電性，同時(shí)選型又涉及許多技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟因素。因此，要做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，必須對各流量計的性能特點(diǎn)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(guò)幾種常用流量計的介紹，根據實(shí)際的應用情況，說(shuō)明污水流量監測過(guò)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 污水流量計
污水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。由于其獨特的優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛地應用于酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)，易燃易爆介質(zhì)，污水處理以及化工、醫藥、食品等工業(yè)中的漿液流量的測量，并形成了獨特的應用領(lǐng)域。
1.2 超聲波流量計
超聲波流量計是通過(guò)檢測流體流動(dòng)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(shí)間差法、頻率差法、相位差法、多普勒法。時(shí)間差法、多普勒法是應用最多的測量原理。
超聲波流量計和污水流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無(wú)阻礙流量計，適用于解決流量測量困難的問(wèn)題，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)它是發(fā)展迅速的流量計類(lèi)型之一。
超聲波流量計的特點(diǎn)是可做非接觸式測量，為無(wú)流動(dòng)阻撓測量，無(wú)壓力損失，可測量非導電性液體，對無(wú)阻撓測量的污水流量計是一種補充。時(shí)差法超聲波流量計是目前應用最廣泛的。隨著(zhù)CPU、信號處理技術(shù)的發(fā)展，測量的準確度和可靠性有了很大的提高。尤其是時(shí)間測量技術(shù)的發(fā)展，時(shí)差分辨力提高了，解決了小口徑、低流速測量難的問(wèn)題。應用領(lǐng)域也從凈水擴展到循環(huán)水、污水、重油、原油、成品油以及空氣、天然氣等多種介質(zhì)。但有較多氣泡或懸浮物的液體會(huì )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(dòng)的速度必須比粒子產(chǎn)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(diǎn)的速度值，因此，測量的速度值對流速分布和流態(tài)有很大的依賴(lài)性，也就是說(shuō)直管段的長(cháng)度要求很長(cháng)，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(yè)廢水、啤酒飲料等介質(zhì)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(gè)V形錐體在流場(chǎng)中產(chǎn)生的節流效應來(lái)測量流量，如果流體通過(guò)一個(gè)節流元件時(shí)，流速會(huì )加快，從而會(huì )使動(dòng)能增加，而被加速處流體的靜壓力反而會(huì )被降低。壓降的大小與流體的流速具有一定的函數關(guān)系，在其它條件不變的情況下，壓降會(huì )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(huán)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(dòng)時(shí)形成邊界層，使流體離開(kāi)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(cháng)期不變，是一種接近理想狀態(tài)的節流裝置，具有長(cháng)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(zhì)、直管段不足的場(chǎng)所和對精度要求高的地方。由于經(jīng)濟成本和該儀表還沒(méi)有國際標準或國家標準，因此，還沒(méi)有得到大力的推廣和應用。
2、流量計的選型設計
在進(jìn)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(huán)境條件和經(jīng)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(yè)廢水，工業(yè)廢水含有大量的雜質(zhì)，有一定的導電性和腐蝕性。那么哪一種更適合這類(lèi)水質(zhì)的測量呢？污水流量計適合測量導電液體（電導率>≥5μS/cm）的流量，應根據被測介質(zhì)物性、管道材質(zhì)，合理選擇電極形式、電極材質(zhì)、襯里材質(zhì)、接地方式、防護等級。
超聲波流量計對被測介質(zhì)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(zhì)含量相對穩定的流體，而時(shí)間差法流量計主要用來(lái)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(mǎn)足要求。當雷諾數無(wú)限制地下降時(shí)，V錐流量計的流出系數隨著(zhù)雷諾數的減小而減小，其不確定度將增加。在高壓的場(chǎng)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(huì )發(fā)生脫落，導致事故的發(fā)生，選型應注意。
2.2 流量計性能方面
在選用某種流量計時(shí)，首先應綜合考慮該種流量計的精度、重復性、線(xiàn)性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性、響應時(shí)間、不可測性等因素。
污水流量計的傳感器結構簡(jiǎn)單，測量管內沒(méi)有任何阻礙介質(zhì)流動(dòng)的節流部件，所以不會(huì )引起任何附加的壓力損失，是流量計中耗能最低的流量?jì)x表之一。污水流量計的量程范圍極寬，并且在測量過(guò)程中不受被測介質(zhì)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3m都可以滿(mǎn)足，選擇電磁口徑時(shí)應保證最小流量工況下被測介質(zhì)流速不小于0.5m/s。
超聲波流量計是一種非接觸式的測量?jì)x表，沒(méi)有機械傳動(dòng)部件，通道內也沒(méi)有阻礙件，無(wú)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獨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(lái)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(guò)程中存在問(wèn)題，大部分是由于安裝出現了問(wèn)題。污水流量計水平、垂直（下進(jìn)上出）、傾斜（底進(jìn)頂出）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。污水流量計安裝時(shí)應保證滿(mǎn)管流，不能安裝在管道最高點(diǎn)。儀表井內安裝的污水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(cháng)度，不能受振動(dòng)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(mǎn)足要求。當測量臟污介質(zhì)時(shí)，應合理選擇V錐流量計取壓方式，避免測量管線(xiàn)堵塞。
2.4環(huán)境方面
環(huán)境方面主要是考慮周?chē)鷾囟?、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(shí)都應盡量避開(kāi)大電機、大變壓器等，以防引入電磁干擾。
污水流量計的環(huán)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86～106kPa；超聲波流量計對環(huán)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(huán)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(huán)境相對濕度在10%～90%范圍內。
2.5 經(jīng)濟成本方面
流量計的選擇要在初期投資和長(cháng)期可靠運行之間綜合考慮，例如購買(mǎi)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(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)可靠運行的前提下，進(jìn)行最優(yōu)的經(jīng)濟選型。
污水流量計目前常用的德國E＋H等公司產(chǎn)品均價(jià)格不菲，以DN200mm管徑為例，價(jià)格一般在2萬(wàn)元左右，但隨著(zhù)被測管徑的增大和抗腐蝕性的要求，價(jià)格也會(huì )相應增加。而像國內比較知名的北京中等生產(chǎn)的污水流量計產(chǎn)品，精度上也有了很大的提高，并且價(jià)格方面也有很大的優(yōu)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(lài)國外技術(shù)，使得其售價(jià)較高，在國內使用還不廣泛，因成本關(guān)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(zhì)、具有一定的導電能力和腐蝕性的特點(diǎn)，對可靠、精確測量造成了很大的困難。通過(guò)對以上幾種流量計的分析、比較，在污水流量測量過(guò)程中，污水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(diǎn)以及被測污水水質(zhì)條件，才能選擇合適型號的流量計。

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