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不同流量計在汙水流量測量中的性能比較分析

來源:www.acapulcoshops.com作者:發表時間:2019-10-17

摘 要: 由于污水来源不同,所含污染物质也多种多样,总体来说都比较脏、含有大量杂物、甚至还有腐蚀性。一般污水测量中选择明渠堰槽流量计、超声波流量计和電磁流量計的比较普遍。文中将Endress+Hauser 電磁流量計(以下简称 E+H 電磁流量計)与常用的超声波流量计和明渠流量计在污水测量中的性能进行了对比,从分析,结果表明,Endress+Hauser 電磁流量計更适合污水流量的测量,能对污水测流起到实时准确的监控。
0 引言
流量计是污水处理厂中应用**多、**广的测量仪表。流量计的类型多种多样,为了有效控制污水排放,确保监测污水排放的准确性,挑选合适的流量计十分必要。目前测量污水流量常用的流量计有明渠堰槽流量计、 超声波流量计和電磁流量計等。其中 Endress+Hauser (恩德斯豪斯,简称 E+H 公司)公司生产的電磁流量計独有过电压励磁技术,可快速形成磁场,缩短稳定磁场形成时间,延长稳定测量周期,有效过滤杂散信号,提高信号获取强度,测量更稳定,能克服传统明渠流量计、超声波流量计的常见缺点,提高测量污水的准确度和精度。为了对比这几种常见流量计的测流特性,本文从原理、特点、影响测流准确性的因素,污水测流特点等方面对上述几种流量计进行了对比分析,以期选出**适合污水流量监测的流量计,使监测值合理可靠,为实际工作中污水测流仪表的选择提供参考。
1 几种测量方法的原理和特点
1.1.明渠流量計
明渠流量计的原理是在渠道中安置标准量水堰槽( 如巴歇尔量水槽),通过测量被测流体液位高度,再经过测量仪器内部的处理器运算得到流量(根据相应流量公式或经验关系式,将测出的水位值换算成流量值)。据统计,现用大多数的明渠测量方法为巴歇尔槽明渠流量计,因此本文以标准巴歇尔槽明渠流量计为例进行分析。标准巴歇尔槽流量 Q 计算公式如下:
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式中: b 为喉道宽度;H a 为实测液位;n 是指数,不同渠道指数不同。由计算公式可知,流量测量的准确度是由喉道宽度 b 和实测液位 H a 两个因素决定的。实际测量液位时受到的影响因素**多,如测量液位仪器的准确度和被测液面的流动状态等。综合而言有以下几个方面影响测量准确度:
1)測量液位的准確度,主要取決于液位計的測量准確度。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複性主要取決于液面的穩定程度。在實際測量汙水的時候,經常發生水流不穩定的情況,如産生小型漩渦、波浪、泡沫等,液位測量的重複性常常得不到滿足。
3)堰槽的幾何尺寸,取決于測量儀器的准確度(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,明渠流量計在監測汙水流量的准確度,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,一旦安裝成型後出現誤差很難糾正,在實際測量汙水時受到外界環境幹擾因素影響較大(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
超声波流量计是 20 世纪 70 年代开始应用的一种流量仪器,和電磁流量計一樣,因爲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。在汙水測量中應用**廣泛的是多普勒超聲波流量計。
1.2.1 时差法原理
在流体中超声波信号顺流时传播速度快,逆流时信号传播速度慢,通过测量超声波信号在流体中顺流和逆流传播时间差,即时差,间接测出流体流速,再通过流速可以计算出流体流量。时差法适合用于测量纯净流体,有较多气泡或杂质的流体会阻碍超声波正常传播,会影响测量结果不准确。超声接收器接收到超声波传播途中遇到的悬浮物质或微小气泡而被散射的信号。发射信号频率受多普勒效应(利用声波所产生的多普勒频移现象,通过在静止点检测从移动源所发射声波产生的多普勒频移来计算散射体流动速度进行测量)的影响变为不同的信号频率,根据频率之差与流体流速的数量关系,可算出流体流量。多普勒法流量计适用于测量浑浊流体,但只能测量杂质约 50 mg/L 以上的流体。多普勒法测量精度低于时差法。
1.2.3 超声波流量计的组成
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爲插入式、夾裝式和管段式。
1.3.電磁流量計
電磁流量計是自 20 世纪 50 年代末发展起来的新型测量流量仪器。它是根据法拉第电磁感应定律制成的,当导电流体在测量管内的磁场中做切割磁力线运动时(流体流动方向与磁场方向垂直),会产生感应电动势,电动势被位于管径两端的一对电极检测到,传感器将感应电动势作为流量信号,传送到转换器,经信号处理后,用液晶显示仪显示瞬时流量和累积流量。
电动势的大小与流速成正比,其值为:E=B×V×D×K,其中,E 为感应电动势,B 为磁感应强度,V 为导电液体平均流速,D 为电极间距,K 为磁场分布于轴向长度有关的系数。由于磁感应强度 B、电极距离 D 和磁场分布于轴向长度有关系数 K 是常量,所以 E 与 V成正比,而流量体积又与流速 V 成正比,所以流量体积与感应电动势成正比。
1.3.1 E+H 電磁流量計
Endress+Hauser (恩德斯豪斯,简称 E+H 公司)创建于 1953 年,是全世界著名的国际性集团公司,该公司生产的電磁流量計相比同类電磁流量計有高频励磁技术、四电极技术,空管检测(EPD),电子清洗(ECC)等先进功能。
1.3.2 E+H 電磁流量計四电极技术
E+H 電磁流量計四电机结构如图 1 所示,E+H 電磁流量計拥有四电极技术,其中 EPD(Empty PipeDetection)电极为用于检测测量管满管状态,其工作基本原理为 EPD 电极通过电压,和两侧电极形成导20191017110552.jpg通,一旦管內有空氣,隨即報警。
1.3.3 E+H 電磁流量計的主要特点
1)根据電磁流量計的原理,测量结果与被测流体的物理性质无关(如流体压力、温度、电导率等),所以工作稳定、测量精确度高,其中 E+H 電磁流量計独有的 EPD 检测保障了仪表的可靠测量;
2)E+H 電磁流量計的测量管内壁光滑,无阻塞,没有压力损失;
3)E+H 電磁流量計测量流量时,和污水接触的部分只有内管道和电极,为了能达到耐腐蚀和耐磨损的要求必须选择合适的电极材料(如不锈钢等);
4)E+H 電磁流量計有使用寿命长,维护成本低的特点(ECC 清洗功能使仪表拥有更长的免维护周期),而且可以测正、反两个流向的流体流量;
5)输出信号多样(脉冲、电流、频率等)。根据上述 E+H 電磁流量計的特点,而污水有流量变化大、所含杂质属性不同、有一定的腐蚀性、有导电能力等特性,所以测量污水的流量,E+H 電磁流量計是一个理想的选择。
2 三种流量计测量污水对比
2.1 明渠与 E+H 電磁流量計
基于明渠和電磁流量計的测量原理不同,两种测量方法无法直接比对,用表格说明。如表 1。
2.2 E+H 超声波流量计与 E+H 電磁流量計
本次测试用的仪器为 E+H 公司的電磁流量計,型号:Promag 50W8H,DN800(管径 800 mm),橡胶内衬(耐磨),精度 0.2%,不锈钢电极。和 E+H 单声道夹装式超声波流量计,型号:91WA1,可测试管径为100~2 000 mm,精度 0.2%。测量结果如表 2 所示。
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量數據偏差越大,具體原因是因爲測量期間超聲波流量計偶而發出現氣液兩相報警,因爲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,導致無法准確測量。
3 结语
选择合适的流量计确保污水流量测量的准确性,就需要了解各种流量计的原理和各自的特点。以上三种污水测量方法中,明渠堰槽流量计在监测污水流量数据的时候,受到的影响因素较多;超声波流量计与電磁流量計都比较适合用于污水测量。但在实际的测量操作中,E+H 超声波流量计相对于 E+H 電磁流量計受到污水介质的影响因素较大,而超声波流量计相对于電磁流量計有便携、安装方便等优势。如果需要长时间精确的检测污水,如污水处理厂,E+H 電磁流量計是理想的选择。