汙水處理中電磁流量計的應用(yòng)選型
點擊(jī)次數:2092 發布時(shí)間:2021-03-19 08:43:57
隨著**人口急劇增長,工業發展迅速,**水資源狀(zhuàng)況迅速惡化,“水(shuǐ)危機(jī)”日趨嚴重。應(yīng)對這種情況,我國政府將在“十一五”期間投資3000億元新建、改建(jiàn)數千座汙水處理廠(chǎng),以推(tuī)進城市汙水處理和利用,汙染減排。在這樣(yàng)的大背景(jǐng)下,安徽省黃(huáng)山市正投資興建某汙水處(chù)理廠,目前已建成日處理水15000m3汙水一期工程,擔負著生活、工業汙水淨化的重(chóng)要任務,改善水體環境質量(liàng),使黃(huáng)山市成為一座山清水秀的城市。
2004年前,黃山市基本上沒有大(dà)型汙水集中處理廠等設施,更別提用於汙(wū)水流量檢測的流量計了。在汙水處理過程中(zhōng),原汙水的流量(liàng)是一(yī)個需要檢測的關鍵參數。因原汙水是含有顆粒(lì)、懸浮物、固液(yè)混(hún)合、具有腐(fǔ)蝕(shí)性的介質,而汙水處(chù)理流量計較大特(tè)點(diǎn)是(shì)能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維液體的(de)流量,因此,該汙水處理廠采(cǎi)用了2台汙水處理流量(liàng)計(jì),用於原汙水的流量計(jì)量。
1、汙水處(chù)理流量計的工作原理
汙水處理流量計的基本原理是法拉*電磁(cí)感應定律,即導體在磁場中切割磁力運動時,其兩端產生感應電動勢E為:
2004年前,黃山市基本上沒有大(dà)型汙水集中處理廠等設施,更別提用於汙(wū)水流量檢測的流量計了。在汙水處理過程中(zhōng),原汙水的流量(liàng)是一(yī)個需要檢測的關鍵參數。因原汙水是含有顆粒(lì)、懸浮物、固液(yè)混(hún)合、具有腐(fǔ)蝕(shí)性的介質,而汙水處(chù)理流量計較大特(tè)點(diǎn)是(shì)能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維液體的(de)流量,因此,該汙水處理廠采(cǎi)用了2台汙水處理流量(liàng)計(jì),用於原汙水的流量計(jì)量。
1、汙水處(chù)理流量計的工作原理
汙水處理流量計的基本原理是法拉*電磁(cí)感應定律,即導體在磁場中切割磁力運動時,其兩端產生感應電動勢E為:

式中,K為儀表常數;B為磁感應強(qiáng)度(T);v為導體運(yùn)動平均速度m/s;D為(wéi)管(guǎn)道內徑(jìng)(m)。

汙水處理流量計工作原理和結構如圖1所示,由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。
測量流量時,導電性液體(tǐ)相當於法拉(lā)*試驗中的導電金屬棒,以平(píng)均速度v流過(guò)垂直於流(liú)動方(fāng)向的磁(cí)場。導電性液體的流動,在測量電*上感應出與平均流速成正比的電(diàn)壓。其感應電壓信號(hào)E通過一(yī)對或一對以上的與液(yè)體直接接觸的電*檢測出來。
根據流體的體積流(liú)量公(gōng)式為
測量流量時,導電性液體(tǐ)相當於法拉(lā)*試驗中的導電金屬棒,以平(píng)均速度v流過(guò)垂直於流(liú)動方(fāng)向的磁(cí)場。導電性液體的流動,在測量電*上感應出與平均流速成正比的電(diàn)壓。其感應電壓信號(hào)E通過一(yī)對或一對以上的與液(yè)體直接接觸的電*檢測出來。
根據流體的體積流(liú)量公(gōng)式為

由公式(2)可知,Q與v是成正比的一一對應函數,那麽E與Q也(yě)是成正比的一一對應函數,測(cè)出了感應電壓E也即測出了介質的體(tǐ)積流量Q。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器,通過智能化處理,然後LCD顯示,或轉換(huàn)成標準信號4~20mA輸出。
2、汙水處理(lǐ)流量計特點
(1)測量(liàng)管道內無阻力元件,沒有附加的壓力損失,不易發生堵塞,具有顯著的節(jiē)能意義;
(2)測量管道內無可動部件,不易磨損(sǔn),因此傳(chuán)感器(qì)壽命長;
(3)傳感器所需的直管段較短,方便安裝;
(4)合理選擇電(diàn)*和內襯材料,可耐腐蝕和耐磨損;
(5)雙向測量係統,可測正反向流量;
(6)流量的測量為體積流量,不受流量的(de)密度、粘度、溫度、壓力、和電導率變化的影響;
(7)傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關係,測量精度高(±0.3~-0.5%),量程比寬(1:150)。
3、汙水處理流量計選型
儀(yí)表的選型很重要,有關資料(liào)表明,儀表在實際應用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或(huò)使用不當造成的,因此,在確定選(xuǎn)用汙水處理流量計之後,還應根據不同的工藝、環境、測量、介質等綜合(hé)考慮。
3.1口徑選擇
根據該汙水處理廠提供的工(gōng)藝管道直徑、管道壓力及(jí)汙水流速,選擇口徑D=600mm的汙水處理流量計,現場不(bú)需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電*材料選擇
汙(wū)水(shuǐ)處理流量(liàng)計主要用於測電導率≥5μS/cm的流體流量,應根據被測物質的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特(tè)點和價格承受能力,應(yīng)選擇不同內襯、電*材料。
汙水處(chù)理流量計的內襯材料有:耐腐蝕性中等、耐一(yī)般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料(liào),耐磨損性強而耐腐蝕性能一般(bān)的(de)聚氨脂橡膠,耐腐蝕性能強和適於(yú)溫度高的聚四氟(fú)乙烯,化學性質等同於聚(jù)四(sì)氟(fú)乙烯的(de)抗拉(lā)、抗壓聚全氟(fú)乙丙烯,耐稀酸、堿(jiǎn)、鹽的溫度<60℃的聚乙(yǐ)烯和溫度<100℃的聚苯硫醚等。
電*材料裝於其管道內壁,與被測物質直(zhí)接(jiē)接觸,故(gù)應根據被測物質的腐蝕性選定。汙水處理(lǐ)流量計電*的材(cái)料有:耐鹽和小於50%濃(nóng)度堿溶液的鈦(Ti)電*,耐酸和鹽的鉭(Ta)電*,耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*,不適於鹽酸的哈氏合(hé)金C電*和不適(shì)於硝酸的哈氏合金B電*,耐腐蝕能力一般、但價格低廉的不(bú)鏽鋼316L等。
根(gēn)據該汙水(shuǐ)處理廠主要處理生活廢(fèi)水及工業廢水,再(zài)考慮用戶能接受的價格,選用氯丁(dīng)橡膠材料內襯和不(bú)鏽鋼(gāng)316L材料電*。
3.3 防護(hù)等級的(de)選定
根據**標準,傳感器有IP65噴水型和IP68潛水(shuǐ)型兩種防護等級,根據用戶實際安裝地點在低矮的(de)井道中,所以傳感器選IP68防(fáng)塵潛水型。
3.4 附加功能的選擇
(1)對於選(xuǎn)定的基本型,汙(wū)水處理流量計已帶(dài)LCD顯示、4~20mA電流輸出和0~1KHz頻率輸出,根據流量計和計算機通訊的要求,需增加RS-485通訊(xùn)口功能,
(2)對(duì)於(yú)傳感器安裝在地麵以下,應選(xuǎn)擇分體型。
4、汙水處理流量(liàng)計的安裝和(hé)調試
4.1 安裝要領
(1)安裝點選擇在(zài)管道較(jiào)低處在確認被(bèi)測物質流向之(zhī)後,安裝點(diǎn)要選(xuǎn)擇在任何時候測(cè)量導管內都能充滿液體,以防止由於測(cè)量導管內(nèi)無液而指(zhǐ)示不在零位所引起的誤差如圖2所示。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器,通過智能化處理,然後LCD顯示,或轉換(huàn)成標準信號4~20mA輸出。
2、汙水處理(lǐ)流量計特點
(1)測量(liàng)管道內無阻力元件,沒有附加的壓力損失,不易發生堵塞,具有顯著的節(jiē)能意義;
(2)測量管道內無可動部件,不易磨損(sǔn),因此傳(chuán)感器(qì)壽命長;
(3)傳感器所需的直管段較短,方便安裝;
(4)合理選擇電(diàn)*和內襯材料,可耐腐蝕和耐磨損;
(5)雙向測量係統,可測正反向流量;
(6)流量的測量為體積流量,不受流量的(de)密度、粘度、溫度、壓力、和電導率變化的影響;
(7)傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關係,測量精度高(±0.3~-0.5%),量程比寬(1:150)。
3、汙水處理流量計選型
儀(yí)表的選型很重要,有關資料(liào)表明,儀表在實際應用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或(huò)使用不當造成的,因此,在確定選(xuǎn)用汙水處理流量計之後,還應根據不同的工藝、環境、測量、介質等綜合(hé)考慮。
3.1口徑選擇
根據該汙水處理廠提供的工(gōng)藝管道直徑、管道壓力及(jí)汙水流速,選擇口徑D=600mm的汙水處理流量計,現場不(bú)需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電*材料選擇
汙(wū)水(shuǐ)處理流量(liàng)計主要用於測電導率≥5μS/cm的流體流量,應根據被測物質的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特(tè)點和價格承受能力,應(yīng)選擇不同內襯、電*材料。
汙水處(chù)理流量計的內襯材料有:耐腐蝕性中等、耐一(yī)般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料(liào),耐磨損性強而耐腐蝕性能一般(bān)的(de)聚氨脂橡膠,耐腐蝕性能強和適於(yú)溫度高的聚四氟(fú)乙烯,化學性質等同於聚(jù)四(sì)氟(fú)乙烯的(de)抗拉(lā)、抗壓聚全氟(fú)乙丙烯,耐稀酸、堿(jiǎn)、鹽的溫度<60℃的聚乙(yǐ)烯和溫度<100℃的聚苯硫醚等。
電*材料裝於其管道內壁,與被測物質直(zhí)接(jiē)接觸,故(gù)應根據被測物質的腐蝕性選定。汙水處理(lǐ)流量計電*的材(cái)料有:耐鹽和小於50%濃(nóng)度堿溶液的鈦(Ti)電*,耐酸和鹽的鉭(Ta)電*,耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*,不適於鹽酸的哈氏合(hé)金C電*和不適(shì)於硝酸的哈氏合金B電*,耐腐蝕能力一般、但價格低廉的不(bú)鏽鋼316L等。
根(gēn)據該汙水(shuǐ)處理廠主要處理生活廢(fèi)水及工業廢水,再(zài)考慮用戶能接受的價格,選用氯丁(dīng)橡膠材料內襯和不(bú)鏽鋼(gāng)316L材料電*。
3.3 防護(hù)等級的(de)選定
根據**標準,傳感器有IP65噴水型和IP68潛水(shuǐ)型兩種防護等級,根據用戶實際安裝地點在低矮的(de)井道中,所以傳感器選IP68防(fáng)塵潛水型。
3.4 附加功能的選擇
(1)對於選(xuǎn)定的基本型,汙(wū)水處理流量計已帶(dài)LCD顯示、4~20mA電流輸出和0~1KHz頻率輸出,根據流量計和計算機通訊的要求,需增加RS-485通訊(xùn)口功能,
(2)對(duì)於(yú)傳感器安裝在地麵以下,應選(xuǎn)擇分體型。
4、汙水處理流量(liàng)計的安裝和(hé)調試
4.1 安裝要領
(1)安裝點選擇在(zài)管道較(jiào)低處在確認被(bèi)測物質流向之(zhī)後,安裝點(diǎn)要選(xuǎn)擇在任何時候測(cè)量導管內都能充滿液體,以防止由於測(cè)量導管內(nèi)無液而指(zhǐ)示不在零位所引起的誤差如圖2所示。

(2)直管(guǎn)段(duàn)保證在前5D後3D
為獲得(dé)儀表測量準確度,在傳感器上遊側(cè)的直管段長度不小於5D,下遊側(cè)不(bú)小於(yú)3D(D為傳感器的名義直徑)。若在傳感器上遊側有兩個以上的彎頭或其它阻流件,則前置直管段應大於10D。
(3)信號電*在水平方(fāng)向
水平安裝時要使(shǐ)電*軸線平行於地平線,因為處(chù)於底部的電*易被沉澱物覆蓋,被測介質中偶存氣泡擦過遮住電*表麵,使輸出信號波動。
(4)盡量避開振動源、磁源(大功率電機、變壓器)
由(yóu)於汙水處理流量計(jì)的測量(liàng)感應電壓很小,電壓較低,易受外界電磁噪聲的影響,故在安裝時應進行可靠的接地連(跨)接。金(jīn)屬管道(dào)汙水處(chù)理流量計接(jiē)地連(跨)接方(fāng)法如圖3所示。
為獲得(dé)儀表測量準確度,在傳感器上遊側(cè)的直管段長度不小於5D,下遊側(cè)不(bú)小於(yú)3D(D為傳感器的名義直徑)。若在傳感器上遊側有兩個以上的彎頭或其它阻流件,則前置直管段應大於10D。
(3)信號電*在水平方(fāng)向
水平安裝時要使(shǐ)電*軸線平行於地平線,因為處(chù)於底部的電*易被沉澱物覆蓋,被測介質中偶存氣泡擦過遮住電*表麵,使輸出信號波動。
(4)盡量避開振動源、磁源(大功率電機、變壓器)
由(yóu)於汙水處理流量計(jì)的測量(liàng)感應電壓很小,電壓較低,易受外界電磁噪聲的影響,故在安裝時應進行可靠的接地連(跨)接。金(jīn)屬管道(dào)汙水處(chù)理流量計接(jiē)地連(跨)接方(fāng)法如圖3所示。

4.2 轉換器安裝和調試
一體化汙水處理流量計無單獨安裝轉換器,分體式轉換器(qì)安裝在傳感器附近或儀表室,場(chǎng)所選(xuǎn)擇餘地較大,環境條件好些。轉換器和傳感器間距離受製於被測介質電導率和信號電纜型號(hào),即電纜的(de)分布電容、導線截麵和(hé)屏(píng)蔽層數、用製造廠儀表所附(fù)(或規定型號)的信號電纜。電導率較低傳輸距離較(jiào)長時,應用二(èr)層屏蔽電(diàn)纜。
為了避(bì)免幹擾信號(hào),信(xìn)號電纜(lǎn)必須單獨穿過接(jiē)地保護鋼管內,不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內。
功能性調試時,由智能轉換(huàn)器對(duì)儀表分別進行參數的讀取,臨界值報(bào)警試驗等,然後進行流量係(xì)數值的寫入。
5、儀表投運及故(gù)障處理(lǐ)
汙水處理流量計(jì)在投運前,應對管道及流量計進行徹底檢查,包括管道雜物等清理(lǐ),電*處幹燥處理。還包括電氣線路(lù)的檢查,*先應對線路的接(jiē)地進行(háng)檢測,確(què)保接地可靠後,還需進行絕緣電阻及接地(dì)電阻測試。
該汙水處理流量計正常投運一年多來,基本上未出現故障,但是一年後,出現工作(zuò)異常,具體表現為測量值變大(dà)或變小,或者(zhě)是不停地(dì)波(bō)動,且經現場檢查(chá),已排除管(guǎn)道不滿管、介質含氣等現象的可能(néng)性,發現這(zhè)類問題的出現可能是(shì)與電纜線故障有關(guān)。因為流量(liàng)計隨(suí)管道埋敷在地下,傳感器(qì)具有IP68防護結構,轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內,兩者(zhě)通過電纜連接,由於地麵沉陷,山區環境潮(cháo)濕(shī)等現場情況的變化,傳感器和轉換器未徹底做好電纜接頭處的防潮(防水)等處理(lǐ),恰逢(féng)該接(jiē)頭處於一個潮濕的環(huán)境(jìng),如儀表井(jǐng)、電纜溝等,潮(cháo)氣(qì)侵入電纜接頭,都有造成如下的可能:
(1)信號線對地絕緣下(xià)降,引起信號衰減,較終是測(cè)量結果偏小;
(2)信號電纜連接處接觸(chù)電阻變大,使測量值變小,若該接(jiē)觸電阻不穩定,則測量值無法穩定,且易引入幹擾;
(3)勵磁線圈對地絕緣下(xià)降,造成測量結果偏小;
(4)信號線勵磁線對地絕緣(yuán)性能下降,使(shǐ)得(dé)測量結果遠大於(yú)正常的數據,如這種幹擾不穩定,對儀表的影響也變化不定,繼而出現波動;
(5)勵磁回路電纜(lǎn)連(lián)接處接觸電阻(zǔ)變大,使轉(zhuǎn)換器的勵磁回路處(chù)於非恒流工作區域,勵磁電(diàn)流下降,同樣造成測量結(jié)果偏小,若該接觸電阻不穩定,則測量值(zhí)出(chū)現波動。
判別這類異常情況,因(yīn)發生在信號回路,判斷有一定難度,隻有深(shēn)入現場,在排除流(liú)量計其它(tā)可能性故障後,就應檢查(chá)電纜是否(fǒu)有問題,現場儀表維護人員(yuán)隻(zhī)要把現場的勵磁回路電阻測量值與廠方提(tí)供的數(shù)據(jù)作比較,測試接地電阻,逐步判定問(wèn)題所在,繼而采取措施,或更換整根電纜,或保持電纜接頭處幹燥等。
6、結束語
由於汙水處理流量計運行環境較為(wéi)複雜,影響其正常工作的因素眾多,調試技術需要不斷總結和更新。總之,隻要我們合理選用(yòng)、正確安裝汙水處理流量計,並采取有效的措施加以維護,就能避免或減少(shǎo)故障的發生(shēng),延長儀表的使用壽命,為生產提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據。
在現代化的汙水處理工藝中,配備流量檢測儀表,構成可靠的自動控製係統,使汙水水質達到常規的排放標準,造福人類。
一體化汙水處理流量計無單獨安裝轉換器,分體式轉換器(qì)安裝在傳感器附近或儀表室,場(chǎng)所選(xuǎn)擇餘地較大,環境條件好些。轉換器和傳感器間距離受製於被測介質電導率和信號電纜型號(hào),即電纜的(de)分布電容、導線截麵和(hé)屏(píng)蔽層數、用製造廠儀表所附(fù)(或規定型號)的信號電纜。電導率較低傳輸距離較(jiào)長時,應用二(èr)層屏蔽電(diàn)纜。
為了避(bì)免幹擾信號(hào),信(xìn)號電纜(lǎn)必須單獨穿過接(jiē)地保護鋼管內,不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內。
功能性調試時,由智能轉換(huàn)器對(duì)儀表分別進行參數的讀取,臨界值報(bào)警試驗等,然後進行流量係(xì)數值的寫入。
5、儀表投運及故(gù)障處理(lǐ)
汙水處理流量計(jì)在投運前,應對管道及流量計進行徹底檢查,包括管道雜物等清理(lǐ),電*處幹燥處理。還包括電氣線路(lù)的檢查,*先應對線路的接(jiē)地進行(háng)檢測,確(què)保接地可靠後,還需進行絕緣電阻及接地(dì)電阻測試。
該汙水處理流量計正常投運一年多來,基本上未出現故障,但是一年後,出現工作(zuò)異常,具體表現為測量值變大(dà)或變小,或者(zhě)是不停地(dì)波(bō)動,且經現場檢查(chá),已排除管(guǎn)道不滿管、介質含氣等現象的可能(néng)性,發現這(zhè)類問題的出現可能是(shì)與電纜線故障有關(guān)。因為流量(liàng)計隨(suí)管道埋敷在地下,傳感器(qì)具有IP68防護結構,轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內,兩者(zhě)通過電纜連接,由於地麵沉陷,山區環境潮(cháo)濕(shī)等現場情況的變化,傳感器和轉換器未徹底做好電纜接頭處的防潮(防水)等處理(lǐ),恰逢(féng)該接(jiē)頭處於一個潮濕的環(huán)境(jìng),如儀表井(jǐng)、電纜溝等,潮(cháo)氣(qì)侵入電纜接頭,都有造成如下的可能:
(1)信號線對地絕緣下(xià)降,引起信號衰減,較終是測(cè)量結果偏小;
(2)信號電纜連接處接觸(chù)電阻變大,使測量值變小,若該接(jiē)觸電阻不穩定,則測量值無法穩定,且易引入幹擾;
(3)勵磁線圈對地絕緣下(xià)降,造成測量結果偏小;
(4)信號線勵磁線對地絕緣(yuán)性能下降,使(shǐ)得(dé)測量結果遠大於(yú)正常的數據,如這種幹擾不穩定,對儀表的影響也變化不定,繼而出現波動;
(5)勵磁回路電纜(lǎn)連(lián)接處接觸電阻(zǔ)變大,使轉(zhuǎn)換器的勵磁回路處(chù)於非恒流工作區域,勵磁電(diàn)流下降,同樣造成測量結(jié)果偏小,若該接觸電阻不穩定,則測量值(zhí)出(chū)現波動。
判別這類異常情況,因(yīn)發生在信號回路,判斷有一定難度,隻有深(shēn)入現場,在排除流(liú)量計其它(tā)可能性故障後,就應檢查(chá)電纜是否(fǒu)有問題,現場儀表維護人員(yuán)隻(zhī)要把現場的勵磁回路電阻測量值與廠方提(tí)供的數(shù)據(jù)作比較,測試接地電阻,逐步判定問(wèn)題所在,繼而采取措施,或更換整根電纜,或保持電纜接頭處幹燥等。
6、結束語
由於汙水處理流量計運行環境較為(wéi)複雜,影響其正常工作的因素眾多,調試技術需要不斷總結和更新。總之,隻要我們合理選用(yòng)、正確安裝汙水處理流量計,並采取有效的措施加以維護,就能避免或減少(shǎo)故障的發生(shēng),延長儀表的使用壽命,為生產提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據。
在現代化的汙水處理工藝中,配備流量檢測儀表,構成可靠的自動控製係統,使汙水水質達到常規的排放標準,造福人類。
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