污水流量監(jiān)測(cè)中流量計(jì)的選擇

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(diǎn)，導(dǎo)致其流量計(jì)的選擇比較復(fù)雜。流量計(jì)是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因?yàn)榱髁渴且粋€(gè)動(dòng)態(tài)量，處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的液體內(nèi)部不僅存在著粘性摩擦作用，還會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象。測(cè)量?jī)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(duì)國(guó)內(nèi)外十幾類(lèi)、上百個(gè)品種的流量?jī)x表，（先后發(fā)展起來(lái)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(jì)等類(lèi)型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量?jī)x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(hù)是否合理也相當(dāng)重要。以下介紹污水流量測(cè)量中經(jīng)常使用的電磁式、渦街式、差壓式等幾種流量計(jì)的選型設(shè)計(jì)，并根據(jù)污水處理工藝，從理論和實(shí)踐兩方面闡述它們各自的特點(diǎn)。
流量計(jì)是少數(shù)幾種使用比制造困難的儀器儀表之一，主要是因?yàn)榱髁坑?jì)種類(lèi)繁多，各有特點(diǎn)，加上被測(cè)對(duì)象又是污水，特別是未經(jīng)處理的污水，不但具有強(qiáng)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(shí)選型又涉及許多技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)因素。因此，要做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，必須對(duì)各流量計(jì)的性能特點(diǎn)和工作原理有所了解，才能保證流量計(jì)的選型更加合理。本文通過(guò)幾種常用流量計(jì)的介紹，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況，說(shuō)明污水流量監(jiān)測(cè)過(guò)程中如何合理選用不同的流量計(jì)。
1、流量監(jiān)測(cè)中幾種常用的流量計(jì)
1.1 污水流量計(jì)
污水流量計(jì)是根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，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(cè)量，并形成了獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。
1.2 超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束（或超聲脈沖）的作用以測(cè)量流量的儀表。超聲波流量計(jì)的測(cè)量方法很多，有時(shí)間差法、頻率差法、相位差法、多普勒法。時(shí)間差法、多普勒法是應(yīng)用*多的測(cè)量原理。
超聲波流量計(jì)和污水流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無(wú)阻礙流量計(jì)，適用于解決流量測(cè)量困難的問(wèn)題，特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)它是發(fā)展迅速的流量計(jì)類(lèi)型之一。
超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是可做非接觸式測(cè)量，為無(wú)流動(dòng)阻撓測(cè)量，無(wú)壓力損失，可測(cè)量非導(dǎo)電性液體，對(duì)無(wú)阻撓測(cè)量的污水流量計(jì)是一種補(bǔ)充。時(shí)差法超聲波流量計(jì)是目前應(yīng)用*廣泛的。隨著CPU、信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性有了很大的提高。尤其是時(shí)間測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，時(shí)差分辨力提高了，解決了小口徑、低流速測(cè)量難的問(wèn)題。應(yīng)用領(lǐng)域也從凈水?dāng)U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(huì)阻礙聲脈沖的正常傳播，導(dǎo)致不能正常測(cè)量，所以超聲波流量計(jì)更適于測(cè)量純凈液體。
多普勒法超聲波流量計(jì)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(dòng)的速度必須比粒子產(chǎn)生沉淀的臨界速度大很多，另外測(cè)得的速度只是散射體相遇點(diǎn)的速度值，因此，測(cè)量的速度值對(duì)流速分布和流態(tài)有很大的依賴(lài)性，也就是說(shuō)直管段的長(zhǎng)度要求很長(zhǎng)，需在20倍管徑以上。所以，多普勒法超聲波流量計(jì)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(cè)量，通常不適用于非常清潔的流體測(cè)量。
1.3 V錐流量計(jì)
V錐流量計(jì)是一種新穎的差壓式流量計(jì)，利用一個(gè)V形錐體在流場(chǎng)中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)來(lái)測(cè)量流量，如果流體通過(guò)一個(gè)節(jié)流元件時(shí)，流速會(huì)加快，從而會(huì)使動(dòng)能增加，而被加速處流體的靜壓力反而會(huì)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(huì)隨流速的增加而增加，隨流速的減小而減小。
V錐體流量計(jì)和其它節(jié)流式流量計(jì)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(jì)是集差壓式流量計(jì)之精華的結(jié)晶，它的節(jié)流緣是鈍角，流動(dòng)時(shí)形成邊界層，使流體離開(kāi)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(zhǎng)期不變，是一種接近理想狀態(tài)的節(jié)流裝置，具有長(zhǎng)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(chǎng)所和對(duì)精度要求高的地方。由于經(jīng)濟(jì)成本和該儀表還沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或**標(biāo)準(zhǔn)，因此，還沒(méi)有得到大力的推廣和應(yīng)用。
2、流量計(jì)的選型設(shè)計(jì)
在進(jìn)行流量計(jì)的選型設(shè)計(jì)之前，我們應(yīng)該*先明確被測(cè)對(duì)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(jì)因素這幾方面因素。
2.1 明確被測(cè)對(duì)象
被測(cè)對(duì)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(lèi)水質(zhì)的測(cè)量呢？污水流量計(jì)適合測(cè)量導(dǎo)電液體（電導(dǎo)率>≥5μS/cm）的流量，應(yīng)根據(jù)被測(cè)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(hù)等級(jí)。
超聲波流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求十分苛刻，像多普勒法超聲波流量計(jì)只能正常測(cè)量雜質(zhì)含量相對(duì)穩(wěn)定的流體，而時(shí)間差法流量計(jì)主要用來(lái)測(cè)量潔凈的流體。
V錐流量計(jì)適用于臟污的流體測(cè)量，但前提條件是雷諾數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足要求。當(dāng)雷諾數(shù)無(wú)限制地下降時(shí)，V錐流量計(jì)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(chǎng)合，V錐流量計(jì)使用有局限性，因?yàn)殄F體負(fù)壓管的結(jié)構(gòu)在承受高壓的情況下會(huì)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(jì)性能方面
在選用某種流量計(jì)時(shí)，*先應(yīng)綜合考慮該種流量計(jì)的精度、重復(fù)性、線(xiàn)性度、量程比、壓力損失、輸出信號(hào)特性、響應(yīng)時(shí)間、不可測(cè)性等因素。
污水流量計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量管內(nèi)沒(méi)有任何阻礙介質(zhì)流動(dòng)的節(jié)流部件，所以不會(huì)引起任何附加的壓力損失，是流量計(jì)中耗能*低的流量?jī)x表之一。污水流量計(jì)的量程范圍*寬，并且在測(cè)量過(guò)程中不受被測(cè)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(mǎn)足，選擇電磁口徑時(shí)應(yīng)保證*小流量工況下被測(cè)介質(zhì)流速不小于0.5m/s。
超聲波流量計(jì)是一種非接觸式的測(cè)量?jī)x表，沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，通道內(nèi)也沒(méi)有阻礙件，無(wú)壓力損失，能量損失小，測(cè)量精度不高。V錐流量計(jì)是一種具有獨(dú)特性能的新型流量計(jì)，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(zhǔn)確度高（≤0.5%）。因?yàn)樗强抗?jié)流效應(yīng)來(lái)測(cè)量壓差的，所以有一定壓損。
2.3 安裝條件方面
許多流量計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題，大部分是由于安裝出現(xiàn)了問(wèn)題。污水流量計(jì)水平、垂直（下進(jìn)上出）、傾斜（底進(jìn)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(jì)安裝時(shí)應(yīng)保證滿(mǎn)管流，不能安裝在管道*高點(diǎn)。儀表井內(nèi)安裝的污水流量計(jì)傳感器防護(hù)等級(jí)應(yīng)為IP68。
超聲波流量計(jì)的安裝對(duì)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(zhǎng)度，不能受振動(dòng)的影響，否則測(cè)量不精確。
V錐流量計(jì)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(mǎn)足要求。當(dāng)測(cè)量臟污介質(zhì)時(shí)，應(yīng)合理選擇V錐流量計(jì)取壓方式，避免測(cè)量管線(xiàn)堵塞。
2.4環(huán)境方面
環(huán)境方面主要是考慮周?chē)鷾囟?、濕度、安全因素、信?hào)調(diào)節(jié)及變送、壓力、大氣及電子干擾等對(duì)流量計(jì)性能穩(wěn)定方面的影響。安裝時(shí)都應(yīng)盡量避開(kāi)大電機(jī)、大變壓器等，以防引入電磁干擾。
污水流量計(jì)的環(huán)境溫度一般在－30～80℃，對(duì)相對(duì)濕度的要求在5%～95%之間，大氣壓力為86～106kPa；超聲波流量計(jì)對(duì)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(jì)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(duì)濕度在10%～90%范圍內(nèi)。
2.5 經(jīng)濟(jì)成本方面
流量計(jì)的選擇要在初期投資和長(zhǎng)期可靠運(yùn)行之間綜合考慮，例如購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用、安裝費(fèi)用、操作費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、校驗(yàn)費(fèi)用、流量計(jì)壽命、備件及消費(fèi)品、可靠性方面等各種因素都要在有效滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)可靠運(yùn)行的前提下，進(jìn)行*優(yōu)的經(jīng)濟(jì)選型。
污水流量計(jì)目前常用的德國(guó)E＋H等公司產(chǎn)品均價(jià)格不菲，以DN200mm管徑為例，價(jià)格一般在2萬(wàn)元左右，但隨著被測(cè)管徑的增大和抗腐蝕性的要求，價(jià)格也會(huì)相應(yīng)增加。而像國(guó)內(nèi)比較知名的北京中等生產(chǎn)的污水流量計(jì)產(chǎn)品，精度上也有了很大的提高，并且價(jià)格方面也有很大的優(yōu)勢(shì)。
V錐流量計(jì)中的V錐由于用料多、加工工藝復(fù)雜、標(biāo)定費(fèi)用高、基本上依賴(lài)國(guó)外技術(shù)，使得其售價(jià)較高，在國(guó)內(nèi)使用還不廣泛，因成本關(guān)系還不能取代其它流量計(jì)。
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(diǎn)，對(duì)可靠、精確測(cè)量造成了很大的困難。通過(guò)對(duì)以上幾種流量計(jì)的分析、比較，在污水流量測(cè)量過(guò)程中，污水流量計(jì)的綜合性能較好。要想使污水流量的測(cè)量和控制達(dá)到精度和可靠的要求，必須深入了解、分析各流量計(jì)的性能和特點(diǎn)以及被測(cè)污水水質(zhì)條件，才能選擇合適型號(hào)的流量計(jì)。

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