常用污水流量計的選擇

時間：2012-11-4閱讀：2375

環(huán)保產(chǎn)業(yè)對污水流量的測量和控制的度,、可靠性要求已越來越高，文章介紹了電磁式,、渦街式,、節(jié)流式等幾種流量計的選型設(shè)計，結(jié)合水處理工藝,，從理論和實踐兩方面闡述各自的特點,。
主題詞流量計測量污水選型

國外一位流量專家F.C.King horo曾說過，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(nèi)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(fù)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(zhì)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(nèi)外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式,、差壓式,、渦輪式、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(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ),。除了儀表自身質(zhì)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。本文介紹電磁式,、渦街式,、節(jié)流式等幾種流量計的選型設(shè)計。

1. 電磁流量計選型設(shè)計

電磁流量計自20世紀50年代末國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用以來,，七八十年代在流量測量中運用和發(fā)展很快,。電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動,，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢EX

（1）

式中 Ex ——電動勢,，V；
B——磁感應(yīng)強度,，T,；
d——兩電極間的距離，mm；
υ——被測介質(zhì)的平均流速,，m/s。

被測介質(zhì)的流量Q與d和υ有關(guān)：

（2）

由式（2）得：

（3）

當磁場強度B與兩極間距離d一定時,，則：

Ex =K * Q （4）

其中,，K=4*10^-4/πd=常數(shù)。

由式（4）可知,，感應(yīng)電動勢EX與被測介質(zhì)流量（流速）成正比,，電磁流量計不受溫度、壓力,、粘度,、重度等外界因素的影響，測量管內(nèi)部無收縮或凸出部分的壓力損失,，另外,，流量元件檢測出的zui初信號，是一個與流體平均流速成線性變化的電壓,，它與流體的其他性質(zhì)無關(guān),，具有很大的*性。

根據(jù)污水具有流量變化大,、含雜質(zhì),、腐蝕性小、有一定的導(dǎo)電能力等特性,，測量污水的流量,，電磁流量計是一個很好的選擇。它結(jié)構(gòu)緊湊,、體積小,，安裝、操作,、維護方便,，如測量系統(tǒng)采用智能化設(shè)計，整體密封加強,，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作,。可選用氯丁橡膠襯里,，含鉬不銹鋼（OCrI8Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計,，即可滿足污水流量測量的要求。

某冶煉廠在生產(chǎn)中,，由于生產(chǎn)工藝的需要,，會產(chǎn)生大量的工業(yè)污水，污水處理分廠必須對污水的流量進行監(jiān)控。在以往的設(shè)計中,，流量儀表不少都選用旋渦流量計和孔板流量計,。而實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)測量的流量顯示值與實際流量偏差較大，而改用電磁流量計偏差大大減小,。

2. 渦街流量計選型設(shè)計

渦街流量計作為一種新型流量計,，80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點和長處,，在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣泛,。在國內(nèi)使用渦街流量計進行流量測量也愈來愈得到重視，目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列,。渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的,，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式,、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式,、磁敏式及差動開關(guān)電容式、超聲波式等,。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合,，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽,。與渦輪流量計相比,，渦街流量計沒有可動的機械部件，維護工作量小,，儀表常數(shù)穩(wěn)定,；與孔板式流量計相比，渦街流量計測量范圍大,，壓力損失小,，準確度高，安裝與維護簡單,。但渦街流量計的環(huán)境相關(guān)參數(shù)較多,，容易在使用現(xiàn)場被忽略而影響流量計性能的正確發(fā)揮。

渦街流量計的原理是在流量計管道中,，設(shè)置一滯流件,，當流體流經(jīng)滯流件時，由于滯流件表面的滯流作用等原因,，在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦,，這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門（Karman）旋渦列,，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的,，卡門從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度,，L為兩個相鄰旋渦間的距離）時，旋渦列是穩(wěn)定的,，在此情況下,，產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ的關(guān)系為：

f =sv/d （5）

v=df/s （6）

式中 d ——圓柱形滯流件的直徑；
s——無量綱常數(shù),，稱為Strouhal數(shù),，與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。

流量計圓截面管道的雷諾數(shù)Re為：

（7）

式中 υ——流體的流速,，m/s；
ρ——流體的密度,，kg/m3,；
μ——流體的動力粘度，（kg·m^-1）/s,。

而流體的流量：

Q=A *v

從上式可見,，渦街流量計選型設(shè)計完畢，流量Q不僅與f有關(guān),，而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān),。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值 ,。因此,，流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能,。

經(jīng)過實踐,，如下幾個方面對渦街流量計的使用都有影響，應(yīng)對這些問題進行分析,。

（1）渦街流量計的測量范圍較大,，一般10：1，但測量下限受許多因素限制：Re＞10 000是渦街流量計工作的zui基本條件,，除此以外,，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低,，則旋渦的強度,、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號,，旋渦頻率f也小,，還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制,，因此設(shè)計時一定要對流速范圍進行計算,、核算，根據(jù)流體的流速進行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜,，選型時除注意環(huán)境溫度,、濕度、氣氛等條件外,，還要考慮電磁干擾,。在強干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合,，磁敏式,、壓電應(yīng)力式等儀表不能正常工作或不能準確測量。

（2）振動也是該類儀表的一大勁敵,。因此在使用時注意避免機械振動,，尤其是管道的橫向振動（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動），這種影響在流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計上是無法抑制和消除的,。由于渦街信號對流場影響同樣敏感,，故直管段長度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動條件時，是不宜選用的,。即使是抗振性較強的電容式,、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流,，也是不可忽略的,。

（3）介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應(yīng)力式渦街流量計不能長期使用在300℃狀態(tài)下,，因其絕緣阻抗會由常溫下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ,，輸出信號也變小，導(dǎo)致測量特性惡化,，對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu),。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式,，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命,。

渦街流量計是一種比較新型的流量計，處于發(fā)展階段,，還不很成熟,，如果選擇不當，性能也不能很好發(fā)揮,。只有經(jīng)過合理選型,、正確安裝后，還需要在使用過程中認真定期維護,，不斷積累經(jīng)驗,，提高對系統(tǒng)故障的預(yù)見性以及判斷,、處理問題的能力，從而達到令人滿意的效果,。

3. 節(jié)流式流量計選型設(shè)計

節(jié)流式流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置,，其歷史zui長，用量zui多?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型,，其工作原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件，通過導(dǎo)壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上,、下游的壓差,，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計算即得出流量的瞬時值。由于導(dǎo)壓管內(nèi)水的不流動性,，在較寒冷地區(qū),，冬天室外安裝的孔板取壓管容易凍裂（凍住）,，使差壓變送器無法正常工作。測量較臟的污水時,，孔板需經(jīng)常清洗,。如清洗不及時，測量精度降低,，取壓管經(jīng)常被污物堵死,，儀表無法使用。用孔板的方式測流量時還有壓力損失大,、維護量大等缺點,。因此改變?nèi)悍绞剑?例如用徑距取壓法，就可以減少孔板污物的影響,。

4. 結(jié) 語

以上幾種污水流量測量流量計中,，電磁流量計性能較好，節(jié)流流量計應(yīng)用范圍廣,，而渦街流量計比較新型,，并正在不斷發(fā)展。只有了解這幾種流量計各自的性能,，才能對流量計選型設(shè)計好,，使污水流量的測量和控制達到度和可靠性要求。（end）

江蘇三豐儀表科技有限公司

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