在污水處理系統(tǒng)測量中各種流量計的選型說明

如何根據(jù)不同的測量現(xiàn)場需要選擇不同類型的流量計也是非常有考究的，選型技術(shù)工程師必須對于本廠所沒的污水類型及其它相關(guān)數(shù)據(jù)作一個通盤的考慮才能予以確定。本文就是針對于在污水測量中各種不同的技術(shù)條件下的選型說明。
在工業(yè)性和生活性的污水凈化處理中，需要對于生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)的污水流量做到實時的監(jiān)控與監(jiān)測，流量數(shù)據(jù)不僅關(guān)系到生產(chǎn)能否穩(wěn)定進行，也是對于企業(yè)生產(chǎn)效率高低的評價給予數(shù)據(jù)支持。為了做到這一點，就需要用到大量的流量計。如何根據(jù)不同的測量現(xiàn)場需要選擇不同類型的流量計也是非常有考究的，選型技術(shù)工程師必須對于本廠所沒的污水類型及其它相關(guān)數(shù)據(jù)作一個通盤的考慮才能予以確定。本文就是針對于在污水測量中各種不同的技術(shù)條件下的選型說明。
一、堰式流量計和槽式流量計
給/排水道若為敞開渠道，具有自由表面自然流，或是一些排水道和下水管渠，雖不敞開，但是在非受壓、非滿水狀態(tài)下流動，實際上都屬于明渠，可以采用堰式流量計和槽式流量計進行計量。
其優(yōu)點是：測量精確度較高，可靠性好，對液體無特殊要求。槽式流量計所在的水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉淀且隨水流排出，堰式流量計所在渠道要截流但檢測元件結(jié)構(gòu)較簡單，直管段要求較短，槽式流量計水位抬高比堰式流量計小，適用于不允許有大落差的渠道等。而其缺點在于:水頭損失大，不能用于接近平坦地面的渠道，堰式流量計上游直管段比槽式流量計長，堰上游易堆積固形物，要定期清理，槽式流量計所在渠道一段要裝入槽但檢測件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜等。
堰式流量計的測流槽有直角三角堰(60°或90°)、矩形堰及等寬堰等。槽式流量計測流槽有多種形式，主要有矩形明渠的P槽(常用)及圓形明渠的PB槽等。堰式流量計和槽式流量計都是用液位計來間接進行流量測量，因此均需配用非接觸超聲式液位計來連續(xù)測量液位，并按照制定的流量同液位的關(guān)系計算流量值，例如某一種超聲式液位計與三角堰配用流量計量精度可達±(1.00～3.00)%×FS，與矩形堰配用流量計量精度可達±(1.00～5.00)%×FS，與巴歇爾槽(即P槽)配用流量計量精度可達±(3.00～4.00)%×FS。注意，為保證超聲式液位計的正常使用，測量點必須避免表面有大量泡沫。
二、流速-水位流量計
流速－水位流量計實際是液位計(常采用壓力式、靜壓式和超聲波液位計)和流量計(常采用時間差法超聲波流量計、多普勒超聲波流量計和污水流量計)的組合，它也屬于明渠流量計，常被置于矩形明渠中，使用液位計來測液位(因矩形明渠寬度已知則流通面積可知)，使用流量計來測流速(使用時間差法超聲波流量計測的是線平均流速，多普勒超聲波流量計測的是測量點流速或局部小面積平均流速)，兩者相乘便可得到流量值。從一般意義上講，污水處理裝置入口待處理污水較為渾濁，壓力式或靜壓式液位計故障率較高，多普勒超聲波流量計較為適用;污水處理裝置出口凈化后污水較為清澈，靜壓式液位計和時間差法超聲波流量計較為適用;污水流量計測流速均能適用(從一定意義上說就是非滿管污水流量計)。其優(yōu)點是:水頭損失小，測量范圍寬，可測逆向流，水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉淀且隨水流排出，不必改動渠道。其缺點是上/下游直管段要有足夠長的直渠渠道，上游直管段比堰式流量計和槽式流量計長。
三、污水流量計
污水流量計是測量導(dǎo)電性流體理想的體積流量計，因此它適用于污水流量的計量，從污水經(jīng)沉淀濃縮后進入離心脫水機，離心脫水機入口污泥流量計采用污水流量計就能得到很好的證明，從這個意義上說，污水流量計屬于萬能流量計。
其優(yōu)點是：傳感器安裝處管道為光滑直管、無阻塞、無磨損、壓損小，無可動部件，可靠性高，長期穩(wěn)定性好，免維護；測量范圍大，保證精度的測量范圍一般可達40∶1；對流體狀況要求不高，對前/后直管段要求低(如前5D后2D)；精度高可達±0.20%×FS；口徑范圍大(DN1～DN3000mm)；可測正/反方向流量；與流體接觸的電*和內(nèi)襯材料有多種選擇；響應(yīng)速度可達10ms；可自清洗等。
其缺點是：有小電導(dǎo)率的限制；磨損和結(jié)垢會影響測量精度；流體需要充滿管道(也有不滿管型污水流量計，但精度較低)；大口徑產(chǎn)品價格高，口徑越大價格越高。
污水流量計按激磁方式可分為直流激磁(目前已不采用)、交流激磁(工頻50Hz)及低頻矩形波激磁(主流產(chǎn)品)等；按安裝連接方式分法蘭連接(帶測量管法蘭式或?qū)A式)、螺紋連接及插入式等；按結(jié)構(gòu)形式分為一體型及分體型等；按介質(zhì)狀態(tài)分為滿管型和不滿管型。交流激磁的優(yōu)點是磁感應(yīng)強度大、信噪比高且適用于雙向介質(zhì)等；缺點是容易引進工頻干擾、容易產(chǎn)生噪聲(比如液體中渦電流與流量信號同相位噪聲、電*污染形成噪聲及相位移動噪聲等)及零點漂移大等。
污水流量計選用要點*先是精度選擇，滿管型±(0.50～2.00)×FS級，不滿管型±(1.50～2.00)×FS級，插入型±(2.00～4.00)×FS級;其次是流速選擇，流速范圍0.5～10.0m/s，注意易粘附、沉積且結(jié)垢的應(yīng)大于2m/s，含顆粒介質(zhì)的應(yīng)小于3m/s。
大口徑污水流量計價格較貴，解決方案是選用插入式流量計(價格基本不隨管徑而改變)，其優(yōu)點在于重量輕、壓損小、易于安裝和維修，其所測流速下限無限制、阻塞影響可忽略，只是誤差較大。大口徑污水管路由于流速普遍較低，泥沙及污垢等容易在探頭表面沉積，因此常配有球閥，實現(xiàn)在不斷流情況下可以拆下探頭進行維護和檢查。插入式污水流量計探頭一般位于管道中的特定位置(一般為管道內(nèi)徑的1/8處，即管道平均流速之處)，測量該處局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)流速分布及傳感器的幾何尺寸等推算出流量，不過前/后直管段要求比普通污水流量計要高(如前10D、后5D)，另外管道中必須充滿液體，為防止液體中的氣體在管道中積聚，應(yīng)在管道高點安裝排氣閥，實現(xiàn)自動排氣或人工定期排氣。
四、超聲波流量計
超聲波流量計的換能器可以不直接接觸污水。其按測量原理有傳播時間法(時間差法等)、多普勒效應(yīng)法及其他方法等，其中時間差法和多普勒效應(yīng)法采用較多;按安裝方式可分為移動安裝(外夾式換能器)和固定安裝(帶測量管或在線安裝式換能器);按聲道數(shù)分單聲道和多聲道。其優(yōu)點是在于無阻力損失、流量下限低及適用于大型管道等。缺點是只能用于清潔的介質(zhì)、不能用于小口徑測量及多聲道且價格昂貴等。同時，該流量計精確度差別很大，在時間差法超聲波流量計中，大管徑帶測量管多聲道超聲波流量計的精確度高，達±(0.50～1.00)%×FS，有的高達±0.15%×FS，但對安裝要求*高，必須在專業(yè)人員的指導(dǎo)下精確安裝，能夠在線安裝，多普勒超聲波流量計的精度達±(3.00～10.00)%×FS，當(dāng)固體含量基本不變時，可達±(0.50～3.00)%×FS。
時間差法超聲波流量計主要用來測量潔凈的流體流量，此外還可以測量固體雜質(zhì)含量不高(一般固體顆粒含量小于10g/L，顆粒直徑小于1mm)的均勻流體，但不能測量含有影響超聲波傳播的連續(xù)混入氣泡、固體顆粒含量較高或固體顆粒直徑較大的流體流量。因此，被測介質(zhì)中固體顆粒雜質(zhì)含量或固體顆粒直徑都應(yīng)有上限，具體為：被測介質(zhì)里氣泡含量不能超過5%；濁度不能超過5000mg/L，固體含量大于10%不推薦使用；不能有連續(xù)的大量絮狀懸浮物；若含有大量泥沙等顆粒狀物時，其顆粒直徑不能大于3mm；介質(zhì)不應(yīng)在管壁內(nèi)產(chǎn)生大量結(jié)晶物。多普勒法超聲波流量計依靠污水中固體顆粒雜質(zhì)的反射來測量污水流速，因此適用于固體顆粒雜質(zhì)含量較多或固體顆粒直徑較大的臟水或漿體，如城市污水、污泥及雜質(zhì)含量穩(wěn)定的工廠過程液等，而且可以測量連續(xù)混入氣泡的液體，被測介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體(顆?；驓馀?，否則儀表不能正常工作。需要注意的是，被測介質(zhì)中固體顆粒雜質(zhì)含量或固體顆粒直徑都應(yīng)有下限。
五、差壓式流量計
污水流量計量還保留了部分孔板流量計，而新上裝置已基本不選。其優(yōu)點是：制作簡單、性能穩(wěn)定、對振動不敏感及抗干擾能力較強等。其缺點是：計量精度屬于中等水平、范圍度較窄、壓力損失大、安裝要求較高、泄漏點多、導(dǎo)壓管易被污水中的固體顆粒等雜物堵塞(有時被迫采用隔離措施)及維護量較大等。
六、污水流量計量儀表選型建議
用敞開渠道輸送的污水流量可用堰式流量計、槽式流量計及流速-水位流量計等來計量，其精度均可以滿足計量要求。對于要求水頭損失較小的應(yīng)選用流速-水位流量計，不過應(yīng)對不同水質(zhì)選擇合適的液位計和流量計組合來構(gòu)成流速-水位流量計。對于允許水頭損失大的可以選用堰式流量計或槽式流量計，其中造價較為便宜、允許有較大落差和可以定期清理上游側(cè)固態(tài)沉積物的可選用堰式流量計，反之則選型槽式流量計，但選用槽式流量計時應(yīng)防止淹沒流和逆向流。用管道輸送的污水流量可用污水流量計或超聲波流量計進行計量，但要注意測量管、電*及換能器等的清洗。一般來說，管徑不大于200mm時超聲波流量計比污水流量計貴，可選用污水流量計，而管徑不小于250mm時超聲波流量計比污水流量計便宜，可選用超聲流量計。注意，不必追求過高性能而選用多聲道超聲波流量計(比如單聲道超聲波流量計)。從性能上來說，時間差法超聲波流量計和多普勒法超聲波流量計對于固體顆粒雜質(zhì)含量或固體顆粒直徑在一定范圍內(nèi)的污水流量均能計量(即它們的適用范圍有一定重合區(qū)域)，但低于或超出該范圍就只能分別選用時間差法超聲波流量計或多普勒法超聲波流量計進行計量。從這個意義上說，全面掌握被測污水的介質(zhì)情況是儀表選型的關(guān)鍵，當(dāng)無法確認被測污水的介質(zhì)情況時應(yīng)盡量選用污水流量計，但應(yīng)注意多普勒法超聲波流量計精度較低;另外在大管道上可選用插入式污水流量計、可移動安裝(外夾式換能器)、固定安裝(在線安裝式換能器)式超聲波流量計，精度完全滿足計量要求，但應(yīng)優(yōu)先選用插入式污水流量計或可移動安裝(外夾式換能器)式超聲波流量計；由于差壓式流量計安裝要求較高、泄漏點多、導(dǎo)壓管易被污水中的固體顆粒等雜物堵塞且維護量較大，因此在污水流量測量時盡量不選用。
污水處理系統(tǒng)中流量測量儀表的選型是一項難題，筆者介紹了4種污水測量儀表特點選型要點，通過了解這幾類測量儀表的性能，根據(jù)工藝生產(chǎn)需要選用合適的測量儀表，使污水流量的測量和控制滿足了精確度和可靠性的要求。

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