污水處理廠流量計(jì)
電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，在電磁流量計(jì)中，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法 拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離。
應(yīng)用行業(yè)：
適用于測(cè)量封閉管道中導(dǎo)電液體和漿液的體積流量，如潔凈水、污水、各種酸堿鹽溶液，泥漿、礦漿、紙漿以及食品方面的液體等，廣泛應(yīng)用于冶金、造紙、水處理、化工、輕工、紡織、電力和采礦等行業(yè)。
結(jié)構(gòu)：
主要由磁路系統(tǒng)、測(cè)量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部分組成。
磁路系統(tǒng)：
其作用是產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)。直流磁路用永磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，受交流磁場(chǎng)的干擾較小，但它易使通過(guò)測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)的電解質(zhì)液體極化，使正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被正離子包圍，即電極的極化現(xiàn)象，并導(dǎo)致兩電極之產(chǎn)蝗內(nèi)阻增大，因而嚴(yán)重影響儀表正常工作。當(dāng)管道直徑較大時(shí)，永磁鐵相應(yīng)也很大，笨重且不經(jīng)濟(jì)，所以一般采用交變磁場(chǎng)，且是50HZ工頻電源激勵(lì)產(chǎn)生的。
測(cè)量導(dǎo)管：
其作用是讓被測(cè)導(dǎo)電性液體通過(guò)。為了使磁力線通過(guò)測(cè)量導(dǎo)管時(shí)磁通量被分流或短路，測(cè)量導(dǎo)管必須采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，可選用不導(dǎo)磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料、鋁等。
電極：其作用是引出和被測(cè)量成正比的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。電極一般用非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，且被要求與襯里齊平，以便流體通過(guò)時(shí)不受阻礙。它的安裝位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆積在其上面而影響測(cè)量精度。
外殼：應(yīng)用鐵磁材料制成，是分配制度勵(lì)磁線圈的外罩，并隔離外磁場(chǎng)的干擾。
襯里：在測(cè)量導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)及法蘭密封面上，有一層完整的電絕緣襯里。它直接接觸被測(cè)液體，其作用是增加測(cè)量導(dǎo)管的耐腐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管管壁短路。襯里材料多為耐腐蝕、耐高溫、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。
轉(zhuǎn)換器：由液體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)十分微弱，受各種干擾因素的影響很大，轉(zhuǎn)換器的作用就是將感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并抑制主要的干擾信號(hào)。其任務(wù)是把電極檢測(cè)到的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)Ex經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)。
主要特點(diǎn)：
· *的抗腐蝕能力，幾乎可測(cè)任何導(dǎo)電液體
· 測(cè)量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響
· 抗干擾力強(qiáng)，幾乎不受外界干擾
· 儀表內(nèi)部無(wú)任何阻流部件，無(wú)壓損，屬于節(jié)能型儀表
· 直管段要求低，可在線標(biāo)定
· 具有自檢和自診斷功能，方便檢修
· 在現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)用戶實(shí)際需要在線修改量程 技術(shù)參數(shù)：
儀表型號(hào) | HLLDG型（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JB/T9248-1999） |
精度等級(jí) | 0.5級(jí) |
介質(zhì)電導(dǎo)率 | ＞5μs/cm |
可測(cè)*低流速 | 0.1米/秒 |
可測(cè)*高流速 | 15米/秒 |
量程比 | 1:20，可按客戶要求訂制 |
顯示器 | 標(biāo)配 |
信號(hào)輸出 | 脈沖/4-20mA（負(fù)載電阻0-750Ω） |
供電電源 | 220VAC,允差15%或+24VDC，紋波≤5% |
通訊接口 | 可選RS485 |
通訊協(xié)議 | MODBUS、HART、Profibus等 |
測(cè)量管體（襯里）材質(zhì) | 氯丁橡膠、聚氨酯、PTFE、PFA、F46等耐腐材料 |
測(cè)量元件（電極）材質(zhì) | 316L不銹鋼、鈦合金、哈氏合金、鉭合金、鉑銥合金、碳化鎢等 |
防爆等級(jí) | Exd[ia]qIICT5 |
防護(hù)等級(jí) | IP65，可選IP68 |
整機(jī)功耗 | ＜15W |
儀表通經(jīng) | DN10-DN2000 |
安裝方式 | 法蘭安裝，可選法蘭夾持、螺紋連接 |
公稱壓力 | 1.6MPa或訂制 |
介質(zhì)溫度 | ＜180℃ |
環(huán)境溫度 | -30℃-60°C |
污水處理廠流量計(jì)應(yīng)用與維修： 污水處理廠的流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)與工藝流程相適應(yīng)，進(jìn)廠管線及各工藝段流量數(shù)據(jù)通過(guò)在線流量計(jì)通訊至分站PLC，再傳輸?shù)娇刂剖遥ㄟ^(guò)對(duì)流量計(jì)的選型及維修的研究，可提高流量計(jì)的運(yùn)行可靠性，從而為污水處理智能化控制提供了有力的保障。
污水處理廠一期工藝為厭氧/好氧/混凝沉淀，處理規(guī)模為30 × 104 m3 /d; 二期采用好氧延時(shí)曝氣工藝，處理規(guī)模為30 × 104 m3 /d; 2004年—2006 年通過(guò)對(duì)一、二期工程實(shí)施挖潛改造，污水處理能力達(dá)到70 × 104 m3 /d; 三期工藝采用物化混凝沉淀/水解酸化/延時(shí)曝氣，處理能力為20 ×104 m3 /d，總處理能力為90 × 104 m3 /d。
目前，我國(guó)城市污水處理行業(yè)側(cè)重于工藝的建設(shè)，對(duì)于優(yōu)化運(yùn)營(yíng)尚未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究，污水處理廠的過(guò)程控制和管理沒(méi)有得到足夠的重視，從而造成各處理段工藝參數(shù)不穩(wěn)定、處理過(guò)程中物耗能耗高等問(wèn)題。要使污水處理運(yùn)營(yíng)正常，污水處理的水質(zhì)、水量達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)流量計(jì)量檢測(cè)儀表的配置和管理提出了新的要求，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 污水處理企業(yè)加強(qiáng)對(duì)外結(jié)算和內(nèi)部核算，以及環(huán)保部門(mén)進(jìn)、出水水量的監(jiān)視，需合理配置進(jìn)、出水及過(guò)程流量?jī)x表; 污水處理普遍實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，對(duì)流量檢測(cè)儀表的性能提出了更高的要求; 高穩(wěn)定性和較低的維護(hù)、校準(zhǔn)成本，對(duì)流量計(jì)的使用提出可靠性要求。
1 流量計(jì)的選型
1. 1 流量計(jì)選型原則
對(duì)于一個(gè)特定的使用場(chǎng)合，流量計(jì)的選擇取決于被測(cè)管道工藝特性( 例如流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)安裝條件下的準(zhǔn)確度、安裝條件的局限或被測(cè)介質(zhì)的特殊性等) ，因此對(duì)流量計(jì)的選擇必須結(jié)合工藝要求與使用條件作出判斷。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行選型:
① 確定被測(cè)流體的類型。包括被測(cè)流體是液體還是氣體; 被測(cè)流體是否有腐蝕性，是否有導(dǎo)電性。
② 確定流量計(jì)工作條件和管道內(nèi)壓力的界限值。
③ 確定流量計(jì)的安裝條件。包括管道的內(nèi)徑尺寸，安裝流量計(jì)的上、下游直管段長(zhǎng)度，是否有擾流件，是否能滿足流量計(jì)的基本安裝條件; 管道內(nèi)被測(cè)流體是否能達(dá)到滿管要求等。
④ 確定性能和測(cè)量能力方面總的要求。包括準(zhǔn)確度要求，以及在多大的流量測(cè)量范圍內(nèi)保證上述精度; 對(duì)用于結(jié)算的流量計(jì)，其精度要求高于國(guó)標(biāo); 確定流量計(jì)使用模擬量或總線的通訊方式。
1. 2 流量計(jì)的選型配置
污水處理廠根據(jù)工藝要求，配合自控系統(tǒng)，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)廠、出廠管線及各工藝段配置與工藝流程相適應(yīng)的流量監(jiān)測(cè)儀表，各流量計(jì)瞬時(shí)和累計(jì)信號(hào)通過(guò)4 ～ 20 mA 電流信號(hào)或者profibus-PA 現(xiàn)場(chǎng)總線送至各控制分站PLC，再傳送到控制室。
根據(jù)流量計(jì)選型原則，同時(shí)比較電磁流量計(jì)和時(shí)差式超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)，全廠共配置HLLDG電磁流量計(jì)140 余臺(tái)，主要分布在進(jìn)、出廠管線及加藥管道上。由于管道內(nèi)有一定的靜壓且流量較大，排除了明渠流量計(jì)的選用，且其流量不僅對(duì)工藝十分重要，還作為結(jié)算的依據(jù)，因此在選型上首先要考慮精度和穩(wěn)定性，電磁流量計(jì)為非常好的選擇，并且應(yīng)使用精度高的電磁流量計(jì)，同時(shí)因工業(yè)廢水具有一定的腐蝕性，故選擇耐腐蝕的電極和襯里，并應(yīng)根據(jù)電磁流量計(jì)安裝所需直管段要求( 流量計(jì)前為5DN，后為3DN) ，選擇適合的安裝位置。
在生產(chǎn)運(yùn)行中，檢測(cè)各工藝段處理的污水流量及污泥的流量，對(duì)工藝運(yùn)行都具有重要意義。在選擇各工藝段使用的流量計(jì)時(shí)，由于其基本用于內(nèi)部生產(chǎn)工藝的控制和選擇，精度要求略低于進(jìn)廠管線流量的精度要求，且應(yīng)便于維修車間的安裝、檢修和保養(yǎng)，故采用超聲波時(shí)差式流量計(jì)，共計(jì)250 余臺(tái)。
2 運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題及處理方法
流量計(jì)運(yùn)行中引起故障的原因可分為兩大類，地衣類為儀表本身故障，即傳感器或變送器損壞引起的故障; **類為外界原因引起的故障，如安裝不妥、流態(tài)變化、沉積和結(jié)垢等。常見(jiàn)故障表現(xiàn)為以下幾方面: 無(wú)流量信號(hào)輸出; 輸出晃動(dòng); 流量測(cè)量值與實(shí)際值不符等。在維修過(guò)程中，一般采用以下方法來(lái)排除: 采用萬(wàn)用表檢查，測(cè)量電極對(duì)稱性，電極對(duì)地的絕緣電阻，激磁線圈對(duì)地的絕緣電阻等; 替代法檢查，利用相同型號(hào)流量計(jì)的傳感器、變送器以及變送器內(nèi)各線路板器件間的互換性，以替代法判別故障所在位置; 信號(hào)蹤跡法檢查，用模擬信號(hào)器替代傳感器，在液體未流動(dòng)條件下提供流量信號(hào)，以測(cè)試變送器。
2. 1 無(wú)流量信號(hào)輸出的故障原因和采取措施
在使用過(guò)程中，流量計(jì)出現(xiàn)無(wú)流量信號(hào)輸出現(xiàn)象，大體上可歸納為4 個(gè)方面故障，分別為:
① 電源未通等電源方面故障。出現(xiàn)此類故障時(shí)，首先確認(rèn)己接入電源，再檢查電源各部分，查電源線路板輸出各路電壓是否正常，或嘗試置換整個(gè)電源線路板。
② 連接電纜( 激磁回路，信號(hào)回路) 系統(tǒng)方面故障。應(yīng)分別檢查連接激磁系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的電纜是否通暢，連接是否正確。
③ 液體流動(dòng)狀況。檢查管道內(nèi)是否充滿測(cè)量液體( 主要針對(duì)超聲波流量計(jì)) ，檢查傳感器安裝位置是否符合要求。
④ 傳感器零部件損壞或測(cè)量?jī)?nèi)壁附著層引起等方面的故障。出現(xiàn)此類故障時(shí)，可用萬(wàn)用表測(cè)量電極對(duì)稱性、電極對(duì)地的絕緣電阻、激磁線圈對(duì)地的絕緣電阻等，并清洗電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)壁或超聲波流量計(jì)探頭。
2. 2 輸出晃動(dòng)的故障原因和采取措施
流量計(jì)輸出流量信號(hào)出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象，可歸結(jié)為以下幾個(gè)故障:
① 流動(dòng)本身是波動(dòng)或脈動(dòng)的，實(shí)質(zhì)上不是流量計(jì)的故障，僅如實(shí)反映流動(dòng)狀況。
② 管道未充滿液體或液體中含有氣泡。為避免此類現(xiàn)象發(fā)生，在設(shè)計(jì)安裝中應(yīng)盡量選擇直管上升管道安裝流量計(jì)，若現(xiàn)場(chǎng)條件不允許，可在橫管段采用下沉“U”管道設(shè)計(jì)，并符合安裝直管段要求。
③ 外界電、磁干擾。此類故障主要出現(xiàn)在電磁流量計(jì)上，需檢查其接地保護(hù)，通常接地電阻要小于10 Ω，不與其他電機(jī)設(shè)備共用接地。同時(shí)將電磁流量計(jì)傳感器遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)源，避免磁場(chǎng)干擾。
④ 電磁流量計(jì)電極材料與液體匹配不妥。一般情況下，電極材料的選擇應(yīng)考慮被測(cè)液體的腐蝕性，若選配不妥產(chǎn)生電極表面效應(yīng)會(huì)形成輸出晃動(dòng)等故障。
2. 3 測(cè)量值與實(shí)際值不符的原因和采取措施
污水廠廠區(qū)內(nèi)流量計(jì)分布較多，常出現(xiàn)流量計(jì)測(cè)量值與實(shí)際值不符的現(xiàn)象，這會(huì)造成運(yùn)行生產(chǎn)上的不便。在檢查此類故障現(xiàn)象之前，首先要評(píng)估流量計(jì)輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性和正確性，可以將系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的進(jìn)、出流量作比較，同時(shí)采取外夾裝式超聲流量計(jì)檢測(cè)流量作參考進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及比對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，判斷流量計(jì)測(cè)量值是否與實(shí)際值不符，確認(rèn)其故障后再作下一步檢查。根據(jù)實(shí)踐維修經(jīng)驗(yàn)的積累，導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量值與實(shí)際值不符的故障，大體上可歸納成以下幾個(gè)方面:
① 變送器設(shè)定值不正確。此類故障需復(fù)核流量計(jì)傳感器型號(hào)、口徑、量程和計(jì)量單位等設(shè)定值，并用模擬信號(hào)器檢查轉(zhuǎn)換器零點(diǎn)和量程。
② 傳感器安裝位置不妥。未滿管或液體中含有氣泡，此類故障主要是設(shè)計(jì)安裝不當(dāng)所致。
③ 使用過(guò)程中電纜絕緣下降。這種情況下，一般檢查電纜線的絕緣，同時(shí)核查電纜線的長(zhǎng)度是否超出了電纜好長(zhǎng)長(zhǎng)度要求，導(dǎo)致信號(hào)衰減。
④ 傳感器極間電阻變化或電極絕緣下降，導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量值與實(shí)際值不符?？捎萌f(wàn)用表在充滿液體時(shí)測(cè)量電極接觸電阻，雖然只是確定大體的值，卻是判斷管壁狀況較方便的方法。
⑤ 核查所測(cè)量管系是否存在未納入考核的流入/流出管道，同時(shí)確定流量計(jì)間閥門(mén)是否緊閉。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)流量計(jì)檢測(cè)工藝管道流量數(shù)據(jù)，已成為污水處理廠進(jìn)行水量控制的主要手段，在十多年的運(yùn)行過(guò)程中，不斷總結(jié)流量計(jì)的使用經(jīng)驗(yàn)，提高維修技能水平，建立健全運(yùn)行維護(hù)管理制度，流量計(jì)的設(shè)備完好率得到了顯著的提高，并有效地降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，為污水處理智能化控制運(yùn)行提供了有力的保障。
