傅其鳳 楊亞磊 安旭朝

(河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，石家莊 050018)

在進(jìn)行工業(yè)園區(qū)污水流量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時，流量計的合理選型尤為關(guān)鍵。筆者在首先明確測量介質(zhì)的前提下，對幾種常用流量計的原理、應(yīng)用范圍和性能特點進(jìn)行了綜合比較，選擇出運行穩(wěn)定可靠、能夠提供精確流量數(shù)據(jù)的流量計，為工程技術(shù)人員提供一定的參考。

1 電磁流量計①

1.1 工作原理

法拉第電磁感應(yīng)是電磁流量計進(jìn)行流量監(jiān)測的基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計由兩部分組成：電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器，如圖1所示[1]。

圖1 電磁流量計的組成

電磁流量計的傳感器安裝在工業(yè)污水排放管道上，利用導(dǎo)電介質(zhì)在磁場中流動所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號，轉(zhuǎn)換器接收此信號，然后再放大傳感器送來的流量信號，輸出與流量信號成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號，進(jìn)而實現(xiàn)顯示、累積與調(diào)節(jié)的控制。

1.2 適用范圍

電磁流量計主要用于測量多種導(dǎo)電液體的體積流量，但其電導(dǎo)率最小應(yīng)大于10-7s/m。不能測量非導(dǎo)電的流體(油品)、含有較大氣泡的液體和蒸汽。按照結(jié)構(gòu)電磁流量計主要分為一體型和分體型。分體型應(yīng)用在振動劇烈、含有爆炸性氣體和高溫流體的場合；而一般情況下，一體型就能滿足要求。

對于含有各種酸、堿、鹽的強(qiáng)腐蝕性污水，各種水泥漿、礦漿及纖維溶液等具有較大磨損性的流體，奶類、酒類及糖漿等衛(wèi)生要求十分嚴(yán)格的液體[2]，電磁流量計都是特別適用的。給排水工程中更多使用大口徑流量計；而要求比較高、測量困難的場合則更多地使用小口徑流量計。

1.3 應(yīng)用特點

電磁流量計在運行過程中耗能最低，不受所測流體的水質(zhì)、壓力、溫度、粘度及密度等影響。其流速調(diào)節(jié)范圍大，可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，上限范圍一般在0.3～10.0m/s，下限一般可為流量計量程的10%，建議流速為1～5m/s效果更好。在現(xiàn)場可以按照企業(yè)排污管道口徑來選擇流量計口徑以滿足測量精度要求。為了減少流體對襯里的磨損，可以把傳感器中的流速降低；也可以為了避免流體中固體物沉淀而把傳感器內(nèi)的流速提高。

在實際應(yīng)用中，為了防止含有固體顆粒物的污水對襯里、電極產(chǎn)生磨損，一般情況下選擇的傳感器口徑比較大，并且其中的流速在3m/s以下為宜[3]，但為了確保流速的對稱分布，要盡量加長上、下游的直管長度。

一般情況下要求電磁流量計滿管測量，所以最好是所測污水從下往上，流量計垂直安裝[4]，這樣污水中所含的雜物可以沉積下來，油脂上升遠(yuǎn)離電極，從而達(dá)到流體充滿管道，保證流量數(shù)據(jù)的可靠性。但在無法保證垂直的情況下，為避免污水中空氣泡的干擾，測量電極應(yīng)處于水平的軸線上，從而規(guī)避測量誤差。

2 超聲波流量計

2.1 工作原理

超聲波流量計的測量方法很多，但在各種測量原理中，目前多普勒超聲波流量計和時差超聲波流量計是比較常用的兩種類型。多普勒超聲波流量計是通過向流動著的液體發(fā)射聲波，測量從被測流體的散射體(固體顆?；蛘邭馀?上返回信號的多普勒頻移fd來確定被測流體的流動速度v，即利用相位差法測量流速，基本原理如圖2所示[5]。

圖2 多普勒超聲波流量計工作原理簡圖

時差超聲波流量計通過測量隨超聲波傳播速度而變化的逆流與順流的時間差Δt來確定被測流體的流速v，即利用時間差法測量流速，基本原理如圖3所示。

圖3 時差超聲波流量計工作原理簡圖

2.2 適用范圍

時差超聲波流量計適用于潔凈、沒有太多氣泡或懸浮顆粒的均勻流體，要求雜質(zhì)含量小于10g/L，且粒徑小于1mm為宜[6]，如自來水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域。

對于含有一定量能反射超聲波信號的顆?；驓馀莸牧黧w，如工廠排放液、未處理的污水及雜質(zhì)含量穩(wěn)定的工廠過程液等，則多普勒超聲波流量計比較適用。

2.3 應(yīng)用特點

超聲波流量計維護(hù)工作量比較小，不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型及濕式型等流量計可以適應(yīng)不同介質(zhì)、不同場合和不同管道條件的流量測量。在安裝使用中，要求前、后直管段比較長，而且對傳感器的安裝情況要求比較嚴(yán)格，實踐中證明Z形安裝，傳感器的方向與水平位置的夾角小于45°時準(zhǔn)確度高、運行穩(wěn)定性好。特別適合于大口徑管道流量的監(jiān)測，并且不像其他流量計一樣隨著口徑的變化價格也會升高。

3 V錐流量計

3.1 工作原理

V錐流量計的測量原理是基于伯努利和流體連續(xù)性方程[1]，當(dāng)流體流經(jīng)懸掛在管道中的V形錐與管壁所形成的間隙時，流體流速加快，在V錐的最大端壓力達(dá)到最大，而在下游處壓力最小，從而在V錐前、后產(chǎn)生壓差Δp，通過對壓差的測量達(dá)到對流量的監(jiān)測，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。

圖4 V錐流量計結(jié)構(gòu)原理簡圖

3.2 適用范圍

V錐流量計適用于各種氣體、液體、煤氣、各種臟污氣體介質(zhì)、直管段不足的場所和對精度要求高的地方。特別適合測量液體中含氣、氣體中含水和液體或氣體含有固定顆粒或其他雜質(zhì)的介質(zhì)流體。

3.3 應(yīng)用特點

V錐流量計在使用中具有自整流、自清洗、自保護(hù)功能[7]，而且直管段要求極短，上游一般為3D左右，下游約為1D的長度，即使在沒有直管段的情況下，也能保持±0.5%的測量精度，沒有污染物的堆積，不會產(chǎn)生堵塞的情況，可以長期穩(wěn)定地運行。V錐流量計的噪聲很小(信噪比約為1∶0.0014)，壓力損失也小，這是其他流量計所不及的特點。大范圍的測量量程，穩(wěn)定的壓差信號，使得V錐流量計對于小流量的監(jiān)測也很準(zhǔn)確，同時不受安裝位置的限制，可以水平、垂直或傾斜安裝。

4 幾種流量計的綜合比較

電磁流量計、超聲波流量計、V錐流量計都可以用于工業(yè)污水的監(jiān)測。超聲波流量計對所測介質(zhì)的條件更為苛刻。本案例中所選的流量計是用于對工業(yè)園區(qū)企業(yè)污水排放量的計量收費，在測量精度方面，超聲波流量計的穩(wěn)定性和測量精度要比電磁流量計差一些，并且超聲波流量計要求很長的直管段，這又對安裝條件有限制。

電磁流量計與V錐流量計都適用于環(huán)境較惡劣的場合。在測量精度上，V錐流量計要比電磁流量計高，而且安裝更靈活，對上、下游直管段的要求很短，但V錐流量計要比電磁流量計昂貴得多。電磁流量計的測量精度雖不及V錐流量計，但在此應(yīng)用中完全可以滿足要求，而且運行穩(wěn)定性和流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度也很好。表1是使用電磁流量計對園區(qū)某個企業(yè)監(jiān)測點連續(xù)4天的累積流量監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論流量的對比。

表1 電磁流量計測量數(shù)據(jù)與理論值比較 m3

從監(jiān)測流量數(shù)據(jù)與理論流量值的對比可以看出，電磁流量計運行穩(wěn)定，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，所以可選用電磁流量計對工業(yè)污水流量進(jìn)行監(jiān)測。

5 結(jié)束語

工業(yè)污水流量監(jiān)測中被測對象在排放量、雜質(zhì)及腐蝕性等方面的多變特點給流量計的穩(wěn)定可靠運行和精確測量造成了很大困難。通過對幾種常用流量計的分析、比較、實際論證和綜合考量，認(rèn)為電磁流量計對于監(jiān)測工業(yè)污水的流量是一個很好的選擇。