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，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場，當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時(shí)，則會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，管道內(nèi)部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。
應(yīng)用行業(yè)：
適用于測量封閉管道中導(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。直流磁路用永磁鐵來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，受交流磁場的干擾較小，但它易使通過測量導(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，且是50HZ工頻電源激勵產(chǎn)生的。
測量導(dǎo)管：
其作用是讓被測導(dǎo)電性液體通過。為了使磁力線通過測量導(dǎo)管時(shí)磁通量被分流或短路，測量導(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量成正比的感應(yīng)電勢信號。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量精度。
外殼：應(yīng)用鐵磁材料制成，是分配制度勵磁線圈的外罩，并隔離外磁場的干擾。
襯里：在測量導(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。它直接接觸被測液體，其作用是增加測量導(dǎo)管的耐腐蝕性，防止感應(yīng)電勢被金屬測量導(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：由液體流動產(chǎn)生的感應(yīng)電勢信號十分微弱，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)電勢信號放大并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號并抑制主要的干擾信號。其任務(wù)是把電極檢測到的感應(yīng)電勢信號Ex經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號。
主要特點(diǎn)：
· *的抗腐蝕能力，幾乎可測任何導(dǎo)電液體
· 測量不受流體密度、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)部無任何阻流部件，無壓損，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 | HLLDG型（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JB/T9248-1999） |
精度等級 | 0.5級 |
介質(zhì)電導(dǎo)率 | ＞5μs/cm |
可測*低流速 | 0.1米/秒 |
可測*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 |
測量管體（襯里）材質(zhì) | 氯丁橡膠、聚氨酯、PTFE、PFA、F46等耐腐材料 |
測量元件（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 | Exd[ia]qIICT5 |
防護(hù)等級 | 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)通過在線流量計(jì)通訊至分站PLC，再傳輸?shù)娇刂剖遥ㄟ^對流量計(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 年通過對一、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，我國城市污水處理行業(yè)側(cè)重于工藝的建設(shè)，對于優(yōu)化運(yùn)營尚未進(jìn)行過系統(tǒng)研究，污水處理廠的過程控制和管理沒有得到足夠的重視，從而造成各處理段工藝參數(shù)不穩(wěn)定、處理過程中物耗能耗高等問題。要使污水處理運(yùn)營正常，污水處理的水質(zhì)、水量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，對流量計(jì)量檢測儀表的配置和管理提出了新的要求，這主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 污水處理企業(yè)加強(qiáng)對外結(jié)算和內(nèi)部核算，以及環(huán)保部門進(jìn)、出水水量的監(jiān)視，需合理配置進(jìn)、出水及過程流量儀表; 污水處理普遍實(shí)現(xiàn)了自動化，對流量檢測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
對于一個特定的使用場合，流量計(jì)的選擇取決于被測管道工藝特性( 例如流量計(jì)在現(xiàn)場安裝條件下的準(zhǔn)確度、安裝條件的局限或被測介質(zhì)的特殊性等) ，因此對流量計(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)，主要從以下四個方面進(jìn)行選型:
① 確定被測流體的類型。包括被測流體是液體還是氣體; 被測流體是否有腐蝕性，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)被測流體是否能達(dá)到滿管要求等。
④ 確定性能和測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量范圍內(nèi)保證上述精度; 對用于結(jié)算的流量計(jì)，其精度要求高于國標(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)測儀表，各流量計(jì)瞬時(shí)和累計(jì)信號通過4 ～ 20 mA 電流信號或者profibus-PA 現(xiàn)場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，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，檢測各工藝段處理的污水流量及污泥的流量，對工藝運(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。
2 運(yùn)行中存在的主要問題及處理方法
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。常見故障表現(xiàn)為以下幾方面: 無流量信號輸出; 輸出晃動; 流量測量值與實(shí)際值不符等。在維修過程中，一般采用以下方法來排除: 采用萬用表檢查，測量電極對稱性，電極對地的絕緣電阻，激磁線圈對地的絕緣電阻等; 替代法檢查，利用相同型號流量計(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; 信號蹤跡法檢查，用模擬信號器替代傳感器，在液體未流動條件下提供流量信號，以測試變送器。
2. 1 無流量信號輸出的故障原因和采取措施
在使用過程中，流量計(jì)出現(xiàn)無流量信號輸出現(xiàn)象，大體上可歸納為4 個方面故障，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，或嘗試置換整個電源線路板。
② 連接電纜( 激磁回路，信號回路) 系統(tǒng)方面故障。應(yīng)分別檢查連接激磁系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的電纜是否通暢，連接是否正確。
③ 液體流動狀況。檢查管道內(nèi)是否充滿測量液體( 主要針對超聲波流量計(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量內(nèi)壁附著層引起等方面的故障。出現(xiàn)此類故障時(shí)，可用萬用表測量電極對稱性、電極對地的絕緣電阻、激磁線圈對地的絕緣電阻等，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 輸出晃動的故障原因和采取措施
流量計(jì)輸出流量信號出現(xiàn)晃動現(xiàn)象，可歸結(jié)為以下幾個故障:
① 流動本身是波動或脈動的，實(shí)質(zhì)上不是流量計(jì)的故障，僅如實(shí)反映流動狀況。
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)磁場源，避免磁場干擾。
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)考慮被測液體的腐蝕性，若選配不妥產(chǎn)生電極表面效應(yīng)會形成輸出晃動等故障。
2. 3 測量值與實(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)測量值與實(shí)際值不符的現(xiàn)象，這會造成運(yùn)行生產(chǎn)上的不便。在檢查此類故障現(xiàn)象之前，首先要評估流量計(jì)輸出信號的準(zhǔn)確性和正確性，可以將系統(tǒng)運(yùn)行過程中的進(jìn)、出流量作比較，同時(shí)采取外夾裝式超聲流量計(jì)檢測流量作參考進(jìn)行比對，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及比對檢測數(shù)據(jù)，判斷流量計(jì)測量值是否與實(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)測量值與實(shí)際值不符的故障，大體上可歸納成以下幾個方面:
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、口徑、量程和計(jì)量單位等設(shè)定值，并用模擬信號器檢查轉(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)核查電纜線的長度是否超出了電纜好長長度要求，導(dǎo)致信號衰減。
④ 傳感器極間電阻變化或電極絕緣下降，導(dǎo)致流量計(jì)測量值與實(shí)際值不符?？捎萌f用表在充滿液體時(shí)測量電極接觸電阻，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)間閥門是否緊閉。
3 結(jié)語
通過流量計(jì)檢測工藝管道流量數(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。
