污水處理中對幾種流量計的性能價格等進行探討
點擊次數：1851 發布時間：2020-08-10 06:55:49
摘要：在污水處理中，如何正確、合理、經濟地選擇流量儀表，將直接影響水處理工程的自控水平，工程造價。流量檢測點不同，被測介質的成分不同，所用流量計的類型也會不同。本文從技術和經濟兩方面，對幾種流量計的性能、價格等進行探討，以求為物資購置人員和技術設計人員有所幫助。
0、前言
隨著工業的不斷發展和城市人口的急劇增加，工業廢水和城市污水的排放量也將會大量增加。如果這些廢水未經處理進行排放，將會對環境和飲用水造成嚴重污染。因此，有必要建立高度自動化的污水處理廠。這就要求有不同介質的流量被測量，同時，市場上又不斷推出新的流量計供你選擇，那么，如何合理地選擇適合不同介質的流量計顯得非常重要。本文從污水處理的工藝流程、流量計的工作原理、技術經濟指標等方面進行探討。
1、工藝流程
工藝流程見下圖
從上圖中可以看出，各流量檢測點所選擇的流量計類型是不相同的。主要原因是被測介質的成分不同。在污水處理廠中，一般進口流量采用文丘里加超聲波傳感器進行測量，由于超聲波傳感器具有易安裝，不易被磨損。但是，如果被測介質的表面浮有大量泡沫，則來自超聲波傳感器的超聲脈沖可能被吸收，使測量受到干擾，嚴重影響測量精度。此時可采用靜壓式的傳感器來代替。
2、工作原理
不同類型的流量計使用于不同的場合，主要有流量計的工作原理決定的。下面就污水處理廠常用的流量計進行說明。
2.1 超聲波流量計
超聲波流量計的換能器成對地安裝在管道的兩側，兩個換能器交替地被作為超聲波信號的發生器或接收使用。聲波會被流動的液體攜帶著流動，聲波會受到液體流速的影響，假設超聲波信號從換能器A順流傳播到換能器B(稱順向)所需的時間為T1，從換能器B逆流傳播到換能器A(稱逆向)所需的時間為T2，則：
T1=Lp/(Cp+Vp)
T2=Lp/(Cp-Vp)
而Vp=V·cosθ
得出超聲波流量計中的流體沿管道軸向的速度為
式中：Lp—聲波傳播路徑(聲道)長度；
Cp—聲波在靜止液體中的傳播速度；
ΔT—時間差ΔT=T1-T2；
θ—聲波傳播方向與管道軸線之間的夾角(聲道角)；
Vp—液體在聲道方向的速度分量；
這樣，超聲波流量計可以通過測量ΔT，直接求得流體在聲道上的平均線流速，然后采用一種專有積分方法算出管道橫截面積上的平均面流速直至流量。
(1)影響超聲波流量計測量精度的因素。從上述計算公式中可以看出，影響超聲波流量計測量精度的因素很多，主要表現在以下幾個方面：
①換能器的安裝位置；②液體的雷諾數；③換能器安裝段上、下游的直管段；④液體中懸浮顆粒和氣泡的體積濃度；⑤換能器安裝段的管道橢圓度。
(2)超聲波流量計的特點。盡管超聲波流量計對被測液體的工作條件較為苛刻，對本身安裝要求比較嚴格，但是與其他流量計相比具有一定的特點：
①既可測一般導聲流體，也可測高溫、高壓、強腐蝕、非導電、易爆和放射性導聲流體；
②可以在現有管道上安裝，甚至換能器的安裝、維修不需要停止管道中流體的流動；
③換能器安裝在管道外壁、管壁和管道內表面上，基本對流場不造成干擾，沒有壓力損失；
④特別適合大口徑流量的測量，其造價基本與口徑大小無關；
⑤據資料顯示，目前超聲波流量計的精度：雙聲道已達1.0級，四聲道可達0.5級，完全滿足一般測量要求。
2.2 污水流量計
污水流量計測量的基礎是法拉第電磁感應原理。激磁系統由線圈和鐵芯組車組成，當通電后產生一個工作磁場，測量導管置于磁場中，在導管內壁上裝有一對電極。當導電介質流經導管時，相當于導體在磁場中切割磁力線，其產生的感應電動勢由電極檢出，其流量大小可由下式求出：
Q=K·ED/4B
式中：K—比例系數；
E—感應電勢；
D—管道直徑，即垂直切割磁力線的導體長度；
B—磁感應強度；
由此可以看出：當污水流量計選定后，D是常數，只要B保持不變，則Q與E之間具有一定的線性關系，因而儀表具有均勻刻度。目前污水流量計測量精度可達0.5級以上。
(1)污水流量計的特點及使用范圍。從污水流量計的工作原理可知，在使用過程中表現出以下幾個方面的特點：①測量截面沒有收縮，因此無壓力損失；②測量不受被測介質粘度的影響；③與流速分布無關；④適合于很寬的管徑范圍(6~3000mm)；⑤具有很好的線性度和穩定性；⑥較短的前后直管段(前5D,后3D)。
(2)污水流量計的使用：①被測液體的最小電導率>1μs/cm；②大口徑安裝困難；③如果在測量管內的電極上有沉積物會影響測量精度；④價格昂貴，特別是大口徑的。污水流量計最好垂直安裝，并且流體應自下而上，這樣不盡可以保證滿管，而且保證了懸浮固體下沉。如果流量計要水平安裝，應該使測量電極處在水平軸線上，這樣避免了由于空氣泡的產生而造成干擾，影響測量誤差。
3、技術經濟比較
在儀表選型時，技術和經濟是需要同時考慮的兩大基本要素，既不能盲目的追求“高”“精”“尖”，也不能只考慮價格便宜，下面就污水流量計和超聲波流量計進行比較。
3.1 超聲波流量計
口徑100～1800mm，雙聲道，約5萬元人民幣以內。
3.2 污水流量計
口徑100～1600mm，橡膠襯里，配對法蘭，電極材料鈦，接地環約2～13萬元人民幣。
從價格比較發現，當兩種流量計在技術上都可以選擇時，口徑在800mm以下應考慮選擇污水流量計，口徑在800mm以上應考慮選擇超聲波流量計。流槽加液位傳感器，所謂的明渠流量計，其價格的變化主要取決于流槽的價格，因為液位傳感器的價格基本與流量大小無關。設計人員在選擇明渠流量計時，應該考慮流槽的加工情況。否則當流槽尺寸不精確或材料容易變形，都會引起很大的測量誤差。物資購置人員應根據實際需要選擇適合的流量計。
4、結束語
作為儀表系統的設計人員在設計中應該多與工藝設計人員商討，互相合作，有時通過改變某個測量點，就會有意想不到的收獲，可能會帶來很大的經濟效益。儀表的選型看似簡單，其實大有學問可作。例如污水流量計，一般選擇口徑與管道一樣的流量計，但考慮到流量計的測量范圍比較寬，價格比較昂貴，就可以選擇口徑較管道小的流量計，這樣還能增大流速，防止沉淀的產生。但是這樣以來，又會帶來流體的壓力損失和管子縮徑費用的增加，那么究竟選擇多大口徑的流量計最合適呢？這就要求我們設計人員在實踐中不斷摸索和總結經驗，只有這樣才能對儀表有一個經濟、合理的選型。
Cp—聲波在靜止液體中的傳播速度；
ΔT—時間差ΔT=T1-T2；
θ—聲波傳播方向與管道軸線之間的夾角(聲道角)；
Vp—液體在聲道方向的速度分量；
這樣，超聲波流量計可以通過測量ΔT，直接求得流體在聲道上的平均線流速，然后采用一種專有積分方法算出管道橫截面積上的平均面流速直至流量。
(1)影響超聲波流量計測量精度的因素。從上述計算公式中可以看出，影響超聲波流量計測量精度的因素很多，主要表現在以下幾個方面：
①換能器的安裝位置；②液體的雷諾數；③換能器安裝段上、下游的直管段；④液體中懸浮顆粒和氣泡的體積濃度；⑤換能器安裝段的管道橢圓度。
(2)超聲波流量計的特點。盡管超聲波流量計對被測液體的工作條件較為苛刻，對本身安裝要求比較嚴格，但是與其他流量計相比具有一定的特點：
①既可測一般導聲流體，也可測高溫、高壓、強腐蝕、非導電、易爆和放射性導聲流體；
②可以在現有管道上安裝，甚至換能器的安裝、維修不需要停止管道中流體的流動；
③換能器安裝在管道外壁、管壁和管道內表面上，基本對流場不造成干擾，沒有壓力損失；
④特別適合大口徑流量的測量，其造價基本與口徑大小無關；
⑤據資料顯示，目前超聲波流量計的精度：雙聲道已達1.0級，四聲道可達0.5級，完全滿足一般測量要求。
2.2 污水流量計
污水流量計測量的基礎是法拉第電磁感應原理。激磁系統由線圈和鐵芯組車組成，當通電后產生一個工作磁場，測量導管置于磁場中，在導管內壁上裝有一對電極。當導電介質流經導管時，相當于導體在磁場中切割磁力線，其產生的感應電動勢由電極檢出，其流量大小可由下式求出：
Q=K·ED/4B
式中：K—比例系數；
E—感應電勢；
D—管道直徑，即垂直切割磁力線的導體長度；
B—磁感應強度；
由此可以看出：當污水流量計選定后，D是常數，只要B保持不變，則Q與E之間具有一定的線性關系，因而儀表具有均勻刻度。目前污水流量計測量精度可達0.5級以上。
(1)污水流量計的特點及使用范圍。從污水流量計的工作原理可知，在使用過程中表現出以下幾個方面的特點：①測量截面沒有收縮，因此無壓力損失；②測量不受被測介質粘度的影響；③與流速分布無關；④適合于很寬的管徑范圍(6~3000mm)；⑤具有很好的線性度和穩定性；⑥較短的前后直管段(前5D,后3D)。
(2)污水流量計的使用：①被測液體的最小電導率>1μs/cm；②大口徑安裝困難；③如果在測量管內的電極上有沉積物會影響測量精度；④價格昂貴，特別是大口徑的。污水流量計最好垂直安裝，并且流體應自下而上，這樣不盡可以保證滿管，而且保證了懸浮固體下沉。如果流量計要水平安裝，應該使測量電極處在水平軸線上，這樣避免了由于空氣泡的產生而造成干擾，影響測量誤差。
3、技術經濟比較
在儀表選型時，技術和經濟是需要同時考慮的兩大基本要素，既不能盲目的追求“高”“精”“尖”，也不能只考慮價格便宜，下面就污水流量計和超聲波流量計進行比較。
3.1 超聲波流量計
口徑100～1800mm，雙聲道，約5萬元人民幣以內。
3.2 污水流量計
口徑100～1600mm，橡膠襯里，配對法蘭，電極材料鈦，接地環約2～13萬元人民幣。
從價格比較發現，當兩種流量計在技術上都可以選擇時，口徑在800mm以下應考慮選擇污水流量計，口徑在800mm以上應考慮選擇超聲波流量計。流槽加液位傳感器，所謂的明渠流量計，其價格的變化主要取決于流槽的價格，因為液位傳感器的價格基本與流量大小無關。設計人員在選擇明渠流量計時，應該考慮流槽的加工情況。否則當流槽尺寸不精確或材料容易變形，都會引起很大的測量誤差。物資購置人員應根據實際需要選擇適合的流量計。
4、結束語
作為儀表系統的設計人員在設計中應該多與工藝設計人員商討，互相合作，有時通過改變某個測量點，就會有意想不到的收獲，可能會帶來很大的經濟效益。儀表的選型看似簡單，其實大有學問可作。例如污水流量計，一般選擇口徑與管道一樣的流量計，但考慮到流量計的測量范圍比較寬，價格比較昂貴，就可以選擇口徑較管道小的流量計，這樣還能增大流速，防止沉淀的產生。但是這樣以來，又會帶來流體的壓力損失和管子縮徑費用的增加，那么究竟選擇多大口徑的流量計最合適呢？這就要求我們設計人員在實踐中不斷摸索和總結經驗，只有這樣才能對儀表有一個經濟、合理的選型。