電磁流量計(jì)在污水處理中的應(yīng)用
介紹了電磁流量計(jì)在煉油污水處理場(chǎng)設(shè)計(jì)中的選型過程及實(shí)際應(yīng)用情況、并介紹了安裝調(diào)試應(yīng)注意的問題。
流量測(cè)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(cè)量在工業(yè)、商業(yè)、交通等各個(gè) 部門均有極廣泛的應(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(cè)量中，以流量測(cè)量最 為復(fù)雜，也是較難準(zhǔn)確測(cè)量的參數(shù)。因而引起眾多 學(xué)者對(duì)流量測(cè)量進(jìn)行研究、開發(fā)，研制出數(shù)十種原 理各異的流量測(cè)量?jī)x表，提供給用戶，滿足了大量 流量測(cè)量任務(wù)的需要。
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，流量測(cè)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，必須對(duì)排放的污水、污泥等進(jìn)行 計(jì)量和控制。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(cè)量任務(wù)，這就需要尋找更切合實(shí)際的方 法。在污水流量?jī)x表的正確選型之前，首先介紹3 種可能選用的流量?jī)x表的特點(diǎn)。
1.3種流量?jī)x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)。由最小流量算出的最小雷諾數(shù)必須大于所選 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、后的最小直管段來最后選 擇何種節(jié)流裝置。一般情況下，上游和下游直管段 分別為15 D和5 D。
一般情況下，推薦下列差壓值。
低壓氣體 差壓范圍在1?4 kPa時(shí),宜米
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;液體的流向必須自下而上。
節(jié)流裝置必須與差壓變送器或差壓流量變送 器配套使用，其測(cè)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(cè)量誤差的增大。流體密度和 黏度的改變，也會(huì)造成測(cè)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 nS/cm的導(dǎo)電液體。介 質(zhì)的最高壓力為4 MPa,介質(zhì)的溫度范圍-60? 180 "C。具有測(cè)量精度高、量程比大（最大可達(dá)
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5 D和2 D。電磁流量計(jì)的傳感器最 高防護(hù)等級(jí)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(cè)量電極的軸線必須保持水平方向，且與管 道中心線互相垂直。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)液體必須充滿管 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(chǎng)，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 C，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(cè)強(qiáng) 腐蝕介質(zhì)等特點(diǎn)。前后直管段為10 D和5 D。
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(cè)量,N法和M法適用于 小管徑測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)3種儀表的主要性能的比 較(見表1),對(duì)煉油污水進(jìn)行流量測(cè)量選用電磁流 量計(jì)最為適合。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(chǎng),流量測(cè)量?jī)x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。
表1 3種流量測(cè)量?jī)x表主要性能比較
|
性能 |
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流 |
電磁 |
超聲波流 |
|
裝 置 |
流量計(jì) |
量 計(jì) |
|
|
結(jié)枸 |
簡(jiǎn)單 |
復(fù)雜 |
復(fù)雜 |
|
安裝 |
方便 |
方便 |
方便 |
|
靈敏度 |
高 |
高 |
高 |
|
壓力損失 |
大 |
無 |
無 |
|
量程比 |
10 ：1 |
1 000 ：1 |
100 :1 |
|
誤差，％ |
0.5 ?1.5 |
0.3?0.5 |
1.0?3.0 |
|
適用介質(zhì) |
比較干凈的 氣體和液體 |
導(dǎo)電液體 |
比較干凈的 氣體和液體 |
|
維護(hù)量 |
小 |
小 |
大 |
|
適用管徑 |
DN50 ? |
DM5? |
DN25 ? |
|
范圍 |
DN1 000 |
DN2 400 |
DN3 000 |
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(chǎng)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(shì)產(chǎn)生。同 理,導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)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(shì),并存在如下 關(guān)系。
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(shì)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(shì),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(cè)量導(dǎo)管的管壁短路,并使 測(cè)量導(dǎo)管在較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)中盡可能地降低渦流 損耗,E-mag的測(cè)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(cè)量導(dǎo)管內(nèi) 壁與電極之間必須有絕緣襯里,以防止感應(yīng)電勢(shì)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(cè)量?jī)?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)換器米用新穎的勵(lì)磁 方式,使流量計(jì)具有優(yōu)越的零點(diǎn)穩(wěn)定性和測(cè)量精確 度。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅(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(chǎng)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(chǎng)阻力。
由傳感器測(cè)得的微弱感應(yīng)電勢(shì),輸入至轉(zhuǎn)換器 的測(cè)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(hào) 轉(zhuǎn)換,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)將數(shù)字信 號(hào)采樣后,計(jì)算出流速以及期望得到的各測(cè)量值、 模擬輸出、脈沖輸出值等。LCD液晶顯示器可顯 示各測(cè)量值。為了減小信號(hào)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STT3200專
用信號(hào)電纜。
為了使轉(zhuǎn)換器能夠理想地工作,還要對(duì)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(hào)。通過編程可以對(duì)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(duì)于一般參數(shù)采取 一級(jí)保護(hù);對(duì)于重要參數(shù)如傳感器參數(shù)等進(jìn)行二級(jí) 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(cè)量 范圍內(nèi)量程可通過轉(zhuǎn)換器改變。于是筆者對(duì)轉(zhuǎn)換 器重新編程,把量程設(shè)置在合理范圍,使流量測(cè)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(cè)量,安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)
為使傳感器測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)始終充滿流體,傳感 器可安裝在U型管道最低部位。
保證傳感器前后直管段分別不小于5 D和D。
如果垂直或傾斜安裝,流體一般應(yīng)自下而上 流動(dòng)。
應(yīng)保證測(cè)量管與工藝管道同軸。
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）。
應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和過大的溫度變化。
安裝場(chǎng)所的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)小于400 A/ m。
4. 3. 2電氣接線
為了保證測(cè)量精度,傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的接 線應(yīng)注意以下問題。
在確認(rèn)電纜型號(hào)后,按規(guī)定進(jìn)行接線,接線 應(yīng)正確、牢靠。
電纜剝線時(shí),注意不要損傷應(yīng)保留的絕緣 層。對(duì)流量信號(hào)線,只要可以接線,就盡量少剝屏 蔽層。
連接傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的電纜采用 STT3200 ,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(hào)地） 端。對(duì)黑色半導(dǎo)體層應(yīng)從根部切除,以免影響其他 接線。
傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的電纜長(zhǎng)度一般不超 過 100 m。
5.結(jié)束語
通過對(duì)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(cè)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(cè)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）SMART轉(zhuǎn)換器采用勵(lì)磁方式,功耗低、零 點(diǎn)穩(wěn)定、精確度高;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(cè)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、HART通訊信號(hào);
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(chǎng)所。
E-mag電磁流量計(jì)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(jiǎn)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)。
