污水流量測量中流量計的選型與探討

摘要  環(huán)保產(chǎn)業(yè)對污水流量的測量和控制的精確度、可靠性要求已越來(lái)越高，文章介紹了電磁式、渦街式、節流式等幾種流量計的選型設計，結合水處理工藝，從理論和實(shí)踐兩方面闡述各自的特點(diǎn)。壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機
    國外一位流量專(zhuān)家F.C.King horo曾說(shuō)過(guò)，流量計是少數幾種使用比制造艱難的 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)的容積式、差壓式、渦輪式、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。本文介紹電磁式、渦街式、節流式等幾種流量計的選型設計。
1.  電磁流量計選型設計
   電磁流量計自20世紀50年代末國內首次工業(yè)應用以來(lái)，七八十年代在流量測量中運用和發(fā)展很快。電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，即被測介質(zhì)垂直于磁力線(xiàn)方向流動(dòng)，因而在與介質(zhì)流動(dòng)和磁力線(xiàn)都垂直的方向上產(chǎn)生一感應電動(dòng)勢EX感應電動(dòng)勢EX與被測介質(zhì)流量（流速）成正比，電磁流量計不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測量管內部無(wú)收縮或凸出部分的壓力損失，另外，流量元件檢測出的最初信號，是一個(gè)與流體平均流速成精確線(xiàn)性變化的 電壓，它與流體的其他性質(zhì)無(wú)關(guān)，具有很大的優(yōu)越性。
    根據污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導電能力等特性，測量污水的流量，電磁流量計是一個(gè)很好的選擇。它結構緊湊、體積小，安裝、操作、維護方便，如測量系統采用智能化設計，整體密封加強，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作�？蛇x用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCrI8Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計，即可滿(mǎn)足污水流量測量的要求。
    某冶煉廠(chǎng)在生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的需要，會(huì )產(chǎn)生大量的工業(yè)污水，污水處理分廠(chǎng)必須對污水的流量進(jìn)行監控。在以往的設計中，流量?jì)x表不少都選用旋渦流量計和孔板流量計。而實(shí)際應用中發(fā)現測量的流量顯示值與實(shí)際流量偏差較大，而 改用電磁流量計偏差大大減小。

2.  渦街流量計選型設計
    渦街流量計作為一種新型流量計，80年代中期以來(lái)發(fā)展較快，它在流量測量方面有著(zhù)諸多的優(yōu)點(diǎn)和長(cháng)處，在現代流量測量中應用越來(lái)越廣泛。在國內使用渦街流量計進(jìn)行流量測量也愈來(lái)愈得到重視，目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品系列。渦街流量計是基于流體振動(dòng)發(fā)展起來(lái)的，根據旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應力式、磁敏式及差動(dòng)開(kāi)關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場(chǎng)合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開(kāi)放的溝槽。與渦輪流量計相比，渦街流量計沒(méi)有可動(dòng)的機械部件，維護工作量小，儀表常數穩定；與孔板式流量計相比，渦街流量 計測量范圍大，壓力損失小，準確度高，安裝與維護簡(jiǎn)單。但渦街流量計的環(huán)境相關(guān)參數較多，容易在使用現場(chǎng)被忽略而影響流量計性能的正確發(fā)揮。
    渦街流量計的原理是在流量計管道中，設置一滯流件，當流體流經(jīng)滯流件時(shí)，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會(huì )產(chǎn)生兩列不對稱(chēng)的旋渦，這些旋渦在滯流件的側后方分開(kāi)，形成所謂的卡門(mén) （Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉方向是相反的，卡門(mén)從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個(gè)相鄰旋渦間的距離）時(shí)，旋渦列是穩定的雷諾數Re是表征粘性流體流動(dòng)特性的一個(gè)無(wú)量綱數，其物理意義是流體流動(dòng)的慣性力與粘滯力的比值 。因此，流體的流動(dòng)狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數對流體流動(dòng)狀態(tài)有影響也會(huì )影響到渦街流量計的使用性能。
    經(jīng)過(guò)實(shí)踐，如下幾個(gè)方面對渦街流量計的使用都有影響，應對這些問(wèn)題進(jìn)行分析。
    （1） 渦街流量計的測量范圍較大，一般10：1，但測量下限受許多因素限制：Re＞10 000是渦街流量計工作的最基本條件，除此以外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強度、旋轉速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應信號，旋渦頻率f也小，還會(huì )使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應（如磁敏式一般不超過(guò)400Hz）和電路的頻率限制，因此設計時(shí)一定要對流速范圍進(jìn)行計算、核算，根據流體的流速進(jìn)行選擇。使用現場(chǎng)環(huán)境條件復雜，選型時(shí)除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場(chǎng)合，磁敏式、壓電應力式等儀表不能正常工作或不能準確測量。
    （2） 振動(dòng)也是該類(lèi)儀表的一大勁敵。因此在使用時(shí)注意避免機械振動(dòng)，尤其是管道的橫向振動(dòng)（垂直于管道軸線(xiàn)又垂直旋渦發(fā)生體軸線(xiàn)的振動(dòng)），這種影響在流量計結構設計上是無(wú)法抑制和消除的。由于渦街信號對流場(chǎng)影響同樣敏感，故直管段長(cháng)度不能保證穩定 渦街所必要的流動(dòng)條件時(shí)，是不宜選用的。即使是抗振性較強的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。
    （3） 介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應力式渦街流量計不能長(cháng)期使用在300℃狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會(huì )由常溫下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，輸出信號也變小，導致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結構。在測量系統中，傳感器與轉換器宜采用分離安裝方式，以免長(cháng)期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。
    渦街流量計是一種比較新型的流量計，處于發(fā)展階段，還不很成熟，如果選擇不當，性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過(guò)合理選型、正確安裝后，還需要在使用過(guò)程中認真定期維護，不斷積累經(jīng)驗，提高對系統故障的預見(jiàn)性以及判斷、處理問(wèn)題的能力，從而達到令人滿(mǎn)意的效果。
3.  節流式流量計選型設計
    節流式流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置，其歷史最長(cháng)，用量最多�，F在常見(jiàn)的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一孔板節流件，通過(guò)導壓管引入壓差變送器測出節流件上、下游的壓差，根據所測的壓差經(jīng)過(guò)計算即得出流量的瞬時(shí)值。由于導壓管內水的不流動(dòng)性，在較寒冷地區，冬天室外安裝的孔板取壓管容易 凍裂（凍�。�，使差壓儀器無(wú)法正常工作。測量較臟的污水時(shí)，孔板需經(jīng)常清洗。如清洗不及時(shí)，測量精度降低，取壓管經(jīng)常被污物堵死，儀表無(wú)法使用。用孔板的方式測流量時(shí)還有壓力損失大、維護量大等缺點(diǎn)。因此改變取壓方式， 例如用徑距取壓法，就可以減少孔板污物的影響。
4.  結 語(yǔ)
    以上幾種污水流量測量流量計中，電磁流量計性能較好，節流流量計應用范圍廣，而渦街流量計比較新型，并正在不斷發(fā)展。只有了解這幾種流量計各自的性能，才能對流量計選型設計好，使污水流量的測量和控制達到精確度和可靠性要求。