污水處理中電磁流量計的應用選型
點(diǎn)擊次數:1851 發(fā)布時(shí)間:2021-03-19 08:43:57
隨著(zhù)**人口急劇增長(cháng),工業(yè)發(fā)展迅速,**水資源狀況迅速惡化,“水危機”日趨嚴重。應對這種情況,我國政府將在“十一五”期間投資3000億元新建、改建數千座污水處理廠(chǎng),以推進(jìn)城市污水處理和利用,污染減排。在這樣的大背景下,安徽省黃山市正投資興建某污水處理廠(chǎng),目前已建成日處理水15000m3污水一期工程,擔負著(zhù)生活、工業(yè)污水凈化的重要任務(wù),改善水體環(huán)境質(zhì)量,使黃山市成為一座山清水秀的城市。
2004年前,黃山市基本上沒(méi)有大型污水集中處理廠(chǎng)等設施,更別提用于污水流量檢測的流量計了。在污水處理過(guò)程中,原污水的流量是一個(gè)需要檢測的關(guān)鍵參數。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質(zhì),而污水處理流量計較大特點(diǎn)是能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維液體的流量,因此,該污水處理廠(chǎng)采用了2臺污水處理流量計,用于原污水的流量計量。
1、污水處理流量計的工作原理
污水處理流量計的基本原理是法拉*電磁感應定律,即導體在磁場(chǎng)中切割磁力運動(dòng)時(shí),其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢E為:
2004年前,黃山市基本上沒(méi)有大型污水集中處理廠(chǎng)等設施,更別提用于污水流量檢測的流量計了。在污水處理過(guò)程中,原污水的流量是一個(gè)需要檢測的關(guān)鍵參數。因原污水是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質(zhì),而污水處理流量計較大特點(diǎn)是能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維液體的流量,因此,該污水處理廠(chǎng)采用了2臺污水處理流量計,用于原污水的流量計量。
1、污水處理流量計的工作原理
污水處理流量計的基本原理是法拉*電磁感應定律,即導體在磁場(chǎng)中切割磁力運動(dòng)時(shí),其兩端產(chǎn)生感應電動(dòng)勢E為:
式中,K為儀表常數;B為磁感應強度(T);v為導體運動(dòng)平均速度m/s;D為管道內徑(m)。
污水處理流量計工作原理和結構如圖1所示,由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。
測量流量時(shí),導電性液體相當于法拉*試驗中的導電金屬棒,以平均速度v流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)。導電性液體的流動(dòng),在測量電*上感應出與平均流速成正比的電壓。其感應電壓信號E通過(guò)一對或一對以上的與液體直接接觸的電*檢測出來(lái)。
根據流體的體積流量公式為
測量流量時(shí),導電性液體相當于法拉*試驗中的導電金屬棒,以平均速度v流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)。導電性液體的流動(dòng),在測量電*上感應出與平均流速成正比的電壓。其感應電壓信號E通過(guò)一對或一對以上的與液體直接接觸的電*檢測出來(lái)。
根據流體的體積流量公式為
由公式(2)可知,Q與v是成正比的一一對應函數,那么E與Q也是成正比的一一對應函數,測出了感應電壓E也即測出了介質(zhì)的體積流量Q。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器,通過(guò)智能化處理,然后LCD顯示,或轉換成標準信號4~20mA輸出。
2、污水處理流量計特點(diǎn)
(1)測量管道內無(wú)阻力元件,沒(méi)有附加的壓力損失,不易發(fā)生堵塞,具有顯著(zhù)的節能意義;
(2)測量管道內無(wú)可動(dòng)部件,不易磨損,因此傳感器壽命長(cháng);
(3)傳感器所需的直管段較短,方便安裝;
(4)合理選擇電*和內襯材料,可耐腐蝕和耐磨損;
(5)雙向測量系統,可測正反向流量;
(6)流量的測量為體積流量,不受流量的密度、粘度、溫度、壓力、和電導率變化的影響;
(7)傳感器感應電壓信號與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系,測量精度高(±0.3~-0.5%),量程比寬(1:150)。
3、污水處理流量計選型
儀表的選型很重要,有關(guān)資料表明,儀表在實(shí)際應用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或使用不當造成的,因此,在確定選用污水處理流量計之后,還應根據不同的工藝、環(huán)境、測量、介質(zhì)等綜合考慮。
3.1口徑選擇
根據該污水處理廠(chǎng)提供的工藝管道直徑、管道壓力及污水流速,選擇口徑D=600mm的污水處理流量計,現場(chǎng)不需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電*材料選擇
污水處理流量計主要用于測電導率≥5μS/cm的流體流量,應根據被測物質(zhì)的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點(diǎn)和價(jià)格承受能力,應選擇不同內襯、電*材料。
污水處理流量計的內襯材料有:耐腐蝕性中等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料,耐磨損性強而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠,耐腐蝕性能強和適于溫度高的聚四氟乙烯,化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯,耐稀酸、堿、鹽的溫度<60℃的聚乙烯和溫度<100℃的聚苯硫醚等。
電*材料裝于其管道內壁,與被測物質(zhì)直接接觸,故應根據被測物質(zhì)的腐蝕性選定。污水處理流量計電*的材料有:耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦(Ti)電*,耐酸和鹽的鉭(Ta)電*,耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*,不適于鹽酸的哈氏合金C電*和不適于硝酸的哈氏合金B電*,耐腐蝕能力一般、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L等。
根據該污水處理廠(chǎng)主要處理生活廢水及工業(yè)廢水,再考慮用戶(hù)能接受的價(jià)格,選用氯丁橡膠材料內襯和不銹鋼316L材料電*。
3.3 防護等級的選定
根據**標準,傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護等級,根據用戶(hù)實(shí)際安裝地點(diǎn)在低矮的井道中,所以傳感器選IP68防塵潛水型。
3.4 附加功能的選擇
(1)對于選定的基本型,污水處理流量計已帶LCD顯示、4~20mA電流輸出和0~1KHz頻率輸出,根據流量計和計算機通訊的要求,需增加RS-485通訊口功能,
(2)對于傳感器安裝在地面以下,應選擇分體型。
4、污水處理流量計的安裝和調試
4.1 安裝要領(lǐng)
(1)安裝點(diǎn)選擇在管道較低處在確認被測物質(zhì)流向之后,安裝點(diǎn)要選擇在任何時(shí)候測量導管內都能充滿(mǎn)液體,以防止由于測量導管內無(wú)液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示。
測出的感應電壓E由電纜送至轉換器,通過(guò)智能化處理,然后LCD顯示,或轉換成標準信號4~20mA輸出。
2、污水處理流量計特點(diǎn)
(1)測量管道內無(wú)阻力元件,沒(méi)有附加的壓力損失,不易發(fā)生堵塞,具有顯著(zhù)的節能意義;
(2)測量管道內無(wú)可動(dòng)部件,不易磨損,因此傳感器壽命長(cháng);
(3)傳感器所需的直管段較短,方便安裝;
(4)合理選擇電*和內襯材料,可耐腐蝕和耐磨損;
(5)雙向測量系統,可測正反向流量;
(6)流量的測量為體積流量,不受流量的密度、粘度、溫度、壓力、和電導率變化的影響;
(7)傳感器感應電壓信號與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系,測量精度高(±0.3~-0.5%),量程比寬(1:150)。
3、污水處理流量計選型
儀表的選型很重要,有關(guān)資料表明,儀表在實(shí)際應用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或使用不當造成的,因此,在確定選用污水處理流量計之后,還應根據不同的工藝、環(huán)境、測量、介質(zhì)等綜合考慮。
3.1口徑選擇
根據該污水處理廠(chǎng)提供的工藝管道直徑、管道壓力及污水流速,選擇口徑D=600mm的污水處理流量計,現場(chǎng)不需要縮管和擴管。
3.2 內襯、電*材料選擇
污水處理流量計主要用于測電導率≥5μS/cm的流體流量,應根據被測物質(zhì)的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結性等特點(diǎn)和價(jià)格承受能力,應選擇不同內襯、電*材料。
污水處理流量計的內襯材料有:耐腐蝕性中等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料,耐磨損性強而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠,耐腐蝕性能強和適于溫度高的聚四氟乙烯,化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯,耐稀酸、堿、鹽的溫度<60℃的聚乙烯和溫度<100℃的聚苯硫醚等。
電*材料裝于其管道內壁,與被測物質(zhì)直接接觸,故應根據被測物質(zhì)的腐蝕性選定。污水處理流量計電*的材料有:耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦(Ti)電*,耐酸和鹽的鉭(Ta)電*,耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*,不適于鹽酸的哈氏合金C電*和不適于硝酸的哈氏合金B電*,耐腐蝕能力一般、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L等。
根據該污水處理廠(chǎng)主要處理生活廢水及工業(yè)廢水,再考慮用戶(hù)能接受的價(jià)格,選用氯丁橡膠材料內襯和不銹鋼316L材料電*。
3.3 防護等級的選定
根據**標準,傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護等級,根據用戶(hù)實(shí)際安裝地點(diǎn)在低矮的井道中,所以傳感器選IP68防塵潛水型。
3.4 附加功能的選擇
(1)對于選定的基本型,污水處理流量計已帶LCD顯示、4~20mA電流輸出和0~1KHz頻率輸出,根據流量計和計算機通訊的要求,需增加RS-485通訊口功能,
(2)對于傳感器安裝在地面以下,應選擇分體型。
4、污水處理流量計的安裝和調試
4.1 安裝要領(lǐng)
(1)安裝點(diǎn)選擇在管道較低處在確認被測物質(zhì)流向之后,安裝點(diǎn)要選擇在任何時(shí)候測量導管內都能充滿(mǎn)液體,以防止由于測量導管內無(wú)液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示。
(2)直管段保證在前5D后3D
為獲得儀表測量準確度,在傳感器上游側的直管段長(cháng)度不小于5D,下游側不小于3D(D為傳感器的名義直徑)。若在傳感器上游側有兩個(gè)以上的彎頭或其它阻流件,則前置直管段應大于10D。
(3)信號電*在水平方向
水平安裝時(shí)要使電*軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn),因為處于底部的電*易被沉淀物覆蓋,被測介質(zhì)中偶存氣泡擦過(guò)遮住電*表面,使輸出信號波動(dòng)。
(4)盡量避開(kāi)振動(dòng)源、磁源(大功率電機、變壓器)
由于污水處理流量計的測量感應電壓很小,電壓較低,易受外界電磁噪聲的影響,故在安裝時(shí)應進(jìn)行可靠的接地連(跨)接。金屬管道污水處理流量計接地連(跨)接方法如圖3所示。
為獲得儀表測量準確度,在傳感器上游側的直管段長(cháng)度不小于5D,下游側不小于3D(D為傳感器的名義直徑)。若在傳感器上游側有兩個(gè)以上的彎頭或其它阻流件,則前置直管段應大于10D。
(3)信號電*在水平方向
水平安裝時(shí)要使電*軸線(xiàn)平行于地平線(xiàn),因為處于底部的電*易被沉淀物覆蓋,被測介質(zhì)中偶存氣泡擦過(guò)遮住電*表面,使輸出信號波動(dòng)。
(4)盡量避開(kāi)振動(dòng)源、磁源(大功率電機、變壓器)
由于污水處理流量計的測量感應電壓很小,電壓較低,易受外界電磁噪聲的影響,故在安裝時(shí)應進(jìn)行可靠的接地連(跨)接。金屬管道污水處理流量計接地連(跨)接方法如圖3所示。
4.2 轉換器安裝和調試
一體化污水處理流量計無(wú)單獨安裝轉換器,分體式轉換器安裝在傳感器附近或儀表室,場(chǎng)所選擇余地較大,環(huán)境條件好些。轉換器和傳感器間距離受制于被測介質(zhì)電導率和信號電纜型號,即電纜的分布電容、導線(xiàn)截面和屏蔽層數、用制造廠(chǎng)儀表所附(或規定型號)的信號電纜。電導率較低傳輸距離較長(cháng)時(shí),應用二層屏蔽電纜。
為了避免干擾信號,信號電纜必須單獨穿過(guò)接地保護鋼管內,不能把信號電纜和電源線(xiàn)安裝在同一鋼管內。
功能性調試時(shí),由智能轉換器對儀表分別進(jìn)行參數的讀取,臨界值報警試驗等,然后進(jìn)行流量系數值的寫(xiě)入。
5、儀表投運及故障處理
污水處理流量計在投運前,應對管道及流量計進(jìn)行徹底檢查,包括管道雜物等清理,電*處干燥處理。還包括電氣線(xiàn)路的檢查,*先應對線(xiàn)路的接地進(jìn)行檢測,確保接地可靠后,還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試。
該污水處理流量計正常投運一年多來(lái),基本上未出現故障,但是一年后,出現工作異常,具體表現為測量值變大或變小,或者是不停地波動(dòng),且經(jīng)現場(chǎng)檢查,已排除管道不滿(mǎn)管、介質(zhì)含氣等現象的可能性,發(fā)現這類(lèi)問(wèn)題的出現可能是與電纜線(xiàn)故障有關(guān)。因為流量計隨管道埋敷在地下,傳感器具有IP68防護結構,轉換器安裝在儀表箱或室內,兩者通過(guò)電纜連接,由于地面沉陷,山區環(huán)境潮濕等現場(chǎng)情況的變化,傳感器和轉換器未徹底做好電纜接頭處的防潮(防水)等處理,恰逢該接頭處于一個(gè)潮濕的環(huán)境,如儀表井、電纜溝等,潮氣侵入電纜接頭,都有造成如下的可能:
(1)信號線(xiàn)對地絕緣下降,引起信號衰減,較終是測量結果偏??;
(2)信號電纜連接處接觸電阻變大,使測量值變小,若該接觸電阻不穩定,則測量值無(wú)法穩定,且易引入干擾;
(3)勵磁線(xiàn)圈對地絕緣下降,造成測量結果偏??;
(4)信號線(xiàn)勵磁線(xiàn)對地絕緣性能下降,使得測量結果遠大于正常的數據,如這種干擾不穩定,對儀表的影響也變化不定,繼而出現波動(dòng);
(5)勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大,使轉換器的勵磁回路處于非恒流工作區域,勵磁電流下降,同樣造成測量結果偏小,若該接觸電阻不穩定,則測量值出現波動(dòng)。
判別這類(lèi)異常情況,因發(fā)生在信號回路,判斷有一定難度,只有深入現場(chǎng),在排除流量計其它可能性故障后,就應檢查電纜是否有問(wèn)題,現場(chǎng)儀表維護人員只要把現場(chǎng)的勵磁回路電阻測量值與廠(chǎng)方提供的數據作比較,測試接地電阻,逐步判定問(wèn)題所在,繼而采取措施,或更換整根電纜,或保持電纜接頭處干燥等。
6、結束語(yǔ)
由于污水處理流量計運行環(huán)境較為復雜,影響其正常工作的因素眾多,調試技術(shù)需要不斷總結和更新??傊?,只要我們合理選用、正確安裝污水處理流量計,并采取有效的措施加以維護,就能避免或減少故障的發(fā)生,延長(cháng)儀表的使用壽命,為生產(chǎn)提供準確可靠的計量數據。
在現代化的污水處理工藝中,配備流量檢測儀表,構成可靠的自動(dòng)控制系統,使污水水質(zhì)達到常規的排放標準,造福人類(lèi)。
一體化污水處理流量計無(wú)單獨安裝轉換器,分體式轉換器安裝在傳感器附近或儀表室,場(chǎng)所選擇余地較大,環(huán)境條件好些。轉換器和傳感器間距離受制于被測介質(zhì)電導率和信號電纜型號,即電纜的分布電容、導線(xiàn)截面和屏蔽層數、用制造廠(chǎng)儀表所附(或規定型號)的信號電纜。電導率較低傳輸距離較長(cháng)時(shí),應用二層屏蔽電纜。
為了避免干擾信號,信號電纜必須單獨穿過(guò)接地保護鋼管內,不能把信號電纜和電源線(xiàn)安裝在同一鋼管內。
功能性調試時(shí),由智能轉換器對儀表分別進(jìn)行參數的讀取,臨界值報警試驗等,然后進(jìn)行流量系數值的寫(xiě)入。
5、儀表投運及故障處理
污水處理流量計在投運前,應對管道及流量計進(jìn)行徹底檢查,包括管道雜物等清理,電*處干燥處理。還包括電氣線(xiàn)路的檢查,*先應對線(xiàn)路的接地進(jìn)行檢測,確保接地可靠后,還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試。
該污水處理流量計正常投運一年多來(lái),基本上未出現故障,但是一年后,出現工作異常,具體表現為測量值變大或變小,或者是不停地波動(dòng),且經(jīng)現場(chǎng)檢查,已排除管道不滿(mǎn)管、介質(zhì)含氣等現象的可能性,發(fā)現這類(lèi)問(wèn)題的出現可能是與電纜線(xiàn)故障有關(guān)。因為流量計隨管道埋敷在地下,傳感器具有IP68防護結構,轉換器安裝在儀表箱或室內,兩者通過(guò)電纜連接,由于地面沉陷,山區環(huán)境潮濕等現場(chǎng)情況的變化,傳感器和轉換器未徹底做好電纜接頭處的防潮(防水)等處理,恰逢該接頭處于一個(gè)潮濕的環(huán)境,如儀表井、電纜溝等,潮氣侵入電纜接頭,都有造成如下的可能:
(1)信號線(xiàn)對地絕緣下降,引起信號衰減,較終是測量結果偏??;
(2)信號電纜連接處接觸電阻變大,使測量值變小,若該接觸電阻不穩定,則測量值無(wú)法穩定,且易引入干擾;
(3)勵磁線(xiàn)圈對地絕緣下降,造成測量結果偏??;
(4)信號線(xiàn)勵磁線(xiàn)對地絕緣性能下降,使得測量結果遠大于正常的數據,如這種干擾不穩定,對儀表的影響也變化不定,繼而出現波動(dòng);
(5)勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大,使轉換器的勵磁回路處于非恒流工作區域,勵磁電流下降,同樣造成測量結果偏小,若該接觸電阻不穩定,則測量值出現波動(dòng)。
判別這類(lèi)異常情況,因發(fā)生在信號回路,判斷有一定難度,只有深入現場(chǎng),在排除流量計其它可能性故障后,就應檢查電纜是否有問(wèn)題,現場(chǎng)儀表維護人員只要把現場(chǎng)的勵磁回路電阻測量值與廠(chǎng)方提供的數據作比較,測試接地電阻,逐步判定問(wèn)題所在,繼而采取措施,或更換整根電纜,或保持電纜接頭處干燥等。
6、結束語(yǔ)
由于污水處理流量計運行環(huán)境較為復雜,影響其正常工作的因素眾多,調試技術(shù)需要不斷總結和更新??傊?,只要我們合理選用、正確安裝污水處理流量計,并采取有效的措施加以維護,就能避免或減少故障的發(fā)生,延長(cháng)儀表的使用壽命,為生產(chǎn)提供準確可靠的計量數據。
在現代化的污水處理工藝中,配備流量檢測儀表,構成可靠的自動(dòng)控制系統,使污水水質(zhì)達到常規的排放標準,造福人類(lèi)。
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