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污水流量监测中流量计的选择

发布时间:2020-08-10 07:54:21

由于污水具有流量变化大、含有杂质、具有导电性和腐蚀性的特点,导致其流量计的选择比较复杂。流量计是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。这是因为流量是一个动态量,处于运动状态的液体内部不仅存在着粘性摩擦作用,还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。测量仪表本身受到众多因素,如:管道、口径大小、形状(圆形、矩形)、边界条件、介质的物性(温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等)、流体的流动状态(紊流状态、速度分布等)以及安装条件与水平的影响。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表,(先后发展起来的有容积式、差压式、涡街式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型),如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型,是应用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证,工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。以下介绍污水流量测量中经常使用的电磁式、涡街式、差压式等几种流量计的选型设计,并根据污水处理工艺,从理论和实践两方面阐述它们各自的特点。
流量计是少数几种使用比制造困难的仪器仪表之一,主要是因为流量计种类繁多,各有特点,加上被测对象又是污水,特别是未经处理的污水,不但具有强腐蚀性,而且还含有大量的杂质,具有一定的导电性,同时选型又涉及许多技术问题和经济因素。因此,要做到技术上可行,经济上合理,必须对各流量计的性能特点和工作原理有所了解,才能保证流量计的选型更加合理。本文通过几种常用流量计的介绍,根据实际的应用情况,说明污水流量监测过程中如何合理选用不同的流量计。
1、流量监测中几种常用的流量计
1.1 污水流量计
污水流量计是根据法拉*电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点,目前被广泛地应用于酸、碱、盐等腐蚀性介质,易燃易爆介质,污水处理以及化工、医药、食品等工业中的浆液流量的测量,并形成了独特的应用领域。
1.2 超声波流量计
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。超声波流量计的测量方法很多,有时间差法、频率差法、相位差法、多普勒法。时间差法、多普勒法是应用*多的测量原理。
超声波流量计和污水流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,适用于解决流量测量困难的问题,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的流量计类型之一。
超声波流量计的特点是可做非接触式测量,为无流动阻挠测量,无压力损失,可测量非导电性液体,对无阻挠测量的污水流量计是一种补充。时差法超声波流量计是目前应用*广泛的。随着CPU、信号处理技术的发展,测量的准确度和可靠性有了很大的提高。尤其是时间测量技术的发展,时差分辨力提高了,解决了小口径、低流速测量难的问题。应用领域也从净水扩展到循环水、污水、重油、原油、成品油以及空气、天然气等多种介质。但有较多气泡或悬浮物的液体会阻碍声脉冲的正常传播,导致不能正常测量,所以超声波流量计更适于测量纯净液体。
多普勒法超声波流量计一般要求流体内有足够大的散射体存在,而且还得是连续的。通常情况下,散射体的速度与流体的速度有明显的滑差,要求流体流动的速度必须比粒子产生沉淀的临界速度大很多,另外测得的速度只是散射体相遇点的速度值,因此,测量的速度值对流速分布和流态有很大的依赖性,也就是说直管段的长度要求很长,需在20倍管径以上。所以,多普勒法超声波流量计的应用有一定的局限性,较多应用于生活污水、工业废水、啤酒饮料等介质的测量,通常不适用于非常清洁的流体测量。
1.3 V锥流量计
V锥流量计是一种新颖的差压式流量计,利用一个V形锥体在流场中产生的节流效应来测量流量,如果流体通过一个节流元件时,流速会加快,从而会使动能增加,而被加速处流体的静压力反而会被降低。压降的大小与流体的流速具有一定的函数关系,在其它条件不变的情况下,压降会随流速的增加而增加,随流速的减小而减小。
V锥体流量计和其它节流式流量计不同,它改变了节流的布局,使它从中心孔节流变成环状节流,V锥流量计是集差压式流量计之精华的结晶,它的节流缘是钝角,流动时形成边界层,使流体离开了节流缘。边界层效应使肮脏流体不能磨损节流缘,其β值(等效直径比)长期不变,是一种接近理想状态的节流装置,具有长期的稳定性。适用于各种气体和液体、煤气、各种脏污气体介质、直管段不足的场所和对精度要求高的地方。由于经济成本和该仪表还没有国际标准或**标准,因此,还没有得到大力的推广和应用。
2、流量计的选型设计
在进行流量计的选型设计之前,我们应该*先明确被测对象,然后再综合考虑仪表性能、安装条件、环境条件和经济因素这几方面因素。
2.1 明确被测对象
被测对象就是工业废水,工业废水含有大量的杂质,有一定的导电性和腐蚀性。那么哪一种更适合这类水质的测量呢?污水流量计适合测量导电液体(电导率>≥5μS/cm)的流量,应根据被测介质物性、管道材质,合理选择电*形式、电*材质、衬里材质、接地方式、防护等级。
超声波流量计对被测介质要求十分苛刻,像多普勒法超声波流量计只能正常测量杂质含量相对稳定的流体,而时间差法流量计主要用来测量洁净的流体。
V锥流量计适用于脏污的流体测量,但前提条件是雷诺数应满足要求。当雷诺数无限制地下降时,V锥流量计的流出系数随着雷诺数的减小而减小,其不确定度将增加。在高压的场合,V锥流量计使用有局限性,因为锥体负压管的结构在承受高压的情况下会发生脱落,导致事故的发生,选型应注意。
2.2 流量计性能方面
在选用某种流量计时,*先应综合考虑该种流量计的精度、重复性、线性度、量程比、压力损失、输出信号特性、响应时间、不可测性等因素。
污水流量计的传感器结构简单,测量管内没有任何阻碍介质流动的节流部件,所以不会引起任何附加的压力损失,是流量计中耗能*低的流量仪表之一。污水流量计的量程范围*宽,并且在测量过程中不受被测介质的温度、粘度、一定范围内电导率的影响,反应灵敏,可提供选择的口径范围*宽,从几mm到3m都可以满足,选择电磁口径时应保证*小流量工况下被测介质流速不小于0.5m/s。
超声波流量计是一种非接触式的测量仪表,没有机械传动部件,通道内也没有阻碍件,无压力损失,能量损失小,测量精度不高。V锥流量计是一种具有独特性能的新型流量计,具有高精度、高稳定性,量程比较宽,而且重复性好(≤0.1%),准确度高(≤0.5%)。因为它是靠节流效应来测量压差的,所以有一定压损。
2.3 安装条件方面
许多流量计在运行过程中存在问题,大部分是由于安装出现了问题。污水流量计水平、垂直(下进上出)、倾斜(底进顶出)安装都可以,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。污水流量计安装时应保证满管流,不能安装在管道*高点。仪表井内安装的污水流量计传感器防护等级应为IP68。
超声波流量计的安装对前、后直管段的要求比较高,安装位置至少要有15D的直管段长度,不能受振动的影响,否则测量不精确。
V锥流量计的安装使用非常方便,安装方式灵活,可选管道法兰式、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就可以满足要求。当测量脏污介质时,应合理选择V锥流量计取压方式,避免测量管线堵塞。
2.4环境方面
环境方面主要是考虑周围温度、湿度、安全因素、信号调节及变送、压力、大气及电子干扰等对流量计性能稳定方面的影响。安装时都应尽量避开大电机、大变压器等,以防引入电磁干扰。
污水流量计的环境温度一般在-30~80℃,对相对湿度的要求在5%~95%之间,大气压力为86~106kPa;超声波流量计对环境温度的要求为:转换器是-10~45℃、传感器是-30~60℃(常温型)和-30~160℃(高温型);而V锥流量计环境温度在-25~60℃范围内,一体型结构温度还受制于电子元器件,范围要窄些,环境相对湿度在10%~90%范围内。
2.5 经济成本方面
流量计的选择要在初期投资和长期可靠运行之间综合考虑,例如购买费用、安装费用、操作费用、维护费用、校验费用、流量计寿命、备件及消费品、可靠性方面等各种因素都要在有效满足工业生产可靠运行的前提下,进行*优的经济选型。
污水流量计目前常用的德国E+H等公司产品均价格不菲,以DN200mm管径为例,价格一般在2万元左右,但随着被测管径的增大和抗腐蚀性的要求,价格也会相应增加。而像国内比较知名的北京中等生产的污水流量计产品,精度上也有了很大的提高,并且价格方面也有很大的优势。
V锥流量计中的V锥由于用料多、加工工艺复杂、标定费用高、基本上依赖国外技术,使得其售价较高,在国内使用还不广泛,因成本关系还不能取代其它流量计。
3、结论
由于污水具有流量变化大、含有杂质、具有一定的导电能力和腐蚀性的特点,对可靠、精确测量造成了很大的困难。通过对以上几种流量计的分析、比较,在污水流量测量过程中,污水流量计的综合性能较好。要想使污水流量的测量和控制达到精度和可靠的要求,必须深入了解、分析各流量计的性能和特点以及被测污水水质条件,才能选择合适型号的流量计。
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