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電磁流量計在污水處理廠的應(yīng)用

時間：2020-07-23 11:31:42 來源：本站點擊：793次

0 引言

隨著全球人口急劇增長

，工業(yè)發(fā)展迅速，全球水資源狀況迅速惡化

，“水危機”日趨嚴(yán)重

。應(yīng)對這種情況，我國政府將在“十一五”期間投資3000億元新建

、改建數(shù)千座污水處理廠

，以推進(jìn)城市污水處理和利用，污染減排

。在這樣的大背景下

，安徽省黃山市正投資興建某污水處理廠，目前已建成日處理水15000m3污水一期工程

，擔(dān)負(fù)著生活

、工業(yè)污水凈化的重要任務(wù)，改善水體環(huán)境質(zhì)量

，使黃山市成為一座山清水秀的城市

。

2004年前，黃山市基本上沒有大型污水集中處理廠等設(shè)施

，更別提用于污水流量檢測的流量計了

。在污水處理過程中，原污水的流量是一個需要檢測的關(guān)鍵參數(shù)

。因原污水是含有顆粒

、懸浮物、固液混合

、具有腐蝕性的介質(zhì)

，而電磁流量計最大特點是能夠測量酸、堿

、鹽溶液以及含有固體顆粒（如泥漿）或纖維液體的流量

，因此，該污水處理廠采用了2臺電磁流量計

，用于原污水的流量計量

。

1 電磁流量計的工作原理

電磁流量計的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律

，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力運動時，其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E為：

式中

，K為儀表常數(shù)

；B為磁感應(yīng)強度（T）；v為導(dǎo)體運動平均速度m/s

；D為管道內(nèi)徑（m）

。

電磁流量計工作原理和結(jié)構(gòu)如圖1所示，由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成

。

測量流量時

，導(dǎo)電性液體相當(dāng)于法拉第試驗中的導(dǎo)電金屬棒，以平均速度v流過垂直于流動方向的磁場

。導(dǎo)電性液體的流動

，在測量電極上感應(yīng)出與平均流速成正比的電壓。其感應(yīng)電壓信號E通過一對或一對以上的與液體直接接觸的電極檢測出來

。

根據(jù)流體的體積流量公式為

由公式（2）可知

，Q與v是成正比的一一對應(yīng)函數(shù)，那么E與Q也是成正比的一一對應(yīng)函數(shù)

，測出了感應(yīng)電壓E也即測出了介質(zhì)的體積流量Q

。

測出的感應(yīng)電壓E由電纜送至轉(zhuǎn)換器，通過智能化處理

，然后LCD顯示

，或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號4～20mA輸出。

2 電磁流量計特點

（1）測量管道內(nèi)無阻力元件

，沒有附加的壓力損失

，不易發(fā)生堵塞，具有顯著的節(jié)能意義

；

（2）測量管道內(nèi)無可動部件

，不易磨損，因此傳感器壽命長

；

（3）傳感器所需的直管段較短

，方便安裝；

（4）合理選擇電極和內(nèi)襯材料

，可耐腐蝕和耐磨損

；

（5）雙向測量系統(tǒng)，可測正反向流量

；

（6）流量的測量為體積流量

，不受流量的密度、粘度

、溫度

、壓力

、和電導(dǎo)率變化的影響；

（7）傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系

，測量精度高（±0.3～-0.5％）

，量程比寬（1：150）。

3 電磁流量計選型

儀表的選型很重要

，有關(guān)資料表明

，儀表在實際應(yīng)用中有2/3的故障是儀表選型錯誤或使用不當(dāng)造成的，因此

，在確定選用電磁流量計之后，還應(yīng)根據(jù)不同的工藝

、環(huán)境

、測量、介質(zhì)等綜合考慮

。

3.1 口徑選擇

根據(jù)該污水處理廠提供的工藝管道直徑

、管道壓力及污水流速，選擇口徑D=600mm的電磁流量計

，現(xiàn)場不需要縮管和擴管

。

3.2 內(nèi)襯、電極材料選擇

電磁流量計主要用于測電導(dǎo)率≥5μS/cm的流體流量

，應(yīng)根據(jù)被測物質(zhì)的腐蝕性

、磨損性、溫度及凝結(jié)性等特點和價格承受能力

，應(yīng)選擇不同內(nèi)襯

、電極材料。

電磁流量計的內(nèi)襯材料有：耐腐蝕性中等

、耐一般低濃度的酸

、堿、鹽的氯丁橡膠材料

，耐磨損性強而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠

，耐腐蝕性能強和適于溫度高的聚四氟乙烯，化學(xué)性質(zhì)等同于聚四氟乙烯的抗拉

、抗壓聚全氟乙丙烯

，耐稀酸、堿

、鹽的溫度＜60℃的聚乙烯和溫度＜100℃的聚苯硫醚等

。

電極材料裝于其管道內(nèi)壁，與被測物質(zhì)直接接觸

，故應(yīng)根據(jù)被測物質(zhì)的腐蝕性選定

。電磁流量計電極的材料有：耐鹽和小于50%濃度堿溶液的鈦（Ti）電極

，耐酸和鹽的鉭（Ta）電極，耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電極

，不適于鹽酸的哈氏合金C電極和不適于硝酸的哈氏合金B(yǎng)電極

，耐腐蝕能力一般、但價格低廉的不銹鋼316L等

。

根據(jù)該污水處理廠主要處理生活廢水及工業(yè)廢水

，再考慮用戶能接受的價格，選用氯丁橡膠材料內(nèi)襯和不銹鋼316L材料電極

。

3.3 防護(hù)等級的選定

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)

，傳感器有IP65噴水型和IP68潛水型兩種防護(hù)等級，根據(jù)用戶實際安裝地點在低矮的井道中

，所以傳感器選IP68防塵潛水型

。

3.4 附加功能的選擇

（1）對于選定的基本型，電磁流量計已帶LCD顯示

、4～20mA電流輸出和0～1KHz頻率輸出

，根據(jù)流量計和計算機通訊的要求，需增加RS-485通訊口功能

，

（2）對于傳感器安裝在地面以下

，應(yīng)選擇分體型。

4 電磁流量計的安裝和調(diào)試

4.1 安裝要領(lǐng)

（1）安裝點選擇在管道最低處在確認(rèn)被測物質(zhì)流向之后

，安裝點要選擇在任何時候測量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體

，以防止由于測量導(dǎo)管內(nèi)無液而指示不在零位所引起的誤差如圖2所示。

（2）直管段保證在前5D后3D

為獲得儀表測量精確度

，在傳感器上游側(cè)的直管段長度不小于5D

，下游側(cè)不小于3D（D為傳感器的名義直徑）。若在傳感器上游側(cè)有兩個以上的彎頭或其它阻流件

，則前置直管段應(yīng)大于10D

。

（3）信號電極在水平方向

水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，因為處于底部的電極易被沉淀物覆蓋

，被測介質(zhì)中偶存氣泡擦過遮住電極表面

，使輸出信號波動。

（4）盡量避開振動源

、磁源（大功率電機

、變壓器）

由于電磁流量計的測量感應(yīng)電壓很小，電壓較低

，易受外界電磁噪聲的影響

，故在安裝時應(yīng)進(jìn)行可靠的接地連（跨）接。金屬管道電磁流量計接地連（跨）接方法如圖3所示

。

4.2 轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)試

一體化電磁流量計無單獨安裝轉(zhuǎn)換器

，分體式轉(zhuǎn)換器安裝在傳感器附近或儀表室

，場所選擇余地較大，環(huán)境條件好些

。轉(zhuǎn)換器和傳感器間距離受制于被測介質(zhì)電導(dǎo)率和信號電纜型號

，即電纜的分布電容、導(dǎo)線截面和屏蔽層數(shù)

、用制造廠儀表所附（或規(guī)定型號）的信號電纜

。電導(dǎo)率較低傳輸距離較長時，應(yīng)用二層屏蔽電纜

。

為了避免干擾信號

，信號電纜必須單獨穿過接地保護(hù)鋼管內(nèi)，不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)

。

功能性調(diào)試時

，由智能轉(zhuǎn)換器對儀表分別進(jìn)行參數(shù)的讀取，臨界值報警試驗等

，然后進(jìn)行流量系數(shù)值的寫入。

5 儀表投運及故障處理

電磁流量計在投運前

，應(yīng)對管道及流量計進(jìn)行徹底檢查

，包括管道雜物等清理，電極處干燥處理

。還包括電氣線路的檢查

，首先應(yīng)對線路的接地進(jìn)行檢測，確保接地可靠后

，還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試

。

該電磁流量計正常投運一年多來，基本上未出現(xiàn)故障

，但是一年后

，出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測量值變大或變小

，或者是不停地波動

，且經(jīng)現(xiàn)場檢查，已排除管道不滿管

、介質(zhì)含氣等現(xiàn)象的可能性

，發(fā)現(xiàn)這類問題的出現(xiàn)可能是與電纜線故障有關(guān)。因為流量計隨管道埋敷在地下

，傳感器具有IP68防護(hù)結(jié)構(gòu)

，轉(zhuǎn)換器安裝在儀表箱或室內(nèi)，兩者通過電纜連接

，由于地面沉陷

，山區(qū)環(huán)境潮濕等現(xiàn)場情況的變化

，傳感器和轉(zhuǎn)換器未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，恰逢該接頭處于一個潮濕的環(huán)境

，如儀表井

、電纜溝等，潮氣侵入電纜接頭

，都有造成如下的可能：

（1）信號線對地絕緣下降

，引起信號衰減，最終是測量結(jié)果偏?div id="4qifd00" class="flower right">

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；

（2）信號電纜連接處接觸電阻變大，使測量值變小

，若該接觸電阻不穩(wěn)定

，則測量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾

；

（3）勵磁線圈對地絕緣下降

，造成測量結(jié)果偏小

；

（4）信號線勵磁線對地絕緣性能下降

，使得測量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)，如這種干擾不穩(wěn)定

，對儀表的影響也變化不定

，繼而出現(xiàn)波動；

（5）勵磁回路電纜連接處接觸電阻變大

，使轉(zhuǎn)換器的勵磁回路處于非恒流工作區(qū)域

，勵磁電流下降，同樣造成測量結(jié)果偏小

，若該接觸電阻不穩(wěn)定

，則測量值出現(xiàn)波動。

判別這類異常情況

，因發(fā)生在信號回路

，判斷有一定難度，只有深入現(xiàn)場

，在排除流量計其它可能性故障后

，就應(yīng)檢查電纜是否有問題，現(xiàn)場儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場的勵磁回路電阻測量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較

，測試接地電阻

，逐步判定問題所在，繼而采取措施，或更換整根電纜

，或保持電纜接頭處干燥等

。

6 結(jié)束語

由于電磁流量計運行環(huán)境較為復(fù)雜，影響其正常工作的因素眾多

，調(diào)試技術(shù)需要不斷總結(jié)和更新

。總之

，只要我們合理選用

、正確安裝電磁流量計，并采取有效的措施加以維護(hù)

，就能避免或減少故障的發(fā)生

，延長儀表的使用壽命，為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據(jù)

。

在現(xiàn)代化的污水處理工藝中

，配備流量檢測儀表，構(gòu)成可靠的自動控制系統(tǒng)

，使污水水質(zhì)達(dá)到常規(guī)的排放標(biāo)準(zhǔn)

，造福人類。

參考文獻(xiàn)

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