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不同流量計在污水測量中的性能比較
發布時間:2019-10-31

摘要:由于污水來源不同,所含污染物質也多種多樣,總體來說都比較臟、含有大量雜物、甚至還有腐蝕性。一般污水測量中選擇明渠堰槽流量計、超聲波流量計電磁流量計的比較普遍。文中將電磁流量計(以下簡稱電磁流量計)與常用的超聲波流量計和明渠流量計在污水測量中的性能進行了對比,從分析,結果表明,電磁流量計更適合污水流量的測量,能對污水測流起到實時準確的監控。
0引言
  流量計是污水處理廠中應用最多、最廣的測量儀表。流量計的類型多種多樣,為了有效控制污水排放,確保監測污水排放的準確性,挑選合適的流量計十分必要。目前測量污水流量常用的流量計有明渠堰槽流量計、超聲波流量計和電磁流量計等。其中Endress+Hauser(恩德斯豪斯,簡稱E+H公司)公司生產的電磁流量計獨有過電壓勵磁技術,可快速形成磁場,縮短穩定磁場形成時間,延長穩定測量周期,有效過濾雜散信號,提高信號獲取強度,測量更穩定,能克服傳統明渠流量計、超聲波流量計的常見缺點,提高測量污水的準確度和精度。為了對比這幾種常見流量計的測流特性,本文從原理、特點、影響測流準確性的因素,污水測流特點等方面對上述幾種流量計進行了對比分析,以期選出最適合污水流量監測的流量計,使監測值合理可靠,為實際工作中污水測流儀表的選擇提供參考。
1幾種測量方法的原理和特點
1.1.明渠流量計
  明渠流量計的原理是在渠道中安置標準量水堰槽(如巴歇爾量水槽),通過測量被測流體液位高度,再經過測量儀器內部的處理器運算得到流量(根據相應流量公式或經驗關系式,將測出的水位值換算成流量值)。據統計,現用大多數的明渠測量方法為巴歇爾槽明渠流量計,因此本文以標準巴歇爾槽明渠流量計為例進行分析。
標準巴歇爾槽流量Q計算公式如下:
Q=0.375×b×(Ha/0.305)nn=1.569b0.026
式中:b為喉道寬度;Ha為實測液位;n是指數,不同渠道指數不同。
  由計算公式可知,流量測量的準確度是由喉道寬度b和實測液位Ha兩個因素決定的。實際測量液位時受到的影響因素最多,如測量液位儀器的準確度和被測液面的流動狀態等。綜合而言有以下幾個方面影響測量準確度:
1)測量液位的準確度,主要取決于液位計的測量準確度。大多數明渠都在使用非接觸式超聲波液位計,實際測量時受到被測液體表面浮沫和固體漂浮物的影響較大。
2)明渠流量計液位測量的重復性主要取決于液面的穩定程度。在實際測量污水的時候,經常發生水流不穩定的情況,如產生小型漩渦、波浪、泡沫等,液位測量的重復性常常得不到滿足。
3)堰槽的幾何尺寸,取決于測量儀器的準確度(堰槽尺寸的制造精度和安裝技術要求嚴格,稍有偏差將會對測量結果造成較大誤差)。
  綜上所述,明渠流量計在監測污水流量的準確度,受到多方面因素的影響,如堰槽的選型、設計、制作、安裝、調試和設置,一旦安裝成型后出現誤差很難糾正,在實際測量污水時受到外界環境干擾因素影響較大(如被測液面擾動和結冰等),而且使用中需要經常維護。
1.2.超聲波流量計
  超聲波流量計是20世紀70年代開始應用的一種流量儀器,和電磁流量計一樣,因為儀器流通通道未設置任何阻礙件,都屬于無阻礙流量計,適合測量大管徑和不易接觸的流體。超聲波流量計測量是一種間接測量方法,主要有多普勒法和時差法兩種方式。在污水測量中應用最廣泛的是多普勒超聲波流量計。
1.2.1時差法原理
  在流體中超聲波信號順流時傳播速度快,逆流時信號傳播速度慢,通過測量超聲波信號在流體中順流和逆流傳播時間差,即時差,間接測出流體流速,再通過流速可以計算出流體流量。時差法適合用于測量純凈流體,有較多氣泡或雜質的流體會阻礙超聲波正常傳播,會影響測量結果不準確。
1.2.2多普勒法原理
  超聲接收器接收到超聲波傳播途中遇到的懸浮物質或微小氣泡而被散射的信號。發射信號頻率受多普勒效應(利用聲波所產生的多普勒頻移現象,通過在靜止點檢測從移動源所發射聲波產生的多普勒頻移來計算散射體流動速度進行測量)的影響變為不同的信號頻率,根據頻率之差與流體流速的數量關系,可算出流體流量。多普勒法流量計適用于測量渾濁流體,但只能測量雜質約50mg/L以上的流體。多普勒法測量精度低于時差法。
1.2.3超聲波流量計的組成
  超聲波流量計是由流量計表體、換能器、顯示器和累積系統等部分組成。超聲波換能器是將輸入的電功率轉換成超聲波傳遞到被測流體中,接收器接收到的超聲波信號轉換成流量信號傳遞給積算儀表進行顯示和積算。超聲波流量計按照安裝方式可分為插入式、夾裝式和管段式。
1.3.電磁流量計
  電磁流量計是自20世紀50年代末發展起來的新型測量流量儀器。它是根據法拉第電磁感應定律制成的,當導電流體在測量管內的磁場中做切割磁力線運動時(流體流動方向與磁場方向垂直),會產生感應電動勢,電動勢被位于管徑兩端的一對電極檢測到,傳感器將感應電動勢作為流量信號,傳送到轉換器,經信號處理后,用液晶顯示儀顯示瞬時流量和累積流量。
  電動勢的大小與流速成正比,其值為:E=B×V×D×K,其中,E為感應電動勢,B為磁感應強度,V為導電液體平均流速,D為電極間距,K為磁場分布于軸向長度有關的系數。由于磁感應強度B、電極距離D和磁場分布于軸向長度有關系數K是常量,所以E與V成正比,而流量體積又與流速V成正比,所以流量體積與感應電動勢成正比。
1.3.1電磁流量計
  Endress+Hauser(恩德斯豪斯,簡稱E+H公司)創建于1953年,是全世界著名的國際性集團公司,該公司生產的電磁流量計相比同類電磁流量計有高頻勵磁技術、四電極技術,空管檢測(EPD),電子清洗(ECC)等先進功能。
1.3.2電磁流量計四電極技術
  電磁流量計四電機結構如圖1所示,電磁流量計擁有四電極技術,其中EPD(EmptyPipeDetection)電極為用于檢測測量管滿管狀態,其工作基本原理為EPD電極通過電壓,和兩側電極形成導通,一旦管內有空氣,隨即報警。
電磁流量計四電極結構圖
1.3.3電磁流量計的主要特點
1)根據電磁流量計的原理,測量結果與被測流體的物理性質無關(如流體壓力、溫度、電導率等),所以工作穩定、測量精確度高,其中電磁流量計獨有的EPD檢測保障了儀表的可靠測量;
2)電磁流量計的測量管內壁光滑,無阻塞,沒有壓力損失;
3)電磁流量計測量流量時,和污水接觸的部分只有內管道和電極,為了能達到耐腐蝕和耐磨損的要求必須選擇合適的電極材料(如不銹鋼等);
4)電磁流量計有使用壽命長,維護成本低的特點(ECC清洗功能使儀表擁有更長的免維護周期),而且可以測正、反兩個流向的流體流量;
5)輸出信號多樣(脈沖、電流、頻率等)。根據上述電磁流量計的特點,而污水有流量變化大、所含雜質屬性不同、有一定的腐蝕性、有導電能力等特性,所以測量污水的流量,電磁流量計是一個理想的選擇。
2三種流量計測量污水對比
2.1明渠與電磁流量計
基于明渠和電磁流量計的測量原理不同,兩種測量方法無法直接比對,用表格說明。如表1。
2.2E+H超聲波流量計與電磁流量計
  本次測試用的儀器為E+H公司的電磁流量計,型號:Promag50W8H,DN800(管徑800mm),橡膠內襯(耐磨),精度0.2%,不銹鋼電極。和E+H單聲道夾裝式超聲波流量計,型號:91WA1,可測試管徑為100~2000mm,精度0.2%。測量結果如表2所示。

測量結果分析如圖2所示。
  從圖2可以看出隨著時間的推移,兩個儀器的測量數據偏差越大,具體原因是因為測量期間超聲波流量計偶而發出現氣液兩相報警,因為報警時有部分流量缺失未被計入累計流量。

  一般氣液兩相報警是指介質中出現較多固體(比如高泥沙含量)或氣體(氣泡,類似消聲)造成的超聲波信號衰減,導致無法準確測量。
3結語
  選擇合適的流量計確保污水流量測量的準確性,就需要了解各種流量計的原理和各自的特點。以上三種污水測量方法中,明渠堰槽流量計在監測污水流量數據的時候,受到的影響因素較多;超聲波流量計與電磁流量計都比較適合用于污水測量。但在實際的測量操作中,E+H超聲波流量計相對于電磁流量計受到污水介質的影響因素較大,而超聲波流量計相對于電磁流量計有便攜、安裝方便等優勢。如果需要長時間精確的檢測污水,如污水處理廠,電磁流量計是理想的選擇。

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