摘要：在污水處理中，如何正確、合理、經(jīng)濟(jì)地選擇流量儀表，將直接影響水處理工程的自控水平，工程造價(jià)。流量檢測點(diǎn)不同，被測介質(zhì)的成分不同，所用流量計(jì)的類型也會不同。本文從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面，對幾種流量計(jì)的性能、價(jià)格等進(jìn)行探討，以求為物資購置人員和技術(shù)設(shè)計(jì)人員有所幫助。

0、前言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和城市人口的急劇增加，工業(yè)廢水和城市污水的排放量也將會大量增加。如果這些廢水未經(jīng)處理進(jìn)行排放，將會對環(huán)境和飲用水造成嚴(yán)重污染。因此，有必要建立高度自動化的污水處理廠。這就要求有不同介質(zhì)的流量被測量，同時，市場上又不斷推出新的流量計(jì)供你選擇，那么，如何合理地選擇適合不同介質(zhì)的流量計(jì)顯得非常重要。本文從污水處理的工藝流程、流量計(jì)的工作原理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行探討。

1、工藝流程

工藝流程見下圖

從上圖中可以看出，各流量檢測點(diǎn)所選擇的流量計(jì)類型是不相同的。主要原因是被測介質(zhì)的成分不同。在污水處理廠中，一般進(jìn)口流量采用文丘里加超聲波傳感器進(jìn)行測量，由于超聲波傳感器具有易安裝，不易被磨損。但是，如果被測介質(zhì)的表面浮有大量泡沫，則來自超聲波傳感器的超聲脈沖可能被吸收，使測量受到干擾，嚴(yán)重影響測量精度。此時可采用靜壓式的傳感器來代替。

2、工作原理

不同類型的流量計(jì)使用于不同的場合，主要有流量計(jì)的工作原理決定的。下面就污水處理廠常用的流量計(jì)進(jìn)行說明。

2.1 超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)的換能器成對地安裝在管道的兩側(cè)，兩個換能器交替地被作為超聲波信號的發(fā)生器或接收使用。聲波會被流動的液體攜帶著流動，聲波會受到液體流速的影響，假設(shè)超聲波信號從換能器A順流傳播到換能器B(稱順向)所需的時間為T1，從換能器B逆流傳播到換能器A(稱逆向)所需的時間為T2，則：

T1=Lp/(Cp+Vp)

T2=Lp/(Cp-Vp)

而Vp=V·cosθ

得出超聲波流量計(jì)中的流體沿管道軸向的速度為

式中：Lp—聲波傳播路徑(聲道)長度；
Cp—聲波在靜止液體中的傳播速度；
ΔT—時間差ΔT=T1-T2；
θ—聲波傳播方向與管道軸線之間的夾角(聲道角)；
Vp—液體在聲道方向的速度分量；
這樣，超聲波流量計(jì)可以通過測量ΔT，直接求得流體在聲道上的平均線流速，然后采用一種專有積分方法算出管道橫截面積上的平均面流速直至流量。
(1)影響超聲波流量計(jì)測量精度的因素。從上述計(jì)算公式中可以看出，影響超聲波流量計(jì)測量精度的因素很多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
①換能器的安裝位置；②液體的雷諾數(shù)；③換能器安裝段上、下游的直管段；④液體中懸浮顆粒和氣泡的體積濃度；⑤換能器安裝段的管道橢圓度。
(2)超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)。盡管超聲波流量計(jì)對被測液體的工作條件較為苛刻，對本身安裝要求比較嚴(yán)格，但是與其他流量計(jì)相比具有一定的特點(diǎn)：
①既可測一般導(dǎo)聲流體，也可測高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電、易爆和放射性導(dǎo)聲流體；
②可以在現(xiàn)有管道上安裝，甚至換能器的安裝、維修不需要停止管道中流體的流動；
③換能器安裝在管道外壁、管壁和管道內(nèi)表面上，基本對流場不造成干擾，沒有壓力損失；
④特別適合大口徑流量的測量，其造價(jià)基本與口徑大小無關(guān)；
⑤據(jù)資料顯示，目前超聲波流量計(jì)的精度：雙聲道已達(dá)1.0級，四聲道可達(dá)0.5級，完全滿足一般測量要求。
2.2 污水流量計(jì)
污水流量計(jì)測量的基礎(chǔ)是法拉*電磁感應(yīng)原理。激磁系統(tǒng)由線圈和鐵芯組車組成，當(dāng)通電后產(chǎn)生一個工作磁場，測量導(dǎo)管置于磁場中，在導(dǎo)管內(nèi)壁上裝有一對電極。當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)流經(jīng)導(dǎo)管時，相當(dāng)于導(dǎo)體在磁場中切割磁力線，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢由電極檢出，其流量大小可由下式求出：
Q=K·ED/4B
式中：K—比例系數(shù)；
E—感應(yīng)電勢；
D—管道直徑，即垂直切割磁力線的導(dǎo)體長度；
B—磁感應(yīng)強(qiáng)度；
由此可以看出：當(dāng)污水流量計(jì)選定后，D是常數(shù)，只要B保持不變，則Q與E之間具有一定的線性關(guān)系，因而儀表具有均勻刻度。目前污水流量計(jì)測量精度可達(dá)0.5級以上。
(1)污水流量計(jì)的特點(diǎn)及使用范圍。從污水流量計(jì)的工作原理可知，在使用過程中表現(xiàn)出以下幾個方面的特點(diǎn)：①測量截面沒有收縮，因此無壓力損失；②測量不受被測介質(zhì)粘度的影響；③與流速分布無關(guān)；④適合于很寬的管徑范圍(6~3000mm)；⑤具有很好的線性度和穩(wěn)定性；⑥較短的前后直管段(前5D,后3D)。
(2)污水流量計(jì)的使用：①被測液體的*小電導(dǎo)率>1μs/cm；②大口徑安裝困難；③如果在測量管內(nèi)的電極上有沉積物會影響測量精度；④價(jià)格昂貴，特別是大口徑的。污水流量計(jì)*好垂直安裝，并且流體應(yīng)自下而上，這樣不盡可以保證滿管，而且保證了懸浮固體下沉。如果流量計(jì)要水平安裝，應(yīng)該使測量電極處在水平軸線上，這樣避免了由于空氣泡的產(chǎn)生而造成干擾，影響測量誤差。
3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
在儀表選型時，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)是需要同時考慮的兩大基本要素，既不能盲目的追求“高”“精”“尖”，也不能只考慮價(jià)格便宜，下面就污水流量計(jì)和超聲波流量計(jì)進(jìn)行比較。
3.1 超聲波流量計(jì)
口徑100～1800mm，雙聲道，約5萬元人民幣以內(nèi)。
3.2 污水流量計(jì)
口徑100～1600mm，橡膠襯里，配對法蘭，電極材料鈦，接地環(huán)約2～13萬元人民幣。
從價(jià)格比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種流量計(jì)在技術(shù)上都可以選擇時，口徑在800mm以下應(yīng)考慮選擇污水流量計(jì)，口徑在800mm以上應(yīng)考慮選擇超聲波流量計(jì)。流槽加液位傳感器，所謂的明渠流量計(jì)，其價(jià)格的變化主要取決于流槽的價(jià)格，因?yàn)橐何粋鞲衅鞯膬r(jià)格基本與流量大小無關(guān)。設(shè)計(jì)人員在選擇明渠流量計(jì)時，應(yīng)該考慮流槽的加工情況。否則當(dāng)流槽尺寸不精確或材料容易變形，都會引起很大的測量誤差。物資購置人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的流量計(jì)。
4、結(jié)束語
作為儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中應(yīng)該多與工藝設(shè)計(jì)人員商討，互相合作，有時通過改變某個測量點(diǎn)，就會有意想不到的收獲，可能會帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。儀表的選型看似簡單，其實(shí)大有學(xué)問可作。例如污水流量計(jì)，一般選擇口徑與管道一樣的流量計(jì)，但考慮到流量計(jì)的測量范圍比較寬，價(jià)格比較昂貴，就可以選擇口徑較管道小的流量計(jì)，這樣還能增大流速，防止沉淀的產(chǎn)生。但是這樣以來，又會帶來流體的壓力損失和管子縮徑費(fèi)用的增加，那么究竟選擇多大口徑的流量計(jì)*合適呢？這就要求我們設(shè)計(jì)人員在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能對儀表有一個經(jīng)濟(jì)、合理的選型。