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污水流量監(jiān)測中流量計的選擇
點擊次數(shù):2140 發(fā)布時間:2020-08-10 07:54:21
由于污水具有流量變化大、含有雜質(zhì)、具有導(dǎo)電性和腐蝕性的特點,導(dǎo)致其流量計的選擇比較復(fù)雜。流量計是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因為流量是一個動態(tài)量,處于運動狀態(tài)的液體內(nèi)部不僅存在著粘性摩擦作用,還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復(fù)雜流動現(xiàn)象。測量儀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(nèi)外十幾類、上百個品種的流量儀表,(先后發(fā)展起來的有容積式、差壓式、渦街式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型),如何根據(jù)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(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證,工藝數(shù)據(jù)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(shè)計,并根據(jù)污水處理工藝,從理論和實踐兩方面闡述它們各自的特點。
流量計是少數(shù)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(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(dǎo)電性,同時選型又涉及許多技術(shù)問題和經(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(jù)實際的應(yīng)用情況,說明污水流量監(jiān)測過程中如何合理選用不同的流量計。
1、流量監(jiān)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(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其獨特的優(yōu)點,目前被廣泛地應(yīng)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(yī)藥、食品等工業(yè)中的漿液流量的測量,并形成了獨特的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用*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(shè)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(yōu)點,近年來它是發(fā)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(dǎo)電性液體,對無阻撓測量的污水流量計是一種補充。時差法超聲波流量計是目前應(yīng)用*廣泛的。隨著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。尤其是時間測量技術(shù)的發(fā)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(yīng)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阻礙聲脈沖的正常傳播,導(dǎo)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(nèi)有足夠大的散射體存在,而且還得是連續(xù)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(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(yīng)用有一定的局限性,較多應(yīng)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V形錐體在流場中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)來測量流量,如果流體通過一個節(jié)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(shù)關(guān)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(jié)流式流量計不同,它改變了節(jié)流的布局,使它從中心孔節(jié)流變成環(huán)狀節(jié)流,V錐流量計是集差壓式流量計之精華的結(jié)晶,它的節(jié)流緣是鈍角,流動時形成邊界層,使流體離開了節(jié)流緣。邊界層效應(yīng)使骯臟流體不能磨損節(jié)流緣,其β值(等效直徑比)長期不變,是一種接近理想狀態(tài)的節(jié)流裝置,具有長期的穩(wěn)定性。適用于各種氣體和液體、煤氣、各種臟污氣體介質(zhì)、直管段不足的場所和對精度要求高的地方。由于經(jīng)濟成本和該儀表還沒有國際標準或**標準,因此,還沒有得到大力的推廣和應(yīng)用。
2、流量計的選型設(shè)計
在進行流量計的選型設(shè)計之前,我們應(yīng)該*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(dǎo)電性和腐蝕性。那么哪一種更適合這類水質(zhì)的測量呢?污水流量計適合測量導(dǎo)電液體(電導(dǎo)率>≥5μS/cm)的流量,應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)物性、管道材質(zhì),合理選擇電*形式、電*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(wěn)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(shù)應(yīng)滿足要求。當雷諾數(shù)無限制地下降時,V錐流量計的流出系數(shù)隨著雷諾數(shù)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(jié)構(gòu)在承受高壓的情況下會發(fā)生脫落,導(dǎo)致事故的發(fā)生,選型應(yīng)注意。
2.2 流量計性能方面
在選用某種流量計時,*先應(yīng)綜合考慮該種流量計的精度、重復(fù)性、線性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性、響應(yīng)時間、不可測性等因素。
污水流量計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單,測量管內(nèi)沒有任何阻礙介質(zhì)流動的節(jié)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*低的流量儀表之一。污水流量計的量程范圍*寬,并且在測量過程中不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的影響,反應(yīng)靈敏,可提供選擇的口徑范圍*寬,從幾mm到3m都可以滿足,選擇電磁口徑時應(yīng)保證*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儀表,沒有機械傳動部件,通道內(nèi)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獨特性能的新型流量計,具有高精度、高穩(wěn)定性,量程比較寬,而且重復(fù)性好(≤0.1%),準確度高(≤0.5%)。因為它是靠節(jié)流效應(yīng)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(xiàn)了問題。污水流量計水平、垂直(下進上出)、傾斜(底進頂出)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。污水流量計安裝時應(yīng)保證滿管流,不能安裝在管道*高點。儀表井內(nèi)安裝的污水流量計傳感器防護等級應(yīng)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(zhì)時,應(yīng)合理選擇V錐流量計取壓方式,避免測量管線堵塞。
2.4環(huán)境方面
環(huán)境方面主要是考慮周圍溫度、濕度、安全因素、信號調(diào)節(jié)及變送、壓力、大氣及電子干擾等對流量計性能穩(wěn)定方面的影響。安裝時都應(yīng)盡量避開大電機、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(zhuǎn)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(nèi),一體型結(jié)構(gòu)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(nèi)。
2.5 經(jīng)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(yè)生產(chǎn)可靠運行的前提下,進行*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)品均價格不菲,以DN200mm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(yīng)增加。而像國內(nèi)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(fù)雜、標定費用高、基本上依賴國外技術(shù),使得其售價較高,在國內(nèi)使用還不廣泛,因成本關(guān)系還不能取代其它流量計。
3、結(jié)論
由于污水具有流量變化大、含有雜質(zhì)、具有一定的導(dǎo)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,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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流量計是少數(shù)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(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(dǎo)電性,同時選型又涉及許多技術(shù)問題和經(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(jù)實際的應(yīng)用情況,說明污水流量監(jiān)測過程中如何合理選用不同的流量計。
1、流量監(jiān)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(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其獨特的優(yōu)點,目前被廣泛地應(yīng)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(yī)藥、食品等工業(yè)中的漿液流量的測量,并形成了獨特的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用*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(shè)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(yōu)點,近年來它是發(fā)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(dǎo)電性液體,對無阻撓測量的污水流量計是一種補充。時差法超聲波流量計是目前應(yīng)用*廣泛的。隨著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。尤其是時間測量技術(shù)的發(fā)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(yīng)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阻礙聲脈沖的正常傳播,導(dǎo)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(nèi)有足夠大的散射體存在,而且還得是連續(xù)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(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(yīng)用有一定的局限性,較多應(yīng)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V形錐體在流場中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)來測量流量,如果流體通過一個節(jié)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(shù)關(guān)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(jié)流式流量計不同,它改變了節(jié)流的布局,使它從中心孔節(jié)流變成環(huán)狀節(jié)流,V錐流量計是集差壓式流量計之精華的結(jié)晶,它的節(jié)流緣是鈍角,流動時形成邊界層,使流體離開了節(jié)流緣。邊界層效應(yīng)使骯臟流體不能磨損節(jié)流緣,其β值(等效直徑比)長期不變,是一種接近理想狀態(tài)的節(jié)流裝置,具有長期的穩(wěn)定性。適用于各種氣體和液體、煤氣、各種臟污氣體介質(zhì)、直管段不足的場所和對精度要求高的地方。由于經(jīng)濟成本和該儀表還沒有國際標準或**標準,因此,還沒有得到大力的推廣和應(yīng)用。
2、流量計的選型設(shè)計
在進行流量計的選型設(shè)計之前,我們應(yīng)該*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(dǎo)電性和腐蝕性。那么哪一種更適合這類水質(zhì)的測量呢?污水流量計適合測量導(dǎo)電液體(電導(dǎo)率>≥5μS/cm)的流量,應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)物性、管道材質(zhì),合理選擇電*形式、電*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(wěn)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(shù)應(yīng)滿足要求。當雷諾數(shù)無限制地下降時,V錐流量計的流出系數(shù)隨著雷諾數(shù)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(jié)構(gòu)在承受高壓的情況下會發(fā)生脫落,導(dǎo)致事故的發(fā)生,選型應(yīng)注意。
2.2 流量計性能方面
在選用某種流量計時,*先應(yīng)綜合考慮該種流量計的精度、重復(fù)性、線性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性、響應(yīng)時間、不可測性等因素。
污水流量計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單,測量管內(nèi)沒有任何阻礙介質(zhì)流動的節(jié)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*低的流量儀表之一。污水流量計的量程范圍*寬,并且在測量過程中不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的影響,反應(yīng)靈敏,可提供選擇的口徑范圍*寬,從幾mm到3m都可以滿足,選擇電磁口徑時應(yīng)保證*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儀表,沒有機械傳動部件,通道內(nèi)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獨特性能的新型流量計,具有高精度、高穩(wěn)定性,量程比較寬,而且重復(fù)性好(≤0.1%),準確度高(≤0.5%)。因為它是靠節(jié)流效應(yīng)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(xiàn)了問題。污水流量計水平、垂直(下進上出)、傾斜(底進頂出)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。污水流量計安裝時應(yīng)保證滿管流,不能安裝在管道*高點。儀表井內(nèi)安裝的污水流量計傳感器防護等級應(yīng)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(zhì)時,應(yīng)合理選擇V錐流量計取壓方式,避免測量管線堵塞。
2.4環(huán)境方面
環(huán)境方面主要是考慮周圍溫度、濕度、安全因素、信號調(diào)節(jié)及變送、壓力、大氣及電子干擾等對流量計性能穩(wěn)定方面的影響。安裝時都應(yīng)盡量避開大電機、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(zhuǎn)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(nèi),一體型結(jié)構(gòu)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(nèi)。
2.5 經(jīng)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(yè)生產(chǎn)可靠運行的前提下,進行*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)品均價格不菲,以DN200mm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(yīng)增加。而像國內(nèi)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(fù)雜、標定費用高、基本上依賴國外技術(shù),使得其售價較高,在國內(nèi)使用還不廣泛,因成本關(guān)系還不能取代其它流量計。
3、結(jié)論
由于污水具有流量變化大、含有雜質(zhì)、具有一定的導(dǎo)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,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以及被測污水水質(zhì)條件,才能選擇合適型號的流量計。