引水工程、自來(lái)水廠、污水處理廠進(jìn)、出口水流量計(jì)量是水行業(yè)中的關(guān)鍵計(jì)量，是企業(yè)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量、生產(chǎn)成本、管網(wǎng)漏失和能源單耗等主要生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)的重要依據(jù)，是水行業(yè)必不可少的計(jì)量環(huán)節(jié)。進(jìn)出、水流量計(jì)量?jī)x表的選型顯得較為關(guān)鍵，如何正確選用流量?jī)x表和提高計(jì)量檢測(cè)水平是企業(yè)一項(xiàng)重要的工作。
引水工程、自來(lái)水廠、污水處理廠進(jìn)出口水流量計(jì)量使用的流量計(jì)與其它領(lǐng)域相比具有其特殊的要求。首先，流量計(jì)的口徑比較大，一般DN300mm-DN1000mm的范圍，國(guó)內(nèi)已成功使用的電磁流量計(jì)最大口徑達(dá)到DN3000mm;上海肯特智能儀器公司今年供應(yīng)深圳水務(wù)最大口徑達(dá)到DN3200mm。其次，水的流量計(jì)量量值較大，一般為數(shù)千到幾萬(wàn)m3/h;另外，為了保證滿足供、排水貿(mào)易計(jì)量的要求，所選型的流量?jī)x表要求準(zhǔn)確度高;由于流量?jī)x表口徑大而安裝位置局限所以對(duì)直管段的要求不能過(guò)高。針對(duì)進(jìn)、出口水流量特點(diǎn)，我們選擇流量?jī)x表時(shí)就要注意以下幾方面：
1.工藝管路口徑大要求流量?jī)x表的壓力損失越小越好。一般不采用管道局部縮徑的方法提高流速;
2.新設(shè)計(jì)安裝的管路，一般均選擇適當(dāng)?shù)牧魉佟Ｒ驗(yàn)榱黧w的流速太低，流量?jī)x表的口徑就大，相應(yīng)的儀表的投資增大。流體的流速太高，會(huì)造成動(dòng)力壓力損耗大，導(dǎo)致運(yùn)行成本上升，都是不經(jīng)濟(jì)的，但選型時(shí)要為今后的擴(kuò)建留有流量的余量;
3.由于流體的流速較低，流體中的污垢、在較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)淤泥和水垢等極易在管道內(nèi)壁和電極上沉積。在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮儀表與流體接觸部分的清洗;如無(wú)法清洗又選用電磁流量計(jì)時(shí)可以采用刮刀式電極;
4.儀表的測(cè)量量程范圍要求大。有些水流量夜間和白天、冬季和夏季流量相差懸殊，多達(dá)好幾倍，因此，這些水的流量計(jì)，就要求量程范圍度特別大;
5.儀表的防護(hù)等級(jí)要求高。大口徑管路大多埋地敷設(shè)，為的是節(jié)省投資和空間，在北方，也是防凍的需要。因此分體式流量傳感器大多被安裝在儀表井內(nèi)。由于雨水、井壁滲漏和管路外漏等原因常常引起井內(nèi)水位上升而淹沒(méi)流量傳感器，所以設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)估計(jì)到這種情況，選用潛水型的流量傳感器，例如IP68的防護(hù)等級(jí)。同時(shí)儀表井做好防水工程處理。
6.由于大口徑流量?jī)x表的檢定往往拆卸、運(yùn)輸和安裝困難，工藝上又不允許斷流和停產(chǎn)，希望儀表能在線進(jìn)行干式標(biāo)定。
1.儀表選配的一般要求
(1)精確度：是指在正常使用條件下，儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，誤差越小，精確度越高。
生產(chǎn)過(guò)程物理檢測(cè)儀表的精確度為±1%，水質(zhì)分析儀表的精1f77確度為±2%(測(cè)高濁水的濁度儀的精確度為±5%)。
(2)響應(yīng)時(shí)間：當(dāng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀表指示值總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能顯示出來(lái)，這段時(shí)間即為儀表的響應(yīng)時(shí)間。一只儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的情況，是很重要的指標(biāo)。對(duì)水質(zhì)分析儀表要求的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過(guò)3min。
(3)輸出信號(hào)：儀表的模擬輸出應(yīng)是4~20mADC信號(hào)，負(fù)載能力不小于600Ω。
(4)儀表的防護(hù)等級(jí)應(yīng)滿足所在環(huán)境的要求，一般應(yīng)不低于IP65，用于藥劑投加系統(tǒng)的檢測(cè)儀表要求能耐腐蝕。
(5)四線制的儀表電源多為220VAC、50Hz，兩線制的儀表電源為24VDC。
(6)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表宜選用數(shù)顯儀。
(7)儀表的工作電源應(yīng)獨(dú)立，不應(yīng)和計(jì)算機(jī)共用電源，以保證發(fā)生故障和檢修時(shí)電源互不干擾，使各自都能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
(8)為使計(jì)算機(jī)能檢測(cè)到電壓互感器和電流互感器的異常信號(hào)并報(bào)警，設(shè)計(jì)選配的電壓及電流變送器的輸入信號(hào)應(yīng)比電流及電壓互感器大，即分別為0~6A及0~120V。
(9)應(yīng)選擇能夠提供可靠服務(wù)和有豐富經(jīng)驗(yàn)的儀表生產(chǎn)廠商。
2.水位測(cè)量
選擇液位計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：(1)測(cè)量對(duì)象，如被測(cè)介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，以及工作壓力和溫度、安裝條件、液位變化的速度等;(2)測(cè)量和控制要求，如測(cè)量范圍、測(cè)量(或控制)精確度、顯示方式、現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)距離指示、與計(jì)算機(jī)的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
給水工程中常用的液位計(jì)及選型要點(diǎn)如下：
a.浮球式液位計(jì)
在液體中放入一個(gè)空心的浮球，當(dāng)液位變化時(shí)，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移。可用機(jī)械或電的方法來(lái)測(cè)得浮球的位移，其精確度為±(1~2)%，這種液位計(jì)不適用于高粘度的液體，其輸出端有開(kāi)關(guān)控制和連續(xù)輸出。
在凈水廠的設(shè)計(jì)中，多將此種液位計(jì)用于集水井的液位測(cè)量以控制排水泵的自動(dòng)開(kāi)停。
b.靜壓(或差壓)式液位計(jì)
由于液柱的靜壓與液位成正比，因此利用壓力表測(cè)量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓就可測(cè)得液位。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的密度及液體測(cè)量范圍計(jì)算出壓力或壓差范圍，再選用量程、精確度等性能合適的壓力表或差壓表。這種液位計(jì)的精確度為±(0.5~2)%。
c.電容式液位計(jì)
在容器內(nèi)插入電極，當(dāng)液位變化時(shí)，電極內(nèi)部介質(zhì)改變，電極間(或電極與容器壁之間)的電容也隨之變化，該電容量的變化再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的直流電信號(hào)。其精確度為±(0.5~1.5)%。
電容式液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳感器無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠;精確度高;檢測(cè)端消耗電能小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快;維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是被測(cè)液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會(huì)引起誤差。電容式液位計(jì)一般用于調(diào)節(jié)池、清水池等的液位測(cè)量。
當(dāng)測(cè)量范圍不超過(guò)2m時(shí)，采用棒狀、板狀、同軸電極;當(dāng)超過(guò)2m時(shí)，采用纜式電極。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為水時(shí)，采用帶絕緣層(可用聚乙烯)的電極。
d.超聲液位計(jì)
超聲液位計(jì)的傳感器由一對(duì)發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對(duì)液面發(fā)射超聲波>超聲波脈沖，超聲波>超聲波脈沖從液面上反射回來(lái)，被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時(shí)間可確定傳感器與液面之間的距離，即可換算成液位。其精確度為±0.5%。
這種液位計(jì)無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，可靠性高，安裝簡(jiǎn)單、方便，屬于非接觸測(cè)量，且不受液體的粘度、密度等影響，因此多用于藥池、藥罐、排泥水池等的液位測(cè)量。3.流量測(cè)量
流量測(cè)量分為兩種，一種用于流量檢測(cè)，參與過(guò)程控制，以達(dá)到提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，改善生產(chǎn)工藝條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。另一種用于流量的計(jì)量，不僅計(jì)量產(chǎn)品的產(chǎn)量，還是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算的依據(jù)。在供水企業(yè)最主要的8項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中，有3項(xiàng)指標(biāo)是以流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。
流量計(jì)的選型應(yīng)考慮以下因素：
(1)任何型號(hào)的流量計(jì)都必須有國(guó)家計(jì)量部門檢定的證書方可選用。
(2)流量計(jì)本身的壓力損失要小。
(3)根據(jù)行業(yè)要求，流量計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于2.5級(jí)。
(4)安裝現(xiàn)場(chǎng)條件應(yīng)滿足所選流量計(jì)對(duì)直管段的要求。
(5)所選流量計(jì)應(yīng)能適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件如溫度、濕度、電磁干擾等。
(6)所選流量計(jì)應(yīng)能適用于待測(cè)的液體介質(zhì)。
目前，在給水工程設(shè)計(jì)中，采用最多的是電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。
a.電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)的原理是應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)定律，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。
在測(cè)量中，液體本身為導(dǎo)體，磁場(chǎng)通過(guò)安裝在管路中的兩個(gè)線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵(lì)磁，磁場(chǎng)作用于管道內(nèi)流動(dòng)的液體，在管道中產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)流體平均流速V相對(duì)應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無(wú)關(guān)。
與管道絕緣的兩個(gè)電極監(jiān)測(cè)液體的感應(yīng)電壓。磁場(chǎng)方向、流體流向及兩個(gè)檢測(cè)電極的相對(duì)位置三者互相垂直。
電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
(1)測(cè)量不受被測(cè)液體的溫度、壓力或粘度的影響。
(2)沒(méi)有壓力損失。
(3)能連續(xù)測(cè)量，測(cè)量精確度高。
(4)口徑范圍和測(cè)量范圍大，測(cè)量范圍連續(xù)可調(diào)。
(5)與流速分布無(wú)關(guān)。
(6)前后直管段較短，前置直管段為5D(D為儀表的直徑)，后置直管段為3D。
(7)穩(wěn)定性好，輸出為標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
(8)變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性。
(9)轉(zhuǎn)換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)觀察。
應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的襯里材料多選用氯丁橡膠，因其有較好的耐磨性。安裝時(shí)應(yīng)注意遠(yuǎn)離外界的電磁場(chǎng)源，以免影響傳感器的工作磁場(chǎng)及流量信號(hào)，傳感器水平安裝時(shí)，要求兩個(gè)電極的中心軸線處于水平狀態(tài)，防止顆粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作。測(cè)量管內(nèi)應(yīng)為滿管，不允許大量氣泡通過(guò)傳感器，當(dāng)不能滿足條件時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施。
為使儀表可靠地工作，提高測(cè)量精確度，不受外界寄生電勢(shì)的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線，且接地電阻應(yīng)小于10Ω，尤其是安裝在陰極保護(hù)管道上時(shí)。如在天津水源廠出廠干管上安裝的電磁流量計(jì)，由于管道采用了陰極保護(hù)，防護(hù)電解腐蝕的管道內(nèi)壁和外壁之間是絕緣的，被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有接地電位，所以，將傳感器接地環(huán)裝在傳感器的兩個(gè)端面上，與連接管道的法蘭絕緣。傳感器與接地環(huán)用接地線相連，并引至接地極。管道法蘭之間用電纜相連但不連到傳感器上。法蘭連接螺栓用絕緣襯套和墊圈隔離。該電磁流量計(jì)自投產(chǎn)使用以來(lái)，效果一直較好。
轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在符合其防護(hù)等級(jí)要求的場(chǎng)所，在滿足安裝環(huán)境、使用要求的前提下，轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好，以節(jié)約投資，減少可能產(chǎn)生的強(qiáng)電信號(hào)的干擾。
b.超聲流量計(jì)
最近十幾年來(lái)，由于電子技術(shù)的發(fā)展，超聲流量計(jì)才得以應(yīng)用于流量測(cè)量。利用超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的方法有很多種，其中較為典型的是時(shí)差法和多普勒法。凈水廠多選用時(shí)差法流量計(jì)，其方法是在測(cè)量管道上安裝兩個(gè)換能器，因順流與逆流流速差別的影響，測(cè)量從發(fā)射到接收而產(chǎn)生的時(shí)間差，據(jù)此測(cè)出流速。
超聲流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)：
(1)安裝維護(hù)方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護(hù)超聲流量計(jì)時(shí)不需在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應(yīng)用場(chǎng)合很方便地進(jìn)行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測(cè)系統(tǒng)。
(2)口徑范圍大，且價(jià)格不受管徑影響。
(3)測(cè)量可靠性高。
(4)無(wú)壓力損失。
(5)不受流體參數(shù)影響。
(6)輸出標(biāo)準(zhǔn)化直流信號(hào)，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
選用超聲流量計(jì)要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁結(jié)垢、防腐層均勻與否，這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。另?yè)?jù)超聲流量計(jì)的測(cè)量原理，只有流速分布均勻時(shí)才能保證測(cè)量的精確度，所以在流量計(jì)的上下游要有足夠的直管段，參考各種資料及流量計(jì)的使用手冊(cè)，要求上游最少不小于10D，下游大于5D。
由于自來(lái)水行業(yè)為連續(xù)生產(chǎn)，進(jìn)行不間斷計(jì)量是極為重要的，所以一般安裝于管道上的流量計(jì)不能經(jīng)常拆卸送檢，一般做法是采用精確度較高的便攜式超聲流量計(jì)，按周期送國(guó)家認(rèn)證單位進(jìn)行校準(zhǔn)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具，再用比對(duì)的方式定期檢測(cè)在線流量計(jì)。
