環(huán)保產(chǎn)業(yè)對污水流量的測量和控制的精確度、可靠性要求已越來越高,文章介紹了電磁式渦街式、節(jié)流式等幾種流量計的選型設(shè)計,結(jié)合水處理工藝,從理論和實踐兩方面闡述各自的特點。
1、電磁流量計選型設(shè)計
電磁流量計自20世紀(jì)50年代末國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用以來,七八十年代在流量測量中運用和發(fā)展很快。電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律,即被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動,因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢EX感應(yīng)電動勢EX與被測介質(zhì)流量(流速)成正比,電磁流量計不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響,測量管內(nèi)部無收縮或凸出部分的壓力損失,另外,流量元件檢測出的ZUI初信號,是一個與流體平均流速成精確線性變化的電壓,它與流體的其他性質(zhì)無關(guān),具有很大的優(yōu)越性。根據(jù)污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導(dǎo)電能力等特性,測量污水的流量,電磁流量計是一個很好的選擇。它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小,安裝、操作、維護(hù)方便,如測量系統(tǒng)采用智能化設(shè)計,整體密封加強(qiáng),能在較悉劣的環(huán)境下正常工作。可選用氯丁橡膠襯里,含鉬不銹鋼電極的電磁流量計,即可滿足污水流量測量的要求。
某治煉廠在生產(chǎn)中,由于生產(chǎn)工藝的需要,會產(chǎn)生大量的工業(yè)污水,污水處理分廠必須對污水的流量進(jìn)行監(jiān)控。在以往的設(shè)計中,流量儀表不少都選用旋渦流量計和孔板流量計而實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)測量的流量顯示值與實際流量偏差較大,而改用電磁流量計偏差大大減小。
渦街流量計作為一種新型流量計,80年代中期以來發(fā)展較快,它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點和長處,在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越**。在國內(nèi)使用渦街流量計進(jìn)行流量測量也愈來愈得到重視,目前我國己有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的,根據(jù)旋渦的不同,檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式、磁敏式及差動開關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合,不僅可用于封閉的管道,還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計相比,渦街流量計沒有可動的機(jī)械部件,維護(hù)工作量小,儀表常數(shù)穩(wěn)定;與孔板式流量計相比,渦街流量計測量范圍大壓力損失小,準(zhǔn)確度高,安裝與維護(hù)簡單。但渦街流量計的環(huán)境相關(guān)參數(shù)較多,容易在使用現(xiàn)場被忽略而影響流暈計性能的正確發(fā)揮。
渦街流量計的原理是在流量計管道中,設(shè)置一滯流件,當(dāng)流體流經(jīng)滯流件時,由于滯流件表面的滯流作用等原因,在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦,這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開,形成所謂的卡門( Karman)旋渦列,兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的,卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281(h為兩旋渦列之間的寬度,L為兩個相鄰旋渦間的距離)時,旋渦列是穩(wěn)定的雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù),其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。因此,流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。
經(jīng)過實踐,如下幾個方面對渦街流量計的使用都有影響,應(yīng)對這些問題進(jìn)行分析。
(1)渦街流量計的測量范圍較大,一般10:1,但測量下限受許多因素限制:Re>10000是渦街流量計工作的ZUI基本條件,除此以外,它還受旋渦能量的限制,介質(zhì)流速較低,則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低,難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號,旋渦頻率f也小,還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)(如磁敏式一般不超過400Hz)和電路的頻率限制,因此設(shè)計時一定要對流速范圍進(jìn)行計算、核算,根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜,選型時除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外,還要考慮電磁干擾。在強(qiáng)干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合,磁敏式、壓電應(yīng)力等儀表不能正常工作或不能準(zhǔn)確測量。
(2)振動也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時注意避免機(jī)械振動,尤其是管道的橫向振動(垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動),這種影響在流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感,故直管段長度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動條件時,是不宜選用的。即使是抗振性較強(qiáng)的電容式、超聲波式,保證流體為充分發(fā)展的單向流,也是不可忽略的。
(3)介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應(yīng)力式渦街流量計不能長期使用在300℃狀態(tài)下,因其絕緣阻抗會由常溫下的10MΩ
~100MΩ急降至1MΩ~10KΩ,輸出信號也變小,導(dǎo)致測量特性惡化,對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中,傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式,以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。渦街流量計是一種比較新型的流量計,處于發(fā)展階段,還不很成熟,如果選擇不當(dāng),性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過合理選型、正確安裝后,還需要在使用過程中認(rèn)真定期維護(hù),不斷積累經(jīng)驗,提高對系統(tǒng)故障的預(yù)見性以及判斷、處理問題的能力,從而達(dá)到令人滿意的效果。
節(jié)流式流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置,其歷史ZUI長,用量ZUI多。現(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型,其工作原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件,通過導(dǎo)壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差,根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計算即得出流量的瞬時值。由于導(dǎo)壓管內(nèi)水的不流動性,在較寒冷地區(qū),冬天室外安裝的孔板取壓管容易凍裂(凍住),使差壓儀器無法正常工作。測量較臟的污水時,孔板需經(jīng)常清洗。如清洗不及時,測量精度降低,取壓管經(jīng)常被污物堵死,儀表無法使用。用孔板的方式測流量時還有壓力損失大、維護(hù)量大等缺點。因此改變?nèi)悍绞?例如用徑距取壓法,就可以減少孔板污物的影響。
以上幾種污水流量測量流量計中,電磁流量計性能較好,節(jié)流流量計應(yīng)用范圍廣,而渦街流量計比較新型,并正在不斷發(fā)展。只有了解這幾種流量計各自的性能,才能對流量計選型設(shè)計好,使污水流量的測量和控制達(dá)到精確度和可靠性要求。
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用二次儀表提高渦街流量計在過熱蒸汽計量中的
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工業(yè)控制中電磁流量計的選型及應(yīng)用
