隨著工業的飛速發展 ,流量測量所面臨的任務 越來越繁重,要求也越來越高 ,再有 ,環境污染日益 嚴重 ,為減少污染,必須對排放的污水、污泥等進行 計量和控制。因而電磁流量計在污水處理中的應用也越來越重要，這些排放物多含有顆粒、雜質、油珠 , 呈多項混合狀態 , 且輸送管線多為地下, 一般儀表 很難完成測量任務, 這就需要尋找更切合實際的方 法。在污水流量儀表的正確選型之前, shou先介紹 3 種可能選用的流量儀表的特點 。 

 

1 、3 種流量儀表的特點 

1. 1 節流裝置 標準節流裝置包括標準孔板 、標準噴嘴 、文丘 里噴嘴, 非標準節流裝置包括 1 /4 圓噴嘴、雙重孔 板、圓缺孔板。不同的節流裝置有不同的界限雷諾 數。由最小流量算出的最小雷諾數必須大于所選 的節流裝置的界限雷諾數 ,這時的流量系數才為常 數,這是基本條件。然后再根據工藝所要求的允許 壓力損失和節流裝置前、后的最小直管段來最后選 擇何種節流裝置 。一般情況下 ,上游和下游直管段 分別為 15D 和 5D 。 

 

一般情況下 ,推鍵下列差壓值 。 低壓氣體———差壓范圍在 1 ～ 4 kPa 時 ,宜采 用 1. 6 kPa ;液體 ———差壓范圍在 16 ～ 40 kPa 時 , 宜采用 25 kPa;中高壓氣體及蒸汽———差壓范圍 在 40 ～ 100 kPa ,宜采用 60 kPa 。 

 

節流裝置一般安裝在水平管道上, 若要安裝在垂直管道上, 則氣體 、飽和水蒸汽 、濕氣體的流向宜 自上而下 ;液體的流向必須自下而上。節流裝置必須與差壓變送器或差壓流量變送 器配套使用, 其測量管路系統較為復雜, 同時隨著 節流裝置節流孔逐漸磨損,而改變了原設計計算的 流量系數 ,以致造成測量誤差的增大。流體密度和 黏度的改變, 也會造成測量誤差的增大 。 

 

1. 2 電磁流量計(管道式) 

 

適用于電導率大于 5 μS /cm 的導電液體 。介 質的最高壓力為 4 M Pa , 介質的溫度范圍 - 60 ～ 180 ℃。具有測量精度高、量程比大(最大可達 1 000 ∶1)、系統無壓力損失、附加功能多等特點 。 前后直管段為 5D 和 2D 。電磁流量計的傳感器最 高防護等級可達 IP68(潛水型), 有普通型 、隔爆型 和本安型三類產品 。 電磁流量計可以在任意管道上安裝,但是電磁 流量計測量電極的軸線必須保持水平方向 ,且與管 道中心線互相垂直。電磁流量計的傳感器一定要 安裝在不產生氣體的管道上 ,同時液體必須充滿管 道。 

 

1. 3 超聲波流量計(夾持型) 

1997 年插入式超聲波流量計還沒有推入市 場, 夾持型是超聲波流量計的主流產品 。它適用于 能傳播超聲波的均勻液體和流速較高的氣體 。介 質溫度范圍- 10 ～ 100 ℃, 介質壓力不受限制。具有量程比寬,不受流體的黏度 、密度的影響、能測強 腐蝕介質等特點 。前后直管段為 10D 和 5D 。

 

超聲波流量計的探頭要求與管壁緊密安裝,不 能有空氣泡及沙礫。探頭的安裝方式共有四種:分 別稱為 V 法、Z 法 、N 法、M 法。 V 法為標準安裝 方法 , Z 法適用于大管徑測量, N 法和 M 法適用于 小管徑測量。管道內壁的粗糙度、結垢以及介質含有顆粒 、 氣泡等均對流量計的精度有很大影響。

 

2 、流量計選型一般考慮的問題

1)被測流體的類型(液體 、氣體 、蒸汽等)、狀態 (清的 、臟的、漿液等)及性質(有腐蝕性、無腐蝕性 等)。

2)工藝過程操作條件及溫度壓力的界限值。

3)流量計的安裝條件:管道的口徑尺寸, 上游 能提供的直管段 , 管道是否過量振動, 環境的溫度 和濕度等 。

4)儀表精度和量程的選用 。 

5)經濟性。 

6)儀表的日常維護和可靠性。

 

3 、流量計的選型 

根據選型原則和對 3 種儀表的主要性能的比 較(見表 1), 對煉油污水進行流量測量選用電磁流 量計最為適合。 1997 年錦州石化公司新建并投運 了 1 套 700 m3 /h 煉油污水處理場, 流量測量儀表 主要選用了開封儀表廠生產的 E-mag 分離型電磁 流量計,運行至今效果良好。

4 、E-mag 電磁流量計 

4. 1 傳感器的基本原理和結構 

由電磁感應定律可知 ,導體在磁場中運動而切 割磁力線時, 在導體中就會有感應電勢產生 。同理, 導電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁力 線時 ,也會在兩電極上產生感應電勢 ,并存在如下 關系 。 

E x =BDv ×10- 12 (1) 

式中 Ex ———感應電勢 ,V ; B ———磁感應強度 , T ; D ———管道直徑,即導體垂直切割磁力線的 長度, cm ; v ———液體平均流速, cm /s 。 

 

體積流量 qV(cm3 /s)與流速 v 的關系為 

qV =14 D2 v (2) 

 

將式(2)代入式(1)得 E x =(4 ×10- 12B /D)qV =kqV (3)

 

在 D 已確定并維持 B 不變時 , k 就是一個常 數, 這時感應電勢則與體積流量具有線性關系。因 此, 在管道兩側(導管式)各插入一根電極, 便可以 引出感應電勢 ,經轉換器運算放大 ,就可以顯示流 量的大小 。 

 

為了避免磁力線被測量導管的管壁短路,并使 測量導管在較強的交變磁場中盡可能地降低渦流 損耗 ,E-mag 的測量導管由非導磁的不銹鋼材料制 成。用不銹鋼等導電材料做導管時,在測量導管內 壁與電極之間必須有絕緣襯里,以防止感應電勢被 短路 。 E-mag 電磁流量計為了防止導管被腐蝕并 使內壁光滑, 在整個測量內壁涂上了絕緣襯里。襯 里材料視工作溫度、介質腐蝕性的不同而不同 , 可 選用橡膠 、聚氨酯、聚丙稀等 。 

 

4. 2 轉換器的基本原理和使用 

 

E-mag 電磁流量計的轉換器采用新穎的勵磁 方式 ,使流量計具有優越的零點穩定性和測量精確 度。轉換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅動電 流, 以驅動傳感器勵磁線圈。本身工作頻率由單片 機控制, 不受電源頻率變化的影響 。勵磁電路在磁 場反向時由能量恢復系統提供一個高的反向電壓 , 加速克服反向時的磁場阻力 。 

 

由傳感器測得的微弱感應電勢,輸入至轉換器 的測量系統。經高輸入阻抗放大器放大、濾波和自 動零點調整及增益控制后 ,經高性能 、高精度信號 轉換 ,將模擬信號轉換為數字量。單片機將數字信 號采樣后 ,計算出流速以及期望得到的各測量值 、 模擬輸出 、脈沖輸出值等。 LCD 液晶顯示器可顯 示各測量值。為了減小信號衰減 , 提高精度, 分離 型流量計的轉換器和傳感器之間采用 S TT3200 專用信號電纜。 

 

為了使轉換器能夠理想地工作,還要對它進行 菜單編程,菜單結構如圖1 所示。通過轉換器上的4 個操作按鍵 ,可方便地調出編程菜單 ,輸入參數, 確 認即可。例如,需要轉換器模擬輸出 4 ～ 20 mA , 通 過按鍵調出菜單,操作過程如圖 1 所示 。

通過以上的操作, 就可以得到 1 個模擬 4 ～ 20 mA輸出信號 。通過編程可以對流量量程、脈沖 輸出 、總量累計 、報警點設置、傳感器參數等進行設 定。為了保證儀表的正常工作 ,對于一般參數采取 一級保護 ;對于重要參數如傳感器參數等進行二級 保護 ,分別設置保護密碼 。 這種智能型轉換器在開車過程中起到了很大 作用 。裝置運行初期 ,流量變化較大。工藝要求在 生化池中培養活性污泥 ,污水主要打回流 , 以增加 停留時間 。這時回流量變得很大, 而儀表量程是按 穩定狀態下設計的, 儀表瞬時流量值已經超出量程 范圍 。電磁流量計的量程比可達 1 000 ∶1 ,在測量 范圍內量程可通過轉換器改變。于是筆者對轉換 器重新編程,把量程設置在合理范圍, 使流量測量 達到滿意效果。當生產流程運行穩定后 ,再將量程 改回即可 。 

 

4. 3 電磁流量計的安裝

 

4. 3. 1 傳感器的安裝 

為了使儀表可靠測量, 安裝時要注意以下幾 點。 1)為使傳感器測量導管內始終充滿流體 ,傳感 器可安裝在 U 型管道最低部位。 2)保證傳感器前后直管段分別不小于 5D 和 2D 。3)如果垂直或傾斜安裝, 流體一般應自下而上 流動 。 4)應保證測量管與工藝管道同軸 。 5)為防止襯里磨損 ,可在傳感器進口加裝進口 保護法蘭(廠家可提供)。 6)應避免強烈振動和過大的溫度變化 。 7)安裝場所的磁場強度應小于 400 A /m 。 4. 3. 2 電氣接線 為了保證測量精度 ,傳感器與轉換器之間的接 線應注意以下問題 。 

 

1)在確認電纜型號后 ,按規定進行接線, 接線 應正確、牢靠 。 

 

2)電纜剝線時, 注意不要損傷應保留的絕緣 層。對流量信號線, 只要可以接線, 就盡量少剝屏 蔽層 。3)連接傳感器與 轉換器之間的電纜 采用 ST T3200 ,兩同軸電纜的內層屏蔽泄漏線絞合后 , 應套上絕緣套管, 然后再接至 SIGGND(信號地) 端。對黑色半導體層應從根部切除,以免影響其他 接線 。4)傳感器與轉換器之間的電纜長度一般不超 過 100 m 。 

 

5 電磁流量計在污水處理中的應用結束語 

 

通過對 E-mag 電磁流量計的實際應用 , 筆者 總結出以下特點。 1)測量不受流體密度、黏度、溫度 、壓力和電導 率變化的影響 ; 2)測量管內無阻礙流動部件 , 無壓損 ,直管段 要求較低 ; 3)傳感器有法蘭型及夾持型 ,其襯里和電極材 料有多種選擇 ; 4)SM ART 轉換器采用勵磁方式 ,功耗低 、零 點穩定、精確度高;量程比可達 1 000 ∶1 ; 5)轉換器采用 16 位高性能微處理器 ,參數設 定方便, 編程可靠; 6)流量計為雙向測量系統, 內裝 3 個積算器 : 正向流量 、反向流量及差值量累積 ;可顯示正、反流 量,并具有多種輸出:電流 、脈沖、HA RT 通訊信號; 7)橡膠和聚氨酯襯里傳感器為本質沉浸結構 ; 8)可用于相應的防爆場所。 E-mag 電磁流量計在污水處理廠中使用后 ,一 直運行良好, 操作人員反映讀數準確, 操作簡單 。 不但為裝置達標提供了準確的數據,還為電磁流量 計在該公司的應用提供了重要依據。