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常用污水流量計的選擇
更新時間：2012-11-04　點擊量：2043

環(huán)保產(chǎn)業(yè)對污水流量的測量和控制的度、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。
主題詞 流量計 測量 污水 選型

國外一位流量專家F.C.King horo曾說過，流量計是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因為流量是一個動態(tài)量，處于運(yùn)動狀態(tài)的液體內(nèi)部不僅存在著粘性摩擦作用，還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復(fù)雜流動現(xiàn)象。測量儀表本身受到眾多因素，如：管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。面對國內(nèi)外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護(hù)是否合理也相當(dāng)重要。本文介紹電磁式、渦街式、節(jié)流式等幾種流量計的選型設(shè)計。

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(yùn)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

（1）

式中 Ex ——電動勢，V；
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；
d——兩電極間的距離，mm；
υ——被測介質(zhì)的平均流速，m/s。

被測介質(zhì)的流量Q與d和υ有關(guān)：

（2）

由式（2）得：

（3）

當(dāng)磁場強(qiáng)度B與兩極間距離d一定時，則：

Ex =K * Q （4）

其中，K=4*10-4/πd=常數(shù)。

由式（4）可知，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*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)，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作。可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCrI8Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計，即可滿足污水流量測量的要求。

某冶煉廠在生產(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。

2. 渦街流量計選型設(shè)計

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)用越來越廣泛。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，目前我國已有性能優(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)場被忽略而影響流量計性能的正確發(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，在此情況下，產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ的關(guān)系為：

f =sv/d （5）

v=df/s （6）

式中 d ——圓柱形滯流件的直徑；
s——無量綱常數(shù)，稱為Strouhal數(shù)，與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。

流量計圓截面管道的雷諾數(shù)Re為：

（7）

式中 υ——流體的流速，m/s；
ρ——流體的密度，kg/m3；
μ——流體的動力粘度，（kg·m-1）/s。

而流體的流量：

Q=A *v

從上式可見，渦街流量計選型設(shè)計完畢，流量Q不僅與f有關(guān)，而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。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＞10 000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)力式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10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，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。

3. 節(jié)流式流量計選型設(shè)計

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?，F(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?。?，使差壓變送器無法正常工作。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)悍绞剑?例如用徑距取壓法，就可以減少孔板污物的影響。

4. 結(jié) 語

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)到度和可靠性要求。（end）