電磁流量計在污水處理中的應用
介紹了電磁流量計在煉油污水處理場設計中的選型過程及實際應用情況、并介紹了安裝調試應注意的問題。
流量測量技術是發展得比較早、且至今仍在迅 速發展的學科，流量測量在工業、商業、交通等各個 部門均有極廣泛的應用。在工業生產過程各種參 數(如壓力、溫度、液位等)的測量中，以流量測量最 為復雜，也是較難準確測量的參數。因而引起眾多 學者對流量測量進行研究、開發，研制出數十種原 理各異的流量測量儀表，提供給用戶，滿足了大量 流量測量任務的需要。
隨著工業的飛速發展，流量測量所面臨的任務 越來越繁重，要求也越來越高，再有，環境污染日益 嚴重，為減少污染，必須對排放的污水、污泥等進行 計量和控制。這些排放物多含有顆粒、雜質、油珠， 呈多項混合狀態，且輸送管線多為地下，一般儀表 很難完成測量任務，這就需要尋找更切合實際的方 法。在污水流量儀表的正確選型之前，首先介紹3 種可能選用的流量儀表的特點。
1.3種流量儀表的特點
1.1節流裝置
標準節流裝置包括標準孔板、標準噴嘴、文丘 里噴嘴，非標準節流裝置包括1/4圓噴嘴、雙重孔 板、圓缺孔板。不同的節流裝置有不同的界限雷諾 數。由最小流量算出的最小雷諾數必須大于所選 的節流裝置的界限雷諾數，這時的流量系數才為常 數，這是基本條件。然后再根據工藝所要求的允許 壓力損失和節流裝置前、后的最小直管段來最后選 擇何種節流裝置。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,宜米
用1. 6 kPa;液體——差壓范圍在16?40 kPa時， 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，其測量管路系統較為復雜，同時隨著 節流裝置節流孔逐漸磨損，而改變了原設計計算的 流量系數，以致造成測量誤差的增大。流體密度和 黏度的改變，也會造成測量誤差的增大。
1.2電磁流量計(管道式）
適用于電導率大于5 nS/cm的導電液體。介 質的最高壓力為4 MPa,介質的溫度范圍-60? 180 "C。具有測量精度高、量程比大（最大可達
000 ： 1)、系統無壓力損失、附加功能多等特點。 前后直管段為5 D和2 D。電磁流量計的傳感器最 高防護等級可達IP68(潛水型），有普通型、隔爆型 和本安型三類產品。
電磁流量計可以在任意管道上安裝，但是電磁 流量計測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。電磁流量計的傳感器一定要 安裝在不產生氣體的管道上，同時液體必須充滿管 道。
1.3超聲波流量計(夾持型）
1997年插入式超聲波流量計還沒有推入市 場，夾持型是超聲波流量計的主流產品。它適用于 能傳播超聲波的均勻液體和流速較高的氣體。介 質溫度范圍-10?100 C，介質壓力不受限制。具有量程比寬,不受流體的黏度、密度的影響、能測強 腐蝕介質等特點。前后直管段為10 D和5 D。
超聲波流量計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法為標準安裝 方法,Z法適用于大管徑測量,N法和M法適用于 小管徑測量。
管道內壁的粗糙度、結垢以及介質含有顆粒、 氣泡等均對流量計的精度有很大影響。
2.流量計選型一般考慮的問題
1）被測流體的類型(液體、氣體、蒸汽等）、狀態 (清的、臟的、漿液等)及性質(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,環境的溫度 和濕度等。
4）儀表精度和量程的選用。
5）經濟性。
6）儀表的日常維護和可靠性。
3.流量計的選型
根據選型原則和對3種儀表的主要性能的比 較(見表1),對煉油污水進行流量測量選用電磁流 量計最為適合。1997年錦州石化公司新建并投運 了 1套700 m3/h煉油污水處理場,流量測量儀表 主要選用了開封儀表廠生產的E-mag分離型電磁 流量計,運行至今效果良好。
表1 3種流量測量儀表主要性能比較
|
性能 |
標準節流 |
電磁 |
超聲波流 |
|
裝 置 |
流量計 |
量 計 |
|
|
結枸 |
簡單 |
復雜 |
復雜 |
|
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 |
比較干凈的 氣體和液體 |
導電液體 |
比較干凈的 氣體和液體 |
|
維護量 |
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
4. 1傳感器的基本原理和結構
由電磁感應定律可知,導體在磁場中運動而切 割磁力線時,在導體中就會有感應電勢產生。同 理,導電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁力 線時,也會在兩電極上產生感應電勢,并存在如下 關系。
在D已確定并維持B不變時,k就是一個常 數,這時感應電勢則與體積流量具有線性關系。因 此,在管道兩側(導管式)各插入一根電極,便可以 引出感應電勢,經轉換器運算放大,就可以顯示流 量的大小。
為了避免磁力線被測量導管的管壁短路,并使 測量導管在較強的交變磁場中盡可能地降低渦流 損耗,E-mag的測量導管由非導磁的不銹鋼材料制 成。
用不銹鋼等導電材料做導管時,在測量導管內 壁與電極之間必須有絕緣襯里,以防止感應電勢被 短路。E-mag電磁流量計為了防止導管被腐蝕并 使內壁光滑,在整個測量內壁涂上了絕緣襯里。襯 里材料視工作溫度、介質腐蝕性的不同而不同,可 選用橡膠、聚氨酯、聚丙稀等。
4.2轉換器的基本原理和使用
E- mag電磁流量計的轉換器米用新穎的勵磁 方式,使流量計具有優越的零點穩定性和測量精確 度。轉換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅動電 流,以驅動傳感器勵磁線圈。本身工作頻率由單片 機控制,不受電源頻率變化的影響。勵磁電路在磁 場反向時由能量恢復系統提供一個高的反向電壓, 加速克服反向時的磁場阻力。
由傳感器測得的微弱感應電勢,輸入至轉換器 的測量系統。經高輸入阻抗放大器放大、濾波和自 動零點調整及增益控制后,經高性能、高精度信號 轉換,將模擬信號轉換為數字量。單片機將數字信 號采樣后,計算出流速以及期望得到的各測量值、 模擬輸出、脈沖輸出值等。LCD液晶顯示器可顯 示各測量值。為了減小信號衰減,提高精度,分離 型流量計的轉換器和傳感器之間采用STT3200專
用信號電纜。
為了使轉換器能夠理想地工作,還要對它進行 菜單編程,菜單結構如圖1所示。通過轉換器上的4 個操作按鍵,可方便地調出編程菜單,輸入參數,確 認即可。例如,需要轉換器模擬輸出4?20 mA,通 過按鍵調出菜單,操作過程如圖1所示。
通過以上的操作,就可以得到1個模擬4? 20 mA輸出信號。通過編程可以對流量量程、脈沖 輸出、總量累計、報警點設置、傳感器參數等進行設 定。為了保證儀表的正常工作,對于一般參數采取 一級保護;對于重要參數如傳感器參數等進行二級 保護,分別設置保護密碼。
這種智能型轉換器在開車過程中起到了很大 作用。裝置運行初期,流量變化較大。工藝要求在 生化池中培養活性污泥,污水主要打回流，以增加 停留時間。這時回流量變得很大,而儀表量程是按 穩定狀態下設計的,儀表瞬時流量值已經超出量程 范圍。電磁流量計的量程比可達1 000 : 1 ,在測量 范圍內量程可通過轉換器改變。于是筆者對轉換 器重新編程,把量程設置在合理范圍,使流量測量 達到滿意效果。當生產流程運行穩定后,再將量程 改回即可。
4.3電磁流量計的安裝
4.3. 1傳感器的安裝
為了使儀表可靠測量,安裝時要注意以下幾點
為使傳感器測量導管內始終充滿流體,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,流體一般應自下而上 流動。
應保證測量管與工藝管道同軸。
為防止襯里磨損,可在傳感器進口加裝進口 保護法蘭(廠家可提供）。
應避免強烈振動和過大的溫度變化。
安裝場所的磁場強度應小于400 A/ m。
4. 3. 2電氣接線
為了保證測量精度,傳感器與轉換器之間的接 線應注意以下問題。
在確認電纜型號后,按規定進行接線,接線 應正確、牢靠。
電纜剝線時,注意不要損傷應保留的絕緣 層。對流量信號線,只要可以接線,就盡量少剝屏 蔽層。
連接傳感器與轉換器之間的電纜采用 STT3200 ,兩同軸電纜的內層屏蔽泄漏線絞合后, 應套上絕緣套管,然后再接至SIGGND (信號地） 端。對黑色半導體層應從根部切除,以免影響其他 接線。
傳感器與轉換器之間的電纜長度一般不超 過 100 m。
5.結束語
通過對E-mag電磁流量計的實際應用,筆者 總結出以下特點。
1）測量不受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導 率變化的影響；
2）測量管內無阻礙流動部件,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轉換器采用勵磁方式,功耗低、零 點穩定、精確度高;量程比可達1 000 : 1;
5）轉換器采用16位高性能微處理器,參數設 定方便,編程可靠；
6）流量計為雙向測量系統,內裝3個積算器: 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;
7）橡膠和聚氨酯襯里傳感器為本質沉浸結構;
8）可用于相應的防爆場所。
E-mag電磁流量計在污水處理廠中使用后,一 直運行良好,操作人員反映讀數準確,操作簡單。 不但為裝置達標提供了準確的數據,還為電磁流量 計在該公司的應用提供了重要依據。
