摘要：在污水處理中，如何正確、合理、經(jīng)濟(jì)地選擇流量?jī)x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(cè)點(diǎn)不同，被測(cè)介質(zhì)的成分不同，所用流量計(jì)的類(lèi)型也會(huì)不同。本文從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面，對(duì)幾種流量計(jì)的性能、價(jià)格等進(jìn)行探討，以求為物資購(gòu)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(huì)大量增加。如果這些廢水未經(jīng)處理進(jìn)行排放，將會(huì)對(duì)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(dòng)化的污水處理廠。這就要求有不同介質(zhì)的流量被測(cè)量，同時(shí)，市場(chǎng)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(jiàn)下圖

從上圖中可以看出，各流量檢測(cè)點(diǎn)所選擇的流量計(jì)類(lèi)型是不相同的。主要原因是被測(cè)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(cè)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(cè)介質(zhì)的表面浮有大量泡沫，則來(lái)自超聲波傳感器的超聲脈沖可能被吸收，使測(cè)量受到干擾，嚴(yán)重影響測(cè)量精度。此時(shí)可采用靜壓式的傳感器來(lái)代替。

2、工作原理

不同類(lèi)型的流量計(jì)使用于不同的場(chǎng)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(shuō)明。

2.1 超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)的換能器成對(duì)地安裝在管道的兩側(cè)，兩個(gè)換能器交替地被作為超聲波信號(hào)的發(fā)生器或接收使用。聲波會(huì)被流動(dòng)的液體攜帶著流動(dòng)，聲波會(huì)受到液體流速的影響，假設(shè)超聲波信號(hào)從換能器A順流傳播到換能器B(稱(chēng)順向)所需的時(shí)間為T(mén)1，從換能器B逆流傳播到換能器A(稱(chēng)逆向)所需的時(shí)間為T(mén)2，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(zhǎng)度；
Cp—聲波在靜止液體中的傳播速度；
ΔT—時(shí)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(guò)測(cè)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(zhuān)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(cè)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(cè)量精度的因素很多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(duì)被測(cè)液體的工作條件較為苛刻，對(duì)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(cè)一般導(dǎo)聲流體，也可測(cè)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(dòng)；
③換能器安裝在管道外壁、管壁和管道內(nèi)表面上，基本對(duì)流場(chǎng)不造成干擾，沒(méi)有壓力損失；
④特別適合大口徑流量的測(cè)量，其造價(jià)基本與口徑大小無(wú)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(jí)，四聲道可達(dá)0.5級(jí)，完全滿(mǎn)足一般測(cè)量要求。
2.2 污水流量計(jì)
污水流量計(jì)測(cè)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(chē)組成，當(dāng)通電后產(chǎn)生一個(gè)工作磁場(chǎng)，測(cè)量導(dǎo)管置于磁場(chǎng)中，在導(dǎo)管內(nèi)壁上裝有一對(duì)電*。當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)流經(jīng)導(dǎo)管時(shí)，相當(dāng)于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由電*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(shì)；
D—管道直徑，即垂直切割磁力線的導(dǎo)體長(zhǎng)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(cè)量精度可達(dá)0.5級(jí)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(guò)程中表現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：①測(cè)量截面沒(méi)有收縮，因此無(wú)壓力損失；②測(cè)量不受被測(cè)介質(zhì)粘度的影響；③與流速分布無(wú)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(cè)液體的*小電導(dǎo)率>1μs/cm；②大口徑安裝困難；③如果在測(cè)量管內(nèi)的電*上有沉積物會(huì)影響測(cè)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(mǎn)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(cè)量電*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(cè)量誤差。
3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
在儀表選型時(shí)，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)是需要同時(shí)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(wàn)元人民幣以?xún)?nèi)。
3.2 污水流量計(jì)
口徑100～1600mm，橡膠襯里，配對(duì)法蘭，電*材料鈦，接地環(huán)約2～13萬(wàn)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(shí)，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(wú)關(guān)。設(shè)計(jì)人員在選擇明渠流量計(jì)時(shí)，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(huì)引起很大的測(cè)量誤差。物資購(gòu)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(yǔ)
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(shí)通過(guò)改變某個(gè)測(cè)量點(diǎn)，就會(huì)有意想不到的收獲，可能會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。儀表的選型看似簡(jiǎn)單，其實(shí)大有學(xué)問(wèn)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(cè)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(lái)，又會(huì)帶來(lái)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?cè)O(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(duì)儀表有一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理的選型。