随着工业的飞速发展 ,流量测量所面临的任务 越来越繁重,要求也越来越高 ,再有 ,环境污染日益 严重 ,为减少污染,必须对排放的污水、污泥等进行 计量和控制。因而电磁流量计在污水处理中的应用也越来越重要，这些排放物多含有颗粒、杂质、油珠 , 呈多项混合状态 , 且输送管线多为地下, 一般仪表 很难完成测量任务, 这就需要寻找更切合实际的方 法。在污水流量仪表的正确选型之前, shou先介绍 3 种可能选用的流量仪表的特点 。 

 

1 、3 种流量仪表的特点 

1. 1 节流装置 标准节流装置包括标准孔板 、标准喷嘴 、文丘 里喷嘴, 非标准节流装置包括 1 /4 圆喷嘴、双重孔 板、圆缺孔板。不同的节流装置有不同的界限雷诺 数。由最小流量算出的最小雷诺数必须大于所选 的节流装置的界限雷诺数 ,这时的流量系数才为常 数,这是基本条件。然后再根据工艺所要求的允许 压力损失和节流装置前、后的最小直管段来最后选 择何种节流装置 。一般情况下 ,上游和下游直管段 分别为 15D 和 5D 。 

 

一般情况下 ,推键下列差压值 。 低压气体———差压范围在 1 ～ 4 kPa 时 ,宜采 用 1. 6 kPa ;液体 ———差压范围在 16 ～ 40 kPa 时 , 宜采用 25 kPa;中高压气体及蒸汽———差压范围 在 40 ～ 100 kPa ,宜采用 60 kPa 。 

 

节流装置一般安装在水平管道上, 若要安装在垂直管道上, 则气体 、饱和水蒸汽 、湿气体的流向宜 自上而下 ;液体的流向必须自下而上。节流装置必须与差压变送器或差压流量变送 器配套使用, 其测量管路系统较为复杂, 同时随着 节流装置节流孔逐渐磨损,而改变了原设计计算的 流量系数 ,以致造成测量误差的增大。流体密度和 黏度的改变, 也会造成测量误差的增大 。 

 

1. 2 电磁流量计(管道式) 

 

适用于电导率大于 5 μS /cm 的导电液体 。介 质的最高压力为 4 M Pa , 介质的温度范围 - 60 ～ 180 ℃。具有测量精度高、量程比大(最大可达 1 000 ∶1)、系统无压力损失、附加功能多等特点 。 前后直管段为 5D 和 2D 。电磁流量计的传感器最 高防护等级可达 IP68(潜水型), 有普通型 、隔爆型 和本安型三类产品 。 电磁流量计可以在任意管道上安装,但是电磁 流量计测量电极的轴线必须保持水平方向 ,且与管 道中心线互相垂直。电磁流量计的传感器一定要 安装在不产生气体的管道上 ,同时液体必须充满管 道。 

 

1. 3 超声波流量计(夹持型) 

1997 年插入式超声波流量计还没有推入市 场, 夹持型是超声波流量计的主流产品 。它适用于 能传播超声波的均匀液体和流速较高的气体 。介 质温度范围- 10 ～ 100 ℃, 介质压力不受限制。具有量程比宽,不受流体的黏度 、密度的影响、能测强 腐蚀介质等特点 。前后直管段为 10D 和 5D 。

 

超声波流量计的探头要求与管壁紧密安装,不 能有空气泡及沙砾。探头的安装方式共有四种:分 别称为 V 法、Z 法 、N 法、M 法。 V 法为标准安装 方法 , Z 法适用于大管径测量, N 法和 M 法适用于 小管径测量。管道内壁的粗糙度、结垢以及介质含有颗粒 、 气泡等均对流量计的精度有很大影响。

 

2 、流量计选型一般考虑的问题

1)被测流体的类型(液体 、气体 、蒸汽等)、状态 (清的 、脏的、浆液等)及性质(有腐蚀性、无腐蚀性 等)。

2)工艺过程操作条件及温度压力的界限值。

3)流量计的安装条件:管道的口径尺寸, 上游 能提供的直管段 , 管道是否过量振动, 环境的温度 和湿度等 。

4)仪表精度和量程的选用 。 

5)经济性。 

6)仪表的日常维护和可靠性。

 

3 、流量计的选型 

根据选型原则和对 3 种仪表的主要性能的比 较(见表 1), 对炼油污水进行流量测量选用电磁流 量计最为适合。 1997 年锦州石化公司新建并投运 了 1 套 700 m3 /h 炼油污水处理场, 流量测量仪表 主要选用了开封仪表厂生产的 E-mag 分离型电磁 流量计,运行至今效果良好。

4 、E-mag 电磁流量计 

4. 1 传感器的基本原理和结构 

由电磁感应定律可知 ,导体在磁场中运动而切 割磁力线时, 在导体中就会有感应电势产生 。同理, 导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁力 线时 ,也会在两电极上产生感应电势 ,并存在如下 关系 。 

E x =BDv ×10- 12 (1) 

式中 Ex ———感应电势 ,V ; B ———磁感应强度 , T ; D ———管道直径,即导体垂直切割磁力线的 长度, cm ; v ———液体平均流速, cm /s 。 

 

体积流量 qV(cm3 /s)与流速 v 的关系为 

qV =14 D2 v (2) 

 

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

 

在 D 已确定并维持 B 不变时 , k 就是一个常 数, 这时感应电势则与体积流量具有线性关系。因 此, 在管道两侧(导管式)各插入一根电极, 便可以 引出感应电势 ,经转换器运算放大 ,就可以显示流 量的大小 。 

 

为了避免磁力线被测量导管的管壁短路,并使 测量导管在较强的交变磁场中尽可能地降低涡流 损耗 ,E-mag 的测量导管由非导磁的不锈钢材料制 成。用不锈钢等导电材料做导管时,在测量导管内 壁与电极之间必须有绝缘衬里,以防止感应电势被 短路 。 E-mag 电磁流量计为了防止导管被腐蚀并 使内壁光滑, 在整个测量内壁涂上了绝缘衬里。衬 里材料视工作温度、介质腐蚀性的不同而不同 , 可 选用橡胶 、聚氨酯、聚丙稀等 。 

 

4. 2 转换器的基本原理和使用 

 

E-mag 电磁流量计的转换器采用新颖的励磁 方式 ,使流量计具有优越的零点稳定性和测量精确 度。转换器向传感器提供精确的双向恒流驱动电 流, 以驱动传感器励磁线圈。本身工作频率由单片 机控制, 不受电源频率变化的影响 。励磁电路在磁 场反向时由能量恢复系统提供一个高的反向电压 , 加速克服反向时的磁场阻力 。 

 

由传感器测得的微弱感应电势,输入至转换器 的测量系统。经高输入阻抗放大器放大、滤波和自 动零点调整及增益控制后 ,经高性能 、高精度信号 转换 ,将模拟信号转换为数字量。单片机将数字信 号采样后 ,计算出流速以及期望得到的各测量值 、 模拟输出 、脉冲输出值等。 LCD 液晶显示器可显 示各测量值。为了减小信号衰减 , 提高精度, 分离 型流量计的转换器和传感器之间采用 S TT3200 专用信号电缆。 

 

为了使转换器能够理想地工作,还要对它进行 菜单编程,菜单结构如图1 所示。通过转换器上的4 个操作按键 ,可方便地调出编程菜单 ,输入参数, 确 认即可。例如,需要转换器模拟输出 4 ～ 20 mA , 通 过按键调出菜单,操作过程如图 1 所示 。

通过以上的操作, 就可以得到 1 个模拟 4 ～ 20 mA输出信号 。通过编程可以对流量量程、脉冲 输出 、总量累计 、报警点设置、传感器参数等进行设 定。为了保证仪表的正常工作 ,对于一般参数采取 一级保护 ;对于重要参数如传感器参数等进行二级 保护 ,分别设置保护密码 。 这种智能型转换器在开车过程中起到了很大 作用 。装置运行初期 ,流量变化较大。工艺要求在 生化池中培养活性污泥 ,污水主要打回流 , 以增加 停留时间 。这时回流量变得很大, 而仪表量程是按 稳定状态下设计的, 仪表瞬时流量值已经超出量程 范围 。电磁流量计的量程比可达 1 000 ∶1 ,在测量 范围内量程可通过转换器改变。于是笔者对转换 器重新编程,把量程设置在合理范围, 使流量测量 达到满意效果。当生产流程运行稳定后 ,再将量程 改回即可 。 

 

4. 3 电磁流量计的安装

 

4. 3. 1 传感器的安装 

为了使仪表可靠测量, 安装时要注意以下几 点。 1)为使传感器测量导管内始终充满流体 ,传感 器可安装在 U 型管道最低部位。 2)保证传感器前后直管段分别不小于 5D 和 2D 。3)如果垂直或倾斜安装, 流体一般应自下而上 流动 。 4)应保证测量管与工艺管道同轴 。 5)为防止衬里磨损 ,可在传感器进口加装进口 保护法兰(厂家可提供)。 6)应避免强烈振动和过大的温度变化 。 7)安装场所的磁场强度应小于 400 A /m 。 4. 3. 2 电气接线 为了保证测量精度 ,传感器与转换器之间的接 线应注意以下问题 。 

 

1)在确认电缆型号后 ,按规定进行接线, 接线 应正确、牢靠 。 

 

2)电缆剥线时, 注意不要损伤应保留的绝缘 层。对流量信号线, 只要可以接线, 就尽量少剥屏 蔽层 。3)连接传感器与 转换器之间的电缆 采用 ST T3200 ,两同轴电缆的内层屏蔽泄漏线绞合后 , 应套上绝缘套管, 然后再接至 SIGGND(信号地) 端。对黑色半导体层应从根部切除,以免影响其他 接线 。4)传感器与转换器之间的电缆长度一般不超 过 100 m 。 

 

5 电磁流量计在污水处理中的应用结束语 

 

通过对 E-mag 电磁流量计的实际应用 , 笔者 总结出以下特点。 1)测量不受流体密度、黏度、温度 、压力和电导 率变化的影响 ; 2)测量管内无阻碍流动部件 , 无压损 ,直管段 要求较低 ; 3)传感器有法兰型及夹持型 ,其衬里和电极材 料有多种选择 ; 4)SM ART 转换器采用励磁方式 ,功耗低 、零 点稳定、精确度高;量程比可达 1 000 ∶1 ; 5)转换器采用 16 位高性能微处理器 ,参数设 定方便, 编程可靠; 6)流量计为双向测量系统, 内装 3 个积算器 : 正向流量 、反向流量及差值量累积 ;可显示正、反流 量,并具有多种输出:电流 、脉冲、HA RT 通讯信号; 7)橡胶和聚氨酯衬里传感器为本质沉浸结构 ; 8)可用于相应的防爆场所。 E-mag 电磁流量计在污水处理厂中使用后 ,一 直运行良好, 操作人员反映读数准确, 操作简单 。 不但为装置达标提供了准确的数据,还为电磁流量 计在该公司的应用提供了重要依据。