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電磁流量計(jì)在污水處理廠的應(yīng)用
閱讀：935 發(fā)布時(shí)間：2016-5-9
0 引言 隨著人口急劇增長(zhǎng),，工業(yè)發(fā)展迅速,，水資源狀況迅速惡化,，“水危機(jī)"日趨嚴(yán)重。應(yīng)對(duì)這種情況,，我國(guó)政府將在“十一五"期間投資3000億元新建,、改建數(shù)千座污水處理廠，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，目前已建成日處理水15000m3污水一期工程,，擔(dān)負(fù)著生活,、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，黃山市基本上沒有大型污水集中處理廠等設(shè)施,，更別提用于污水流量檢測(cè)的流量計(jì)了,。在污水處理過程中，原污水的流量是一個(gè)需要檢測(cè)的關(guān)鍵參數(shù),。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)，而電磁流量計(jì)zui大特點(diǎn)是能夠測(cè)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,，該污水處理廠采用了2臺(tái)電磁流量計(jì),，用于原污水的流量計(jì)量。 1 電磁流量計(jì)的工作原理 電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力運(yùn)動(dòng)時(shí),，其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為： 流量計(jì)信息網(wǎng)內(nèi)容圖片 （1） 式中，K為儀表常數(shù),；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）,；v為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)平均速度m/s；D為管道內(nèi)徑（m）,。流量計(jì)信息網(wǎng)內(nèi)容圖片圖1 電磁流量計(jì)工作原理 電磁流量計(jì)工作原理和結(jié)構(gòu)如圖1所示,，由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。 測(cè)量流量時(shí),，導(dǎo)電性液體相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬棒,，以平均速度v流過垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)。導(dǎo)電性液體的流動(dòng),，在測(cè)量電極上感應(yīng)出與平均流速成正比的電壓,。其感應(yīng)電壓信號(hào)E通過一對(duì)或一對(duì)以上的與液體直接接觸的電極檢測(cè)出來。 根據(jù)流體的體積流量公式為 流量計(jì)信息網(wǎng)內(nèi)容圖片 （2） 由公式（2）可知,，Q與v是成正比的一一對(duì)應(yīng)函數(shù),，那么E與Q也是成正比的一一對(duì)應(yīng)函數(shù)，測(cè)出了感應(yīng)電壓E也即測(cè)出了介質(zhì)的體積流量Q。 測(cè)出的感應(yīng)電壓E由電纜送至轉(zhuǎn)換器,，通過智能化處理,，然后LCD顯示，或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA輸出,。 2 電磁流量計(jì)特點(diǎn) （1）測(cè)量管道內(nèi)無阻力元件,，沒有附加的壓力損失，不易發(fā)生堵塞,，具有顯著的節(jié)能意義,； （2）測(cè)量管道內(nèi)無可動(dòng)部件，不易磨損,，因此傳感器壽命長(zhǎng),； （3）傳感器所需的直管段較短，方便安裝,； （4）合理選擇電極和內(nèi)襯材料,，可耐腐蝕和耐磨損； （5）雙向測(cè)量系統(tǒng),，可測(cè)正反向流量,； （6）流量的測(cè)量為體積流量，不受流量的密度,、粘度,、溫度、壓力,、和電導(dǎo)率變化的影響,； （7）傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系，測(cè)量精度高（±0.3～-0.5％）,，量程比寬（1：150）,。 3 電磁流量計(jì)選型 儀表的選型很重要，有關(guān)資料表明,，儀表在實(shí)際應(yīng)用中有2/3的故障是儀表選型錯(cuò)誤或使用不當(dāng)造成的,，因此，在確定選用電磁流量計(jì)之后,，還應(yīng)根據(jù)不同的工藝,、環(huán)境、測(cè)量,、介質(zhì)等綜合考慮,。 3.1 口徑選擇 根據(jù)該污水處理廠提供的工藝管道直徑、管道壓力及污水流速,，選擇口徑D=600mm的電磁流量計(jì),，現(xiàn)場(chǎng)不需要縮管和擴(kuò)管,。 3.2 內(nèi)襯、電極材料選擇 電磁流量計(jì)主要用于測(cè)電導(dǎo)率≥5μS/cm的流體流量,，應(yīng)根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的腐蝕性,、磨損性、溫度及凝結(jié)性等特點(diǎn)和價(jià)格承受能力,，應(yīng)選擇不同內(nèi)襯,、電極材料。 電磁流量計(jì)的內(nèi)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(qiáng)而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠,，耐腐蝕性能強(qiáng)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,。 電極材料裝于其管道內(nèi)壁，與被測(cè)物質(zhì)直接接觸,，故應(yīng)根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的腐蝕性選定。電磁流量計(jì)電極的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電極,，耐酸和鹽的鉭（Ta）電極,，耐腐蝕能力強(qiáng)的貴金屬鉑電極，不適于鹽酸的哈氏合金C電極和不適于硝酸的哈氏合金B(yǎng)電極,，耐腐蝕能力一般,、但價(jià)格低廉的不銹鋼316L等。 根據(jù)該污水處理廠主要處理生活廢水及工業(yè)廢水,，再考慮用戶能接受的價(jià)格,，選用氯丁橡膠材料內(nèi)襯和不銹鋼316L材料電極。 3.3 防護(hù)等級(jí)的選定 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護(hù)等級(jí),，根據(jù)用戶實(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(duì)于選定的基本型,，電磁流量計(jì)已帶LCD顯示、4～20mA電流輸出和0～1KHz頻率輸出,，根據(jù)流量計(jì)和計(jì)算機(jī)通訊的要求,，需增加RS-485通訊口功能,， （2）對(duì)于傳感器安裝在地面以下，應(yīng)選擇分體型,。 4 電磁流量計(jì)的安裝和調(diào)試 4.1 安裝要領(lǐng) （1）安裝點(diǎn)選擇在管道zui低處在確認(rèn)被測(cè)物質(zhì)流向之后,，安裝點(diǎn)要選擇在任何時(shí)候測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體，以防止由于測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示,。流量計(jì)信息網(wǎng)內(nèi)容圖片圖2 電磁流量計(jì)安裝 （2）直管段保證在前5D后3D 為獲得儀表測(cè)量度,，在傳感器上游側(cè)的直管段長(zhǎng)度不小于5D，下游側(cè)不小于3D（D為傳感器的名義直徑）,。若在傳感器上游側(cè)有兩個(gè)以上的彎頭或其它阻流件,，則前置直管段應(yīng)大于10D。 （3）信號(hào)電極在水平方向 水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線,，因?yàn)樘幱诘撞康碾姌O易被沉淀物覆蓋,，被測(cè)介質(zhì)中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號(hào)波動(dòng),。 （4）盡量避開振動(dòng)源,、磁源（大功率電機(jī)、變壓器） 由于電磁流量計(jì)的測(cè)量感應(yīng)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(yīng)進(jìn)行可靠的接地連（跨）接,。金屬管道電磁流量計(jì)接地連（跨）接方法如圖3所示,。流量計(jì)信息網(wǎng)內(nèi)容圖片圖3 電磁流量計(jì)接地 4.2 轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)試 一體化電磁流量計(jì)無單獨(dú)安裝轉(zhuǎn)換器，分體式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器和傳感器間距離受制于被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率和信號(hào)電纜型號(hào),，即電纜的分布電容,、導(dǎo)線截面和屏蔽層數(shù)、用制造廠儀表所附（或規(guī)定型號(hào)）的信號(hào)電纜,。電導(dǎo)率較低傳輸距離較長(zhǎng)時(shí),，應(yīng)用二層屏蔽電纜。 為了避免干擾信號(hào),，信號(hào)電纜必須單獨(dú)穿過接地保護(hù)鋼管內(nèi),，不能把信號(hào)電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。 功能性調(diào)試時(shí),，由智能轉(zhuǎn)換器對(duì)儀表分別進(jìn)行參數(shù)的讀取,，臨界值報(bào)警試驗(yàn)等，然后進(jìn)行流量系數(shù)值的寫入,。 5 儀表投運(yùn)及故障處理 電磁流量計(jì)在投運(yùn)前,，應(yīng)對(duì)管道及流量計(jì)進(jìn)行*檢查,，包括管道雜物等清理，電極處干燥處理,。還包括電氣線路的檢查,，首先應(yīng)對(duì)線路的接地進(jìn)行檢測(cè)，確保接地可靠后,，還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測(cè)試,。 該電磁流量計(jì)正常投運(yùn)一年多來，基本上未出現(xiàn)故障,，但是一年后,，出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測(cè)量值變大或變小,，或者是不停地波動(dòng),，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，已排除管道不滿管,、介質(zhì)含氣等現(xiàn)象的可能性,，發(fā)現(xiàn)這類問題的出現(xiàn)可能是與電纜線故障有關(guān)。因?yàn)榱髁坑?jì)隨管道埋敷在地下,，傳感器具有IP68防護(hù)結(jié)構(gòu),，轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內(nèi)，兩者通過電纜連接,，由于地面沉陷,，山區(qū)環(huán)境潮濕等現(xiàn)場(chǎng)情況的變化，傳感器和轉(zhuǎn)換器未*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(hào)線對(duì)地絕緣下降,，引起信號(hào)衰減,，zui終是測(cè)量結(jié)果偏小,； （2）信號(hào)電纜連接處接觸電阻變大,，使測(cè)量值變小，若該接觸電阻不穩(wěn)定,，則測(cè)量值無法穩(wěn)定,，且易引入干擾； （3）勵(lì)磁線圈對(duì)地絕緣下降,，造成測(cè)量結(jié)果偏??； （4）信號(hào)線勵(lì)磁線對(duì)地絕緣性能下降，使得測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù),，如這種干擾不穩(wěn)定,，對(duì)儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動(dòng),； （5）勵(lì)磁回路電纜連接處接觸電阻變大,，使轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁回路處于非恒流工作區(qū)域，勵(lì)磁電流下降,，同樣造成測(cè)量結(jié)果偏小,，若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測(cè)量值出現(xiàn)波動(dòng),。 判別這類異常情況,，因發(fā)生在信號(hào)回路，判斷有一定難度,，只有深入現(xiàn)場(chǎng),，在排除流量計(jì)其它可能性故障后，就應(yīng)檢查電纜是否有問題,，現(xiàn)場(chǎng)儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場(chǎng)的勵(lì)磁回路電阻測(cè)量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較,，測(cè)試接地電阻，逐步判定問題所在,，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(jié)束語 由于電磁流量計(jì)運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜,，影響其正常工作的因素眾多，調(diào)試技術(shù)需要不斷總結(jié)和更新,?？傊灰覀兒侠磉x用,、正確安裝電磁流量計(jì),，并采取有效的措施加以維護(hù)，就能避免或減少故障的發(fā)生,，延長(zhǎng)儀表的使用壽命,，為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)。 在現(xiàn)代化的污水處理工藝中,，配備流量檢測(cè)儀表,，構(gòu)成可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使污水水質(zhì)達(dá)到常規(guī)的排放標(biāo)準(zhǔn),，造福人類,。 參考文獻(xiàn) 1 梁國(guó)偉,，蔡武昌.流量測(cè)量技術(shù)及儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 2 蔡武昌,，馬中元,，瞿國(guó)芳等.電磁流量計(jì)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2004 3 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