污水流量監(jiān)測中流量計的選擇

由于污水具有流量變化大、含有雜質、具有導電性和腐蝕性的特點，導致其流量計的選擇比較復雜。流量計是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因為流量是一個動態(tài)量，處于運動狀態(tài)的液體內部不僅存在著粘性摩擦作用，還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復雜流動現(xiàn)象。測量儀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、介質的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。面對國內外十幾類、上百個品種的流量儀表，（先后發(fā)展起來的有容積式、差壓式、渦街式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟性等因素合理選型，是應用好流量儀表的前提和基礎。除了儀表自身質量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護是否合理也相當重要。以下介紹污水流量測量中經(jīng)常使用的電磁式、渦街式、差壓式等幾種流量計的選型設計，并根據(jù)污水處理工藝，從理論和實踐兩方面闡述它們各自的特點。
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，加上被測對象又是污水，特別是未經(jīng)處理的污水，不但具有強腐蝕性，而且還含有大量的雜質，具有一定的導電性，同時選型又涉及許多技術問題和經(jīng)濟因素。因此，要做到技術上可行，經(jīng)濟上合理，必須對各流量計的性能特點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 污水流量計
污水流量計是根據(jù)法拉*電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。由于其獨特的優(yōu)點，目前被廣泛地應用于酸、堿、鹽等腐蝕性介質，易燃易爆介質，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，并形成了獨特的應用領域。
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、多普勒法是應用*多的測量原理。
超聲波流量計和污水流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，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，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，可測量非導電性液體，對無阻撓測量的污水流量計是一種補充。時差法超聲波流量計是目前應用*廣泛的。隨著CPU、信號處理技術的發(fā)展，測量的準確度和可靠性有了很大的提高。尤其是時間測量技術的發(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。應用領域也從凈水擴展到循環(huán)水、污水、重油、原油、成品油以及空氣、天然氣等多種介質。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用有一定的局限性，較多應用于生活污水、工業(yè)廢水、啤酒飲料等介質的測量，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、直管段不足的場所和對精度要求高的地方。由于經(jīng)濟成本和該儀表還沒有國際標準或**標準，因此，還沒有得到大力的推廣和應用。
2、流量計的選型設計
在進行流量計的選型設計之前，我們應該*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，有一定的導電性和腐蝕性。那么哪一種更適合這類水質的測量呢？污水流量計適合測量導電液體（電導率>≥5μS/cm）的流量，應根據(jù)被測介質物性、管道材質，合理選擇電*形式、電*材質、襯里材質、接地方式、防護等級。
超聲波流量計對被測介質要求十分苛刻，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)應滿足要求。當雷諾數(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，因為錐體負壓管的結構在承受高壓的情況下會發(fā)生脫落，導致事故的發(fā)生，選型應注意。
2.2 流量計性能方面
在選用某種流量計時，*先應綜合考慮該種流量計的精度、重復性、線性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性、響應時間、不可測性等因素。
污水流量計的傳感器結構簡單，測量管內沒有任何阻礙介質流動的節(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*低的流量儀表之一。污水流量計的量程范圍*寬，并且在測量過程中不受被測介質的溫度、粘度、一定范圍內電導率的影響，反應靈敏，可提供選擇的口徑范圍*寬，從幾mm到3m都可以滿足，選擇電磁口徑時應保證*小流量工況下被測介質流速不小于0.5m/s。
超聲波流量計是一種非接觸式的測量儀表，沒有機械傳動部件，通道內也沒有阻礙件，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獨特性能的新型流量計，具有高精度、高穩(wěn)定性，量程比較寬，而且重復性好（≤0.1%），準確度高（≤0.5%）。因為它是靠節(jié)流效應來測量壓差的，所以有一定壓損。
2.3 安裝條件方面
許多流量計在運行過程中存在問題，大部分是由于安裝出現(xiàn)了問題。污水流量計水平、垂直（下進上出）、傾斜（底進頂出）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。污水流量計安裝時應保證滿管流，不能安裝在管道*高點。儀表井內安裝的污水流量計傳感器防護等級應為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，否則測量不精確。
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。當測量臟污介質時，應合理選擇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。安裝時都應盡量避開大電機、大變壓器等，以防引入電磁干擾。
污水流量計的環(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，一體型結構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。
2.5 經(jīng)濟成本方面
流量計的選擇要在初期投資和長期可靠運行之間綜合考慮，例如購買費用、安裝費用、操作費用、維護費用、校驗費用、流量計壽命、備件及消費品、可靠性方面等各種因素都要在有效滿足工業(yè)生產(chǎn)可靠運行的前提下，進行*優(yōu)的經(jīng)濟選型。
污水流量計目前常用的德國E＋H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，價格也會相應增加。而像國內比較知名的北京中等生產(chǎn)的污水流量計產(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。
V錐流量計中的V錐由于用料多、加工工藝復雜、標定費用高、基本上依賴國外技術，使得其售價較高，在國內使用還不廣泛，因成本關系還不能取代其它流量計。
3、結論
由于污水具有流量變化大、含有雜質、具有一定的導電能力和腐蝕性的特點，對可靠、精確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，污水流量計的綜合性能較好。要想使污水流量的測量和控制達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以及被測污水水質條件，才能選擇合適型號的流量計。

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