电磁流量计在污水处理中的应用_电磁流量计污水处理应用电磁流量计在污水处理中的应用
摘要: 介绍了电磁流量计在炼油污水处理场设计中的选型过程及实际应用情况、并介绍了安装调试应注意的问题。
关键词: 电磁流量计; 污水处理; 节流装置; 超声波流量计
流量测量技术是发展得比较早、且至今仍在迅速发展的学科, 流量测量在工业、商业、交通等各个部门均有极广泛的应用。在工业生产过程各种参数( 如压力、温度、液位等) 的测量中, 以流量测量复杂, 也是较难准确测量的参数。因而引起众多学者对流量测量进行研究、开发, 研制出数十种原理各异的流量测量仪表, 提供给用户, 满足了大量流量测量任务的需要。
随着工业的飞速发展, 流量测量所面临的任务越来越繁重, 要求也越来越高, 再有, 环境污染日益严重, 为减少污染, 必须对排放的污水、污泥等进行计量和控制。这些排放物多含有颗粒、杂质、油珠, 呈多项混合状态, 且输送管线多为地下, 一般仪表很难完成测量任务, 这就需要寻找更切合实际的方法。在污水流量仪表的正确选型之前, 首先介绍3 种可能选用的流量仪表的特点。
1.. 3 种流量仪表的特点
1.. 1 .. 节流装置
标准节流装置包括标准孔板、标准喷嘴、文丘里喷嘴, 非标准节流装置包括1/ 4 圆喷嘴、双重孔板、圆缺孔板。不同的节流装置有不同的界限雷诺数。由最小流量算出的最小雷诺数必须大于所选的节流装置的界限雷诺数, 这时的流量系数才为常数, 这是基本条件。然后再根据工艺所要求的允许压力损失和节流装置前、后的最小直管段来最后选择何种节流装置。一般情况下, 上游和下游直管段分别为15d 和5d。一般情况下, 推荐下列差压值。低压气体.. .. .. 差压范围在1~ 4 kpa 时, 宜采用1.. 6 kpa; 液体.. .. .. 差压范围在16~ 40 kpa 时, 宜采用25 kpa; 中高压气体及蒸汽.. .. .. 差压范围在40~ 100 kpa, 宜采用60 kpa。节流装置一般安装在水平管道上, 若要安装在垂直管道上, 则气体、饱和水蒸汽、湿气体的流向宜自上而下; 液体的流向必须自下而上。节流装置必须与差压变送器或差压流量变送器配套使用, 其测量管路系统较为复杂, 同时随着节流装置节流孔逐渐磨损, 而改变了原设计计算的流量系数, 以致造成测量误差的增大。流体密度和黏度的改变, 也会造成测量误差的增大。
1.. 2 .. 智能电磁流量计( 管道式)
适用于电导率大于5 ..s/ cm 的导电液体。介质的压力为4 mpa, 介质的温度范围- 60~ 180 .. 。具有测量精度高、量程比大( 可达1 000 .. 1) 、系统无压力损失、附加功能多等特点。前后直管段为5d 和2d。电磁流量计的传感器防护等级可达ip68( 潜水型) , 有普通型、隔爆型和本安型三类产品。电磁流量计可以在任意管道上安装, 但是电磁流量计测量电极的轴线必须保持水平方向, 且与管道中心线互相垂直。电磁流量计的传感器一定要安装在不产生气体的管道上, 同时液体必须充满管道。
1.. 3 .. 超声波流量计( 夹持型)
1997 年插入式超声波流量计还没有推入市场, 夹持型是超声波流量计的主流产品。它适用于能传播超声波的均匀液体和流速较高的气体。介质温度范围- 10~ 100 .. , 介质压力不受限制。具
有量程比宽, 不受流体的黏度、密度的影响、能测强腐蚀介质等特点。前后直管段为10d 和5d。超声波流量计的探头要求与管壁紧密安装, 不能有空气泡及沙砾。探头的安装方式共有四种: 分别称为v 法、z 法、n 法、m 法。v 法为标准安装方法, z 法适用于大管径测量, n 法和m 法适用于小管径测量。管道内壁的粗糙度、结垢以及介质含有颗粒、气泡等均对流量计的精度有很大影响。
2.. 流量计选型一般考虑的问题
1) 被测流体的类型( 液体、气体、蒸汽等) 、状态( 清的、脏的、浆液等) 及性质( 有腐蚀性、无腐蚀性等) 。
2) 工艺过程操作条件及温度压力的界限值。
3) 流量计的安装条件: 管道的口径尺寸, 上游能提供的直管段, 管道是否过量振动, 环境的温度和湿度等。
4) 仪表精度和量程的选用。
5) 经济性。
6) 仪表的日常维护和可靠性。
3.. 流量计的选型
根据选型原则和对3 种仪表的主要性能的比较( 见表1) , 对炼油污水进行流量测量选用电磁流量计适合。1997 年锦州石化公司新建并投运了1 套700 m3 / h 炼油污水处理场, 流量测量仪表主要选用了开封仪表厂生产的e-mag 分离型电磁流量计, 运行至今效果良好。表1.. 3 种流量测量仪表主要性能比较性能标准节流装.. .. 置电.. 磁流量计超声波流量.. .. 计结构简单复杂复杂安装方便方便方便灵敏度高高高压力损失大无无量程比10 .. 1 1 000.. 1 100.. 1 误差, % 0. 5~ 1. 5 0. 3~ 0. 5 1. 0~ 3. 0 适用介质比较干净的气体和液体导电液体比较干净的气体和液体维护量小小大适用管径范围.. .. dn50~ dn 1 000 dn15~ dn2 400 dn 25~ dn3 000
4.. e-mag 电磁流量计
4.. 1 .. 传感器的基本原理和结构
由电磁感应定律可知, 导体在磁场中运动而切割磁力线时, 在导体中就会有感应电势产生。同理, 导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时, 也会在两电极上产生感应电势, 并存在如下关系。ex = bdv .. 10- 12 ( 1) 式中.. ex .. .. .. 感应电势, v; b .. .. .. 磁感应强度, t ; d .. .. .. 管道直径, 即导体垂直切割磁力线的长度, cm; v .. .. .. 液体平均流速, cm/ s。体积流量qv ( cm3 / s) 与流速v 的关系为qv = 14 d2 v ( 2) 将式( 2) 代入式( 1) 得ex = ( 4 .. 10- 12b/ d) qv = kqv ( 3) 在d 已确定并维持b 不变时, k 就是一个常数, 这时感应电势则与体积流量具有线性关系。因此, 在管道两侧( 导管式) 各插入一根电极, 便可以引出感应电势, 经转换器运算放大, 就可以显示流量的大小。为了避免磁力线被测量导管的管壁短路, 并使测量导管在较强的交变磁场中尽可能地降低涡流损耗, e- mag 的测量导管由非导磁的不锈钢材料制成。用不锈钢等导电材料做导管时, 在测量导管内壁与电极之间必须有绝缘衬里, 以防止感应电势被短路。e-mag 电磁流量计为了防止导管被腐蚀并使内壁光滑, 在整个测量内壁涂上了绝缘衬里。衬里材料视工作温度、介质腐蚀性的不同而不同, 可选用橡胶、聚氨酯、聚丙稀等。
4.. 2 .. 转换器的基本原理和使用
e-mag 电磁流量计的转换器采用新颖的励磁方式, 使流量计具有优越的零点稳定性和测量精确度。转换器向传感器提供精确的双向恒流驱动电流, 以驱动传感器励磁线圈。本身工作频率由单片机控制, 不受电源频率变化的影响。励磁电路在磁场反向时由能量恢复系统提供一个高的反向电压, 加速克服反向时的磁场阻力。由传感器测得的微弱感应电势, 输入至转换器的测量系统。经高输入阻抗放大器放大、滤波和自动零点调整及增益控制后, 经高性能、高精度信号转换, 将模拟信号转换为数字量。单片机将数字信号采样后, 计算出流速以及期望得到的各测量值、模拟输出、脉冲输出值等。lcd 液晶显示器可显示各测量值。为了减小信号衰减, 提高精度, 分离型流量计的转换器和传感器之间采用st t3200 专用信号电缆。为了使转换器能够理想地工作, 还要对它进行菜单编程, 菜单结构如图1 所示。通过转换器上的4 个操作按键, 可方便地调出编程菜单, 输入参数, 确认即可。例如, 需要转换器模拟输出4~ 20 ma, 通过按键调出菜单, 操作过程如图1 所示。图1 .. 转换器菜单设定通过以上的操作, 就可以得到1 个模拟4~ 20 ma输出信号。通过编程可以对流量量程、脉冲输出、总量累计、报警点设置、传感器参数等进行设定。为了保证仪表的正常工作, 对于一般参数采取一级保护; 对于重要参数如传感器参数等进行二级保护, 分别设置保护密码。这种智能型转换器在开车过程中起到了很大作用。装置运行初期, 流量变化较大。工艺要求在生化池中培养活性污泥, 污水主要打回流, 以增加停留时间。这时回流量变得很大, 而仪表量程是按稳定状态下设计的, 仪表瞬时流量值已经超出量程范围。电磁流量计的量程比可达1 000 ..1, 在测量范围内量程可通过转换器改变。于是笔者对转换器重新编程, 把量程设置在合理范围, 使流量测量达到满意效果。当生产流程运行稳定后, 再将量程改回即可。
4.. 3 .. 智能电磁流量计的安装[ 1]
4.. 3.. 1 .. 传感器的安装为了使仪表可靠测量, 安装时要注意以下几点。1) 为使传感器测量导管内始终充满流体, 传感器可安装在u 型管道部位。2) 保证传感器前后直管段分别不小于5d 和2d。3) 如果垂直或倾斜安装, 流体一般应自下而上流动。4) 应保证测量管与工艺管道同轴。5) 为防止衬里磨损, 可在传感器进口加装进口保护法兰( 厂家可提供) 。6) 应避免强烈振动和过大的温度变化。7) 安装场所的磁场强度应小于400 a/ m。
4.. 3.. 2 .. 电气接线为了保证测量精度, 传感器与转换器之间的接线应注意以下问题。1) 在确认电缆型号后, 按规定进行接线, 接线应正确、牢靠。2) 电缆剥线时, 注意不要损伤应保留的绝缘层。对流量信号线, 只要可以接线, 就尽量少剥屏蔽层。3) 连接传感器与转换器之间的电缆采用stt 3200, 两同轴电缆的内层屏蔽泄漏线绞合后, 应套上绝缘套管, 然后再接至siggnd( 信号地) 端。对黑色半导体层应从根部切除, 以免影响其他接线。4) 传感器与转换器之间的电缆长度一般不超过100 m。
5.. 结束语
通过对e-mag 电磁流量计的实际应用, 笔者总结出以下特点。1) 测量不受流体密度、黏度、温度、压力和电导率变化的影响; 2) 测量管内*流动部件, 无压损, 直管段要求较低; 3) 传感器有法兰型及夹持型, 其衬里和电极材料有多种选择; 4) smart 转换器采用励磁方式, 功耗低、零点稳定、精确度高; 量程比可达1 000 .. 1; 5) 转换器采用16 位高性能微处理器, 参数设定方便, 编程可靠; 6) 流量计为双向测量系统, 内装3 个积算器: 正向流量、反向流量及差值量累积; 可显示正、反流量, 并具有多种输出: 电流、脉冲、hart 通讯信号; 7) 橡胶和聚氨酯衬里传感器为本质沉浸结构; 8) 可用于相应的防爆场所。e-mag 电磁流量计在污水处理厂中使用后, 一直运行良好, 操作人员反映读数准确, 操作简单。不但为装置达标提供了准确的数据, 还为电磁流量计在该公司的应用提供了重要依据。
参考文献: 1 .. 蔡武昌, 宋建军.. 电磁流量计减少弯管影响的安装方法.. 石油化工自动化, 2004, ( 1) : 72~ 73--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：