電磁流量計(jì)在污水處理中的應(yīng)用

上海自動(dòng)化儀表有限公司流量測量技術(shù)是發(fā)展得比較早 、且至今仍在迅 速發(fā)展的學(xué)科, 流量測量在工業(yè)、商業(yè)、交通等各個(gè) 部門均有廣泛的應(yīng)用 。在工業(yè)生產(chǎn)過程各種參 數(shù)(如壓力 、溫度 、液位等)的測量中 ,以流量測量復(fù)雜,也是較難準(zhǔn)確測量的參數(shù) 。因而引起眾多 學(xué)者對流量測量進(jìn)行研究、開發(fā), 研制出數(shù)十種原 理各異的流量測量儀表 ,提供給用戶, 滿足了大量 流量測量任務(wù)的需要。

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展 ,流量測量所面臨的任務(wù) 越來越繁重,要求也越來越高 ,再有 ,環(huán)境污染日益 嚴(yán)重 ,為減少污染,須對排放的污水、污泥等進(jìn)行 計(jì)量和控制。因而電磁流量計(jì)在污水處理中的應(yīng)用也越來越重要，這些排放物多含有顆粒、雜質(zhì)、油珠 , 呈多項(xiàng)混合狀態(tài) , 且輸送管線多為地下, 一般儀表 很難完成測量任務(wù), 這就需要尋找更切合實(shí)際的方 法。在污水流量儀表的正確選型之前, 首先介紹 3 種可能選用的流量儀表的特點(diǎn) 。

1 、3 種流量儀表的特點(diǎn)

1. 1 節(jié)流裝置 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)孔板 、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 、文丘 里噴嘴, 非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括 1 /4 圓噴嘴、雙重孔 板、圓缺孔板。不同的節(jié)流裝置有不同的界限雷諾 數(shù)。由小流量算出的小雷諾數(shù)須大于所選 的節(jié)流裝置的界限雷諾數(shù) ,這時(shí)的流量系數(shù)才為常 數(shù),這是基本條件。然后再根據(jù)工藝所要求的允許 壓力損失和節(jié)流裝置前、后的小直管段來后選 擇何種節(jié)流裝置 。一般情況下 ,上游和下游直管段 分別為 15D 和 5D 。

一般情況下 ,下列差壓值 。 低壓氣體———差壓范圍在 1 ～ 4 kPa 時(shí) ,宜采 用 1. 6 kPa ;液體 ———差壓范圍在 16 ～ 40 kPa 時(shí) , 宜采用 25 kPa;中高壓氣體及蒸汽———差壓范圍 在 40 ～ 100 kPa ,宜采用 60 kPa 。

節(jié)流裝置一般安裝在水平管道上, 若要安裝在垂直管道上, 則氣體 、飽和水蒸汽 、濕氣體的流向宜 自上而下 ;液體的流向須自下而上。節(jié)流裝置須與差壓變送器或差壓流量變送 器配套使用, 其測量管路系統(tǒng)較為復(fù)雜, 同時(shí)隨著 節(jié)流裝置節(jié)流孔逐漸磨損,而改變了原設(shè)計(jì)計(jì)算的 流量系數(shù) ,以致造成測量誤差的大。流體密度和 黏度的改變, 也會(huì)造成測量誤差的增大 。

1. 2

電磁流量計(jì)

(管道式)

適用于電導(dǎo)率大于 5 μS /cm 的導(dǎo)電液體 。介質(zhì)的高壓力為 4 M Pa , 介質(zhì)的溫度范圍 - 60 ～ 180 ℃。具有測量精度高、量程比大(大可達(dá) 1 000 ∶1)、系統(tǒng)無壓力損失、附加功能多等特點(diǎn) 。 前后直管段為 5D 和 2D 。電磁流量計(jì)的傳感器高防護(hù)等級可達(dá) IP68(潛水型), 有普通型 、隔爆型 和本安型三類產(chǎn)品 。 電磁流量計(jì)可以在任意管道上安裝,但是電磁 流量計(jì)測量電極的軸線須保持水平方向 ,且與管道中線互相垂直。電磁流量計(jì)的傳感器一定要 安裝在不產(chǎn)生氣體的管道上 ,同時(shí)液體須充滿管道。

1. 3 超聲波流量計(jì)(夾持型)

1997 年插入式超聲波流量計(jì)還沒有推入市 場, 夾持型是超聲波流量計(jì)的主流產(chǎn)品 。它適用于 能傳播超聲波的均勻液體和流速較高的氣體 。介 質(zhì)溫度范圍- 10 ～ 100 ℃, 介質(zhì)壓力不受限制。具有量程比寬,不受流體的黏度 、密度的影響、能測強(qiáng) 腐蝕介質(zhì)等特點(diǎn) 。前后直管段為 10D 和 5D 。

超聲波流量計(jì)的探頭要求與管壁緊密安裝,不 能有空氣泡及沙礫。探頭的安裝方式共有四種:分 別稱為 V 法、Z 法 、N 法、M 法。 V 法為標(biāo)準(zhǔn)安裝 方法 , Z 法適用于大管徑測量, N 法和 M 法適用于 小管徑測量。管道內(nèi)壁的粗糙度、結(jié)垢以及介質(zhì)含有顆粒 、 氣泡等均對流量計(jì)的精度有很大影響。

2 、流量計(jì)選型一般考慮的問題

1)被測流體的類型(液體 、氣體 、蒸汽等)、狀態(tài) (清的 、臟的、漿液等)及性質(zhì)(有腐蝕性、無腐蝕性 等)。

2)工藝過程操作條件及溫度壓力的界限值。

3)流量計(jì)的安裝條件:管道的口徑尺寸, 上游 能提供的直管段 , 管道是否過量振動(dòng), 環(huán)境的溫度 和濕度等 。

4)儀表精度和量程的選用 。

5)經(jīng)濟(jì)性。

6)儀表的日常維護(hù)和可靠性。

3 、流量計(jì)的選型

根據(jù)選型原則和對 3 種儀表的主要性能的比 較(見表 1), 對煉油污水進(jìn)行流量測量選用電磁流量計(jì)適合。 1997 年錦州石化公司新建并投運(yùn) 了 1 套 700 m3 /h 煉油污水處理場, 流量測量儀表 主要選用了開封儀表廠生產(chǎn)的 E-mag 分離型電磁 流量計(jì),運(yùn)行至今效果良好。

4 、E-mag 電磁流量計(jì)

4. 1 傳感器的基本原理和結(jié)構(gòu)

由電磁感應(yīng)定律可知 ,導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)而切 割磁力線時(shí), 在導(dǎo)體中就會(huì)有感應(yīng)電勢產(chǎn)生 。同理, 導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動(dòng)而切割磁力 線時(shí) ,也會(huì)在兩電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢 ,并存在如下 關(guān)系 。

E x =BDv ×10- 12 (1)

式中 Ex ———感應(yīng)電勢 ,V ; B ———磁感應(yīng)強(qiáng)度 , T ; D ———管道直徑,即導(dǎo)體垂直切割磁力線的 長度, cm ; v ———液體平均流速, cm /s 。

體積流量 qV(cm3 /s)與流速 v 的關(guān)系為

qV =14 D2 v (2)

將式(2)代入式(1)得 E x =(4 ×10- 12B /D)qV =kqV (3)

在 D 已確定并維持 B 不變時(shí) , k 就是一個(gè)常 數(shù), 這時(shí)感應(yīng)電勢則與體積流量具有線性關(guān)系。因 此, 在管道兩側(cè)(導(dǎo)管式)各插入一根電極, 便可以 引出感應(yīng)電勢 ,經(jīng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)算放大 ,就可以顯示流 量的大小 。

為了避免磁力線被測量導(dǎo)管的管壁短路,并使 測量導(dǎo)管在較強(qiáng)的交變磁場中盡可能地降低渦流 損耗 ,E-mag 的測量導(dǎo)管由非導(dǎo)磁的不銹鋼材料制 成。用不銹鋼等導(dǎo)電材料做導(dǎo)管時(shí),在測量導(dǎo)管內(nèi) 壁與電極之間須有絕緣襯里,以防止感應(yīng)電勢被 短路 。 E-mag

電磁流量計(jì)

為了防止導(dǎo)管被腐蝕并 使內(nèi)壁光滑, 在整個(gè)測量內(nèi)壁涂上了絕緣襯里。襯 里材料視工作溫度、介質(zhì)腐蝕性的不同而不同 , 可 選用橡膠 、聚氨酯、聚丙稀等 。

4. 2 轉(zhuǎn)換器的基本原理和使用

E-mag 電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器采用新穎的勵(lì)磁 方式 ,使流量計(jì)具有優(yōu)越的零點(diǎn)穩(wěn)定性和測量度。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供雙向恒流驅(qū)動(dòng)電 流, 以驅(qū)動(dòng)傳感器勵(lì)磁線圈。本身工作頻率由單片 機(jī)控制, 不受電源頻率變化的影響 。勵(lì)磁電路在磁 場反向時(shí)由能量恢復(fù)系統(tǒng)提供一個(gè)高的反向電壓 , 加速克服反向時(shí)的磁場阻力 。

由傳感器測得的微弱感應(yīng)電勢,輸入至轉(zhuǎn)換器 的測量系統(tǒng)。經(jīng)高輸入阻抗放大器放大、濾波和自 動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整及增益控制后 ,經(jīng)高性能 、高精度信號 轉(zhuǎn)換 ,將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)將數(shù)字信 號采樣后 ,計(jì)算出流速以及期望得到的各測量值 、 模擬輸出 、脈沖輸出值等。 LCD 液晶顯示器可顯 示各測量值。為了減小信號衰減 , 提高精度, 分離 型流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器和傳感器之間采用 S TT3200 專用信號電纜。

為了使轉(zhuǎn)換器能夠理想地工作,還要對它進(jìn)行 菜單編程,菜單結(jié)構(gòu)如圖1 所示。通過轉(zhuǎn)換器上的4 個(gè)操作按鍵 ,可方便地調(diào)出編程菜單 ,輸入?yún)?shù), 確 認(rèn)即可。例如,需要轉(zhuǎn)換器模擬輸出 4 ～ 20 mA , 通 過按鍵調(diào)出菜單,操作過程如圖 1 所示 。

通過以上的操作, 就可以得到 1 個(gè)模擬 4 ～ 20 mA輸出信號 。通過編程可以對流量量程、脈沖 輸出 、總量累計(jì) 、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置、傳感器參數(shù)等進(jìn)行設(shè) 定。為了保證儀表的正常工作 ,對于一般參數(shù)采取保護(hù) ;對于重要參數(shù)如傳感器參數(shù)等進(jìn)行二級 保護(hù) ,分別設(shè)置保護(hù)密碼 。 這種智能型轉(zhuǎn)換器在開車過程中起到了很大 作用 。裝置運(yùn)行初期 ,流量變化較大。工藝要求在 生化池中培養(yǎng)活性污泥 ,污水主要打回流 , 以增加 停留時(shí)間 。這時(shí)回流量變得很大, 而儀表量程是按 穩(wěn)定狀態(tài)下設(shè)計(jì)的, 儀表瞬時(shí)流量值已經(jīng)超出量程 范圍 。電磁流量計(jì)的量程比可達(dá) 1 000 ∶1 ,在測量 范圍內(nèi)量程可通過轉(zhuǎn)換器改變。于是筆者對轉(zhuǎn)換 器重新編程,把量程設(shè)置在合理范圍, 使流量測量 達(dá)到滿意效果。當(dāng)生產(chǎn)流程運(yùn)行穩(wěn)定后 ,再將量程 改回即可 。

4. 3 電磁流量計(jì)的安裝

4. 3. 1 傳感器的安裝

為了使儀表可靠測量, 安裝時(shí)要注意以下幾 點(diǎn)。 1)為使傳感器測量導(dǎo)管內(nèi)始終充滿流體 ,傳感 器可安裝在 U 型管道部位。 2)保證傳感器前后直管段分別不小于 5D 和 2D 。3)如果垂直或傾斜安裝, 流體一般應(yīng)自下而上 流動(dòng) 。 4)應(yīng)保證測量管與工藝管道同軸 。 5)為防止襯里磨損 ,可在傳感器進(jìn)口加裝進(jìn)口 保護(hù)法蘭(廠家可提供)。 6)應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和過大的溫度變化 。 7)安裝場所的磁場強(qiáng)度應(yīng)小于 400 A /m 。 4. 3. 2 電氣接線 為了保證測量精度 ,傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的接 線應(yīng)注意以下問題 。

1)在確認(rèn)電纜型號后 ,按規(guī)定進(jìn)行接線, 接線 應(yīng)正確、牢靠 。

2)電纜剝線時(shí), 注意不要損傷應(yīng)保留的絕緣 層。對流量信號線, 只要可以接線, 就盡量少剝屏 蔽層 。3)連接傳感器與 轉(zhuǎn)換器之間的電纜 采用 ST T3200 ,兩同軸電纜的內(nèi)層屏蔽泄漏線絞合后 , 應(yīng)套上絕緣套管, 然后再接至 SIGGND(信號地) 端。對黑色半導(dǎo)體層應(yīng)從根部切除,以免影響其他 接線 。4)傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的電纜長度一般不超 過 100 m 。

5 電磁流量計(jì)在污水處理中的應(yīng)用結(jié)束語

通過對 E-mag 電磁流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用 , 筆者 總結(jié)出以下特點(diǎn)。 1)測量不受流體密度、黏度、溫度 、壓力和電導(dǎo) 率變化的影響 ; 2)測量管內(nèi)無阻礙流動(dòng)部件 , 無壓損 ,直管段 要求較低 ; 3)傳感器有法蘭型及夾持型 ,其襯里和電極材 料有多種選擇 ; 4)SM ART 轉(zhuǎn)換器采用勵(lì)磁方式 ,功耗低 、零點(diǎn)穩(wěn)定;量程比可達(dá) 1 000 ∶1 ; 5)轉(zhuǎn)換器采用 16 位高性能微處理器 ,參數(shù)設(shè) 定方便, 編程可靠; 6)流量計(jì)為雙向測量系統(tǒng), 內(nèi)裝 3 個(gè)積算器 : 正向流量 、反向流量及差值量累積 ;可顯示正、反流 量,并具有多種輸出:電流 、脈沖、HA RT 通訊信號; 7)橡膠和聚氨酯襯里傳感器為本質(zhì)沉浸結(jié)構(gòu) ; 8)可用于相應(yīng)的防爆場所。 E-mag

電磁流量計(jì)

上海自動(dòng)化儀表有限公司在污水處理廠中使用后 ,一 直運(yùn)行良好, 操作人員反映讀數(shù)準(zhǔn)確, 操作簡單 。 不但為裝置達(dá)標(biāo)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),還為電磁流量 計(jì)在該公司的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。