污水流量監(jiān)測中流量計的選擇

摘 要：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)致其流量計的選擇比較復(fù)雜。從被測對象、流量計性能、安裝條件、使用環(huán)境、經(jīng)濟(jì)成本等方面，對電磁流量計、超聲波流量計、V錐流量計進(jìn)行了對比分析，為污水流量監(jiān)測過程中流量計的合理選用提供參考。關(guān)鍵字：污水 流量監(jiān)測 電磁流量計 超聲波流量計 V錐流量計
        流量計是少數(shù)幾種使用比制造困難的儀器儀表之一，主要是因為流量計種類繁多，各有特點(diǎn)，加上被測對象又是污水，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，同時選型又涉及許多技術(shù)問題和經(jīng)濟(jì)因素。因此，要做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，必須對各流量計的性能特點(diǎn)和工作原理有所了解，才能保證流量計的選型更加合理。本文通過幾種常用流量計的介紹，根據(jù)實際的應(yīng)用情況，說明污水流量監(jiān)測過程中如何合理選用不同的流量計。

  1 流量監(jiān)測中幾種常用的流量計
   1.1 電磁流量計        電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其*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)中的漿液流量的測量，并形成了*的應(yīng)用領(lǐng)域。
  1.2 超聲波流量計        超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。超聲波流量計的測量方法很多，有時間差法、頻率差法、相位差法、多普勒法。時間差法、多普勒法是應(yīng)用zui多的測量原理。
        超聲波流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬*流量計，適用于解決流量測量困難的問題，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，近年來它是發(fā)展迅速的流量計類型之一。
        超聲波流量計的特點(diǎn)是可做非接觸式測量，為無流動阻撓測量，無壓力損失，可測量非導(dǎo)電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補(bǔ)充。時差法超聲波流量計是目前應(yīng)用zui廣泛的。隨著CPU、信號處理技術(shù)的發(fā)展，測量的準(zhǔn)確度和可靠性有了很大的提高。尤其是時間測量技術(shù)的發(fā)展，時差分辨力提高了，解決了小口徑、低流速測量難的問題。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阻礙聲脈沖的正常傳播，導(dǎo)致不能正常測量，所以超聲波流量計更適于測量純凈液體。
        多普勒法超聲波流量計一般要求流體內(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，要求流體流動的速度必須比粒子產(chǎn)生沉淀的臨界速度大很多，另外測得的速度只是散射體相遇點(diǎn)的速度值，因此，測量的速度值對流速分布和流態(tài)有很大的依賴性，也就是說直管段的長度要求很長，需在20倍管徑以上。所以，多普勒法超聲波流量計的應(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)的測量，通常不適用于非常清潔的流體測量。
  1.3 V錐流量計        V錐流量計是一種新穎的差壓式流量計，利用一個V形錐體在流場中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)來測量流量，如果流體通過一個節(jié)流元件時，流速會加快，從而會使動能增加，而被加速處流體的靜壓力反而會被降低。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，壓降會隨流速的增加而增加，隨流速的減小而減小。
        V錐體流量計和其它節(jié)流式流量計不同，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錐流量計是集差壓式流量計之精華的結(jié)晶，它的節(jié)流緣是鈍角，流動時形成邊界層，使流體離開了節(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）長期不變，是一種接近理想狀態(tài)的節(jié)流裝置，具有長期的穩(wěn)定性。適用于各種氣體和液體、煤氣、各種臟污氣體介質(zhì)、直管段不足的場所和對精度要求高的地方。由于經(jīng)濟(jì)成本和該儀表還沒有標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，因此，還沒有得到大力的推廣和應(yīng)用。
2 流量計的選型設(shè)計        在進(jìn)行流量計的選型設(shè)計之前，我們應(yīng)該首先明確被測對象，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 明確被測對象        被測對象就是工業(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水質(zhì)的測量呢？電磁流量計適合測量導(dǎo)電液體（電導(dǎo)率≥5μS/cm）的流量，應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)物性、管道材質(zhì)，合理選擇電極形式、電極材質(zhì)、襯里材質(zhì)、接地方式、防護(hù)等級。
        超聲波流量計對被測介質(zhì)要求十分苛刻，像多普勒法超聲波流量計只能正常測量雜質(zhì)含量相對穩(wěn)定的流體，而時間差法流量計主要用來測量潔凈的流體。
        V錐流量計適用于臟污的流體測量，但前提條件是雷諾數(shù)應(yīng)滿足要求。當(dāng)雷諾數(shù)無限制地下降時，V錐流量計的流出系數(shù)隨著雷諾數(shù)的減小而減小，其不確定度將增加。在高壓的場合，V錐流量計使用有局限性，因為錐體負(fù)壓管的結(jié)構(gòu)在承受高壓的情況下會發(fā)生脫落，導(dǎo)致事故的發(fā)生，選型應(yīng)注意。
2.2 流量計性能方面
        在選用某種流量計時，首先應(yīng)綜合考慮該種流量計的精度、重復(fù)性、線性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性、響應(yīng)時間、不可測性等因素。
        電磁流量計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量管內(nèi)沒有任何阻礙介質(zhì)流動的節(jié)流部件，所以不會引起任何附加的壓力損失，是流量計中耗能zui低的流量儀表之一。電磁流量計的量程范圍極寬，并且在測量過程中不受被測介質(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極寬，從幾mm到3m都可以滿足，選擇電磁口徑時應(yīng)保證zui小流量工況下被測介質(zhì)流速不小于0.5m/s。
        超聲波流量計是一種非接觸式的測量儀表，沒有機(jī)械傳動部件，通道內(nèi)也沒有阻礙件，無壓力損失，能量損失小，測量精度不高。V錐流量計是一種具有*性能的新型流量計，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%）。因為它是靠節(jié)流效應(yīng)來測量壓差的，所以有一定壓損。
  2.3 安裝條件方面      許多流量計在運(yùn)行過程中存在問題，大部分是由于安裝出現(xiàn)了問題。
        電磁流量計水平、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。電磁流量計安裝時應(yīng)保證滿管流，不能安裝在管道zui高點(diǎn)。儀表井內(nèi)安裝的電磁流量計傳感器防護(hù)等級應(yīng)為IP68。
        超聲波流量計的安裝對前、后直管段的要求比較高，安裝位置至少要有15D的直管段長度，不能受振動的影響，否則測量不。
        V錐流量計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就可以滿足要求。當(dāng)測量臟污介質(zhì)時，應(yīng)合理選擇V錐流量計取壓方式，避免測量管線堵塞。
2.4 環(huán)境方面
        環(huán)境方面主要是考慮周圍溫度、濕度、安全因素、信號調(diào)節(jié)及變送、壓力、大氣及電子干擾等對流量計性能穩(wěn)定方面的影響。安裝時都應(yīng)盡量避開大電機(jī)、大變壓器等，以防引入電磁干擾。
        電磁流量計的環(huán)境溫度一般在－30～80℃，對相對濕度的要求在5%～95%之間，大氣壓力為86～106kPa；超聲波流量計對環(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)境相對濕度在10%～90%范圍內(nèi)。
2.5 經(jīng)濟(jì)成本方面
        流量計的選擇要在初期投資和長期可靠運(yùn)行之間綜合考慮，例如購買費(fèi)用、安裝費(fèi)用、操作費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、校驗費(fèi)用、流量計壽命、備件及消費(fèi)品、可靠性方面等各種因素都要在有效滿足工業(yè)生產(chǎn)可靠運(yùn)行的前提下，進(jìn)行*的經(jīng)濟(jì)選型。
        電磁流量計目前常用的德國E＋H、科隆、日本橫河等公司產(chǎn)品均價格不菲，以DN200mm管徑為例，價格一般在2萬元左右，但隨著被測管徑的增大和抗腐蝕性的要求，價格也會相應(yīng)增加。而像國內(nèi)比較的北京中瑞能、上海光華、四川川儀等生產(chǎn)的電磁流量計產(chǎn)品，精度上也有了很大的提高，并且價格方面也有很大的優(yōu)勢。
       超聲波流量計目前常用的進(jìn)口品牌有美國麗聲POLYSONLCSDCT7088系列、迪納聲DYNASONISERIES901系列、日本橫河、英國MICRONES，固定式價格一般在3～5萬元之間。在國內(nèi)，像廣州怡文、開封儀表、上海肯特等所生產(chǎn)的產(chǎn)品在工程應(yīng)用上也很廣泛，與國外的產(chǎn)品在成本方面有很大的競爭優(yōu)勢。
       V錐流量計中的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*，使得其售價較高，在國內(nèi)使用還不廣泛，因成本關(guān)系還不能取代其它流量計。
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)，對可靠、測量造成了很大的困難。通過對以上幾種流量計的分析、比較，在污水流量測量過程中，電磁流量計的綜合性能較好。要想使污水流量的測量和控制達(dá)到精度和可靠的要求，必須深入了解、分析各流量計的性能和特點(diǎn)以及被測污水水質(zhì)條件，才能選擇合適型號的流量計。