污水流量监测过程中流量计合理选用的重要性

摘要：由于污水具有流量变化大、含有杂质、具有导电性和腐蚀性的特点，导致其流量计的选择比较复杂。从被测对象、流量计性能、安装条件、使用环境、经济成本等方面，对污水流量计、超声波流量计、V锥流量计进行了对比分析，为污水流量监测过程中流量计的合理选用提供参考。
流量计是少数几种使用比制造困难的仪器仪表之一，主要是因为流量计种类繁多，各有特点，加上被测对象又是污水，特别是未经处理的污水，不但具有强腐蚀性，而且还含有大量的杂质，具有一定的导电性，同时选型又涉及许多技术问题和经济因素。因此，要做到技术上可行，经济上合理，必须对各流量计的性能特点和工作原理有所了解，才能保证流量计的选型更加合理。本文通过几种常用流量计的介绍，根据实际的应用情况，说明污水流量监测过程中如何合理选用不同的流量计。
1、流量监测中几种常用的流量计
1.1 污水流量计
污水流量计是根据法拉*电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点，目前被广泛地应用于酸、碱、盐等腐蚀性介质，易燃易爆介质，污水处理以及化工、医药、食品等工业中的浆液流量的测量，并形成了独特的应用领域。
1.2 超声波流量计
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量的仪表。超声波流量计的测量方法很多，有时间差法、频率差法、相位差法、多普勒法、时间差法、多普勒法是应用*多的测量原理。
超声波流量计和污水流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，适用于解决流量测量困难的问题，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的流量计类型之一。
超声波流量计的特点是可做非接触式测量，为无流动阻挠测量，无压力损失，可测量非导电性液体，对无阻挠测量的污水流量计是一种补充。时差法超声波流量计是目前应用*广泛的。随着CPU、信号处理技术的发展，测量的准确度和可靠性有了很大的提高。尤其是时间测量技术的发展，时差分辨力提高了，解决了小口径、低流速测量难的问题。应用领域也从净水扩展到循环水、污水、重油、原油、成品油以及空气、天然气等多种介质。但有较多气泡或悬浮物的液体会阻碍声脉冲的正常传播，导致不能正常测量，所以超声波流量计更适于测量纯净液体。
多普勒法超声波流量计一般要求流体内有足够大的散射体存在，而且还得是连续的。通常情况下，散射体的速度与流体的速度有明显的滑差，要求流体流动的速度必须比粒子产生沉淀的临界速度大很多，另外测得的速度只是散射体相遇点的速度值，因此，测量的速度值对流速分布和流态有很大的依赖性，也就是说直管段的长度要求很长，需在20倍管径以上。所以，多普勒法超声波流量计的应用有一定的局限性，较多应用于生活污水、工业废水、啤酒饮料等介质的测量，通常不适用于非常清洁的流体测量。
1.3 V锥流量计
V锥流量计是一种新颖的差压式流量计，利用一个V形锥体在流场中产生的节流效应来测量流量，如果流体通过一个节流元件时，流速会加快，从而会使动能增加，而被加速处流体的静压力反而会被降低。压降的大小与流体的流速具有一定的函数关系，在其它条件不变的情况下，压降会随流速的增加而增加，随流速的减小而减小。
V锥体流量计和其它节流式流量计不同，它改变了节流的布局，使它从中心孔节流变成环状节流，V锥流量计是集差压式流量计之精华的结晶，它的节流缘是钝角，流动时形成边界层，使流体离开了节流缘。边界层效应使肮脏流体不能磨损节流缘，其β值（等效直径比）长期不变，是一种接近理想状态的节流装置，具有长期的稳定性。适用于各种气体和液体、煤气、各种脏污气体介质、直管不足的场所和对精度要求高的地方。由于经济成本和该仪表还没有国际标准或**标准，因此，还没有得到大力的推广和应用。
2、流量计的选型设计
在进行流量计的选型设计之前，我们应该*先明确被测对象，然后再综合考虑仪表性能、安装条件、环境条件和经济因素这几方面因素。
2.1 明确被测对象
被测对象就是工业废水，工业废水含有大量的杂质，有一定的导电性和腐蚀性。那么哪一种更适合这类水质的测量呢？污水流量计适合测量导电液体（电导率≥5μS/cm）的流量，应根据被测介质物性、管道材质，合理选择电*形式、电*材质、衬里材质、接地方式、防护等级。
超声波流量计对被测介质要求十分苛刻，像多普勒法超声波流量计只能正常测量杂质含量相对稳定的流体，而时间差法流量计主要用来测量洁净的流体。
V锥流量计适用于脏污的流体测量，但前提条件是雷诺数应满足要求。当雷诺数无限制地下降时，V锥流量计的流出系数随着雷诺数的减小而减小，其不确定度将增加。在高压的场合，V锥流量计使用有局限性，因为锥体负压管的结构在承受高压的情况下会发生脱落，导致事故的发生，选型应注意。
2.2 流量计性能方面
在选用某种流量计时，*先应综合考虑该种流量计的精度、重复性、线性度、量程比、压力损失、输出信号特性、响应时间、不可测性等因素。
污水流量计的传感器结构简单，测量管内没有任何阻碍介质流动的节流部件，所以不会引起任何附加的压力损失，是流量计中耗能*低的流量仪表之一。污水流量计的量程范围*宽，并且在测量过程中不受被测介质的温度、粘度、一定范围内电导率的影响，反应灵敏，可提供选择的口径范围*宽，从几mm到3m都可以满足，选择电磁口径时应保证*小流量工况下被测介质流速不小于0.5m/s。
超声波流量计是一种非接触式的测量仪表，没有机械传动部件，通道内也没有阻碍件，无压力损失，能量损失小，测量精度不高。
V锥流量计是一种具有独特性能的新型流量计，具有高精度、高稳定性，量程比较宽，而且重复性好（≤0.1％），准确度高（≤0.5％）。因为它是靠节流效应来测量压差的，所以有一定压损。
2.3 安装条件方面
许多流量计在运行过程中存在问题，大部分是由于安装出现了问题。污水流量计水平、垂直（下进上出）、倾斜（底进顶出）安装都可以，但要求前、后需有直管段，一般的要求是前直管段大于等于5D，后直管段大于等于3D。污水流量计安装时应保证满管流，不能安装在管道*高点。仪表井内安装的污水流量计传感器防护等级应为IP68。
超声波流量计的安装对前、后直管段的要求比较高，安装位置至少要有15D的直管段长度，不能受振动的影响，否则测量不精确。
V锥流量计的安装使用非常方便，安装方式灵活，可选管道法兰式、直接焊接式、方管式，所需的直管段很短，前直管段小于或等于3D，后直管段小于或等于1D就可以满足要求。当测量脏污介质时，应合理选择V锥流量计取压方式，避免测量管线堵塞。
2.4 环境方面
环境方面主要是考虑周围温度、湿度、安全因素、信号调节及变送、压力、大气及电子干扰等对流量计性能稳定方面的影响。安装时都应尽量避开大电机、大变压器等，以防引入电磁干扰。污水流量计的环境温度一般在－30～80℃，对相对湿度的要求在5％～95％之间，大气压力为86～106kPa；超声波流量计对环境温度的要求为：转换器是－10～45℃、传感器是－30～60℃（常温型）和－30～160℃（高温型）；而V锥流量计环境温度在－25～60℃范围内，一体型结构温度还受制于电子元器件，范围要窄些，环境相对湿度在10％～90％范围内。
2.5 经济成本方面
流量计的选择要在初期投资和长期可靠运行之间综合考虑，例如购买费用、安装费用、操作费用、维护费用、校验费用、流量计寿命、备件及消费品、可靠性方面等各种因素都要在有效满足工业生产可靠运行的前提下，进行*优的经济选型。
污水流量计目前常用的德国E＋H、科隆、日本横河等公司产品均价格不菲，以DN200mm管径为例，价格一般在2万元左右，但随着被测管径的增大和抗腐蚀性的要求，价格也会相应增加。而像国内比较知名的北京中瑞能、上海光华、四川川仪等生产的污水流量计产品，精度上也有了很大的提高，并且价格方面也有很大的优势。
超声波流量计目前常用的进口品*有美国丽声POLYSONLCS DCT 7088系列、迪纳声DYNASONISERIES 901系列、日本横河、英国MICRONES，固定式价格一般在3～5万元之间。在国内，像广州怡文、开封仪表、上海肯特等所生产的产品在工程应用上也很广泛，与国外的产品在成本方面有很大的竞争优势。
V锥流量计中的V锥由于用料多、加工工艺复杂、标定费用高、基本上依赖国外技术，使得其售价较高，在国内使用还不广泛，因成本关系还不能取代其它流量计。
3、结论
由于污水具有流量变化大、含有杂质、具有一定的导电能力和腐蚀性的特点，对可靠、精确测量造成了很大的困难。通过对以上几种流量计的分析、比较，在污水流量测量过程中，污水流量计的综合性能较好。要想使污水流量的测量和控制达到精度和可靠的要求，必须深入了解、分析各流量计的性能和特点以及被测污水水质条件，才能选择合适型号的流量计。

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