關于一體化污水流量計在不銹鋼酸性廢水處理中的應用
點擊次數：3001 發布時間：2020-12-24 09:17:36
在不銹鋼制造過程中，為了去除退火后帶鋼表面的氧化鐵皮，一般采用由硝酸和氫氟酸配成的混酸進行表面清洗。酸洗后的廢水除了含有硝酸、氫氟酸和游離的金屬離子外，還含有由鐵離子和氟離子、鉻離子和氟離子形成的絡合離子及其不溶物、金屬氧化物及由硝酸生成的氮化物等，成分十分復雜。這些酸性的工業廢水若直接排放或處理不當，將會影響水體的自凈，使水質惡化，污染環境。作為工業生產過程的主要檢測參數—流量，其測量的方法很多，如容積式、速度式、動量式、質量流量式等;相應的流量計種類也很多，有孔板流量計、轉子流量計、渦輪流量計、渦街流量計、一體化污水流量計、質量流量計、超聲波流量計等。本文主要介紹的是某不銹鋼廠酸性廢水處理過程中應用的一體化污水流量計。介紹一體化污水流量計在不銹鋼酸性廢水處理中的應用，探討了一體化污水流量計的側量原理和結構，以及安裝技術要求和常見的故障，對于掌握該流量計的使用方法和性能具有一定的指導作用，為一體化污水流量計在線側量提供了一定的參考。
測量原理
一體化污水流量計的測量原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中便會產生感應電勢，其大小與磁場的磁感應強度、導體在磁場內的有效長度及導體的運動速度成正比。同理，在磁場中作切割磁力線運動的導電液體，也會在液體中產生感應電勢，示意圖如圖1所示。
圖1 >}}l量原理
測量原理
一體化污水流量計的測量原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中便會產生感應電勢，其大小與磁場的磁感應強度、導體在磁場內的有效長度及導體的運動速度成正比。同理，在磁場中作切割磁力線運動的導電液體，也會在液體中產生感應電勢，示意圖如圖1所示。
圖1 >}}l量原理
感應電勢的方向由右手定則確定，其大小由下式決定:
E= BDV (1)式中:1偽感應電勢;11為磁感應強度;I偽管道直徑;偽管道內的流體速度。
流量幾等于流體流速與管道截面積的乘積，即
q=πD2V (2)
(2) 將式((2壯人式((1 }可得
q =(πD/4B) E (3)
由式((3河知，在磁感應強度B不變且管道直徑
D}確定時，流量與感應電勢呈線形關系。
2內部結構
一體化污水流量計主要由磁路系統、測量導管、電極、襯里、外殼以及轉換器等部分組成。
2. 1磁路系統
用于產生均勻的直流或交流磁場。工業生產用的一體化污水流量計，大多采用SOHzT頻電源激勵產生交變磁場。
2. 2測量導管
為使磁力線通過測量導管時磁通不被分路并減少渦流，測量導管必須采用不導磁、低導電率、低導熱率和具有一定機械強度的材料制成，一般可選用不銹鋼(1 (}gN}Ti)、玻璃鋼、鋁及其他高強度塑料等。
2. 3襯里
為確保感應電勢不被金屬測量導管管壁短路，在測量導管的內側及法蘭密封面上必須附著一層絕緣的襯里。為增加測量導管的耐磨與耐腐蝕性，襯里一般均選用具有耐腐蝕、耐磨、耐高溫的材料，如聚氨脂橡膠、氯丁橡膠、聚四氟乙烯等。
2. 4電極
E= BDV (1)式中:1偽感應電勢;11為磁感應強度;I偽管道直徑;偽管道內的流體速度。
流量幾等于流體流速與管道截面積的乘積，即
q=πD2V (2)
(2) 將式((2壯人式((1 }可得
q =(πD/4B) E (3)
由式((3河知，在磁感應強度B不變且管道直徑
D}確定時，流量與感應電勢呈線形關系。
2內部結構
一體化污水流量計主要由磁路系統、測量導管、電極、襯里、外殼以及轉換器等部分組成。
2. 1磁路系統
用于產生均勻的直流或交流磁場。工業生產用的一體化污水流量計，大多采用SOHzT頻電源激勵產生交變磁場。
2. 2測量導管
為使磁力線通過測量導管時磁通不被分路并減少渦流，測量導管必須采用不導磁、低導電率、低導熱率和具有一定機械強度的材料制成，一般可選用不銹鋼(1 (}gN}Ti)、玻璃鋼、鋁及其他高強度塑料等。
2. 3襯里
為確保感應電勢不被金屬測量導管管壁短路，在測量導管的內側及法蘭密封面上必須附著一層絕緣的襯里。為增加測量導管的耐磨與耐腐蝕性，襯里一般均選用具有耐腐蝕、耐磨、耐高溫的材料，如聚氨脂橡膠、氯丁橡膠、聚四氟乙烯等。
2. 4電極
電極結構如圖2所示，作用是把由液體切割磁力線所產生的感應電勢引出。為避免影響磁通分布，電極一般選擇非導磁、耐腐蝕、耐磨材料，如不銹鋼(1 (}gNjTi}對于腐蝕性較強的介質，可選用欽、鉑、鍍金等。
3干擾信號
一體化污水流量計干擾信號主要有三種:(1)電磁荊合產生的靜電感應;(2測流體介質產生的電化學干擾;(3)一體化污水流量計供電電源的電壓和頻率波動等電源干擾。
抗干擾技術的幾個發展過程如下:
70年代中期，主要采用低頻矩形波勵磁技術，改變工頻干擾的形態特征。利用工頻同步采樣技術，使一體化污水流量計獲得較好的抗工頻干擾能力，可使其測量精度提高、零點穩定、可靠性增強。
80年代初采用三值低頻矩形波勵磁技術和動態校零技術、同步勵磁、同步采樣技術以獲得一體化污水流量計*佳的零點穩定性，進一步提高抗工頻干擾和極化電勢干擾的能力。
80年代末采用雙頻矩形波勵磁技術，既克服流體介質產生的泥漿干擾和流體流動噪聲，又具有低頻矩形波勵磁一體化污水流量計的零點穩壓性，實現一體化污水流量計零點穩定性、抗干擾能力和響應速度的*佳統一，從而提高一體化污水流量計抗干擾能力，是目前*有效的抗干擾措施。
4技術特點
4. 1優點
(1)由于測量導管內部沒有活動或突出部件，測量壓力損失極小。
(2)一般情況，只要是導電率大于5 X 10-異an的液體均可測量。被測介質可以是含有固體顆粒或懸浮物的流體、泥漿等，也可以是酸、堿等腐蝕性液體。
(3)流量計輸出信號不受液體溫度、壓力、密度等影響，且輸出電流與體積流量成線性關系。
(4)量程比較高，可達100 '1;測量口徑范圍大，能測1 mm.r2m以上;測量精度一般優于0.500}
(S一體化污水流量計反應迅速，可以測量脈動信號。
4. 2缺點
(1被測液體必須導電。
(2)不能測量氣體、蒸汽和石油制品等。
(3)由于襯里采制的原因，一般使用溫度為0一200℃o
(4)由于電極是鑲裝在測量導管上的，一般*高工作壓力為0.25Mpa
5安裝注意事項
(1)為減少干擾，一體化污水流量計應安裝在沒有強電場的環境，附近也不應有大的用電設備。
(2)需將傳感器的“地”與轉換器的“地”用一根導線連接起來，并用接地線將其深埋地下。
(3)在一體化污水流量計安裝完畢后，應測量一下接地電阻，接地電阻越小越好。若阻值偏大，通常的做法是將傳感器和轉換器分別接地，可減少由雜散電流引起的干擾電勢。
(4)為防止傳感器中沉積物或氣泡積存，傳感器*好垂直安裝，被測液體自下而上流動。如條件不允許，也應使傳感器低于出口管，以免積存氣體;同時應保證測量電極在同一水平線上。
(S)電極要求與襯里齊平，以便流體通過時不受阻礙。電極的安裝位置宜在管道的水平方向，以防止沉淀物堆積在電極上而影響測量精度。
(6)為保證被測液體流速分布軸對稱，傳感器前應有一定長度的直管段。上流側如有彎頭、三通、異徑管等，傳感器前應有5倍管徑的直管段，如有各種閥門，應有10倍管徑的直管段;下流側的直管段可以短于上流側。
(7)為方便檢修傳感器，可增加旁路管，這樣只要關閉傳感器兩端管道上閥門就可以進行調零操作。
(8信號線應單獨穿人接地鋼管，不允許和電源線穿在一個鋼管里。信號線一定要用屏蔽線，長度不得大于30m若要求加長信號線，必須采用一定的措施，如采用雙層屏蔽電纜、屏蔽驅動等。
(9)被測液體的流動方向應為傳感器規定的方向，否則流量信號相移180幾相敏檢波不能檢出流量信號，儀表將沒有輸出。
(10)被測流體的流速也有一定的限制，*低流諫不能低干儀表量程的10 },*高流諫不韶討10 m/ s
6常見故障及處理方法
6. 1故障類型
按照故障發生時期可分為:(1碉試期故障，出現在新裝用后調試初期，主要原因是儀表選用或設定不當、安裝不妥等。(2行期故障，在運行一段時期后出現，主要原因有流體中雜質附著電極襯里、環境條件變化出現新干擾源等。
6.1.1調試期故障
(1)安裝方面 通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，如將傳感器安裝在易積聚氣體的管網*高點;安裝在自上而下的垂直管上，可能出現排空;傳感器后無背壓，流體直接排人大氣造成測量管非滿管。
(2)環境方面
通常主要是管道雜散電流干擾、空間強電磁波干擾、大型電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾一般可采用單獨接地消除;若遇到強大的雜散電流，可采取另外措施使傳感器與管道絕緣等。空間電磁波干擾一般經信號電纜引人，通常采用單層或多層屏蔽予以消除。
(3)流體方面
通常被測液體中含有均勻分布的微小氣泡不會影響一體化污水流量計的正常工作，但隨著氣泡的增大，儀表輸出信號會出現波動。當氣泡大到遮蓋整個電極表面時，會使電極回路瞬間斷路而使輸出信號出現更大的波動。
測量混合介質時，如果混合未均勻就進人流量傳感進行測量，會使輸出信號產生波動。電極材料與被測介質選配不當，也將由于化學作用或極化現象而影響正常測量。
6. 1. 2運行期故障
(1傳感器內壁附著層 由于一體化污水流量計常用來測量臟污流體，運行一段時間后，會在傳感器測量導管內壁積聚附著層而產生故障，這些故障往往是由于附著層的電導率太大或太小造成的。若附著物為絕緣層，則電極回路將出現斷路，儀表不能正常工作。若附著層電導率顯著高于流體電導率，則電極回路將出現短路，儀表也不能正常工作。
(2)雷電打擊
雷擊容易在儀表線路中感應出高電壓和浪涌電流，使儀表損壞。它主要通過電源線或勵磁線圈或傳感器與轉換器之間的流量信號線等途徑引人，尤其是從控制室電源線引人占絕大部分。
(3)環境條件變化
在調試期間由于環境條件較好，流量計工作正常。一旦環境條件變化，運行期間出現新的干擾源咖在流量計附近管道上進行電焊、附近安裝大型變壓器等天就會干擾儀表的正常工作，流量計的輸出信號就會出現波動。
6. 2故障現象及處理方法
6. 2. 1通電后無流量信號輸出 (1供電電源或接線不正確，檢查供電電源或接線是否與說明書要求一致。
(2)保險絲熔斷，用萬用表檢查保險絲，并更換。
(3管道內無流量，確認閥門是否開啟。
(4)轉換器內電路板損壞，可用替代法進行檢查，并更換。
6. 2. 2管道內無流量卻有信號輸出
(1電磁波干擾，檢查信號電纜，進行屏蔽處理。
(2)雜散電流干擾，檢查接地電阻，重新接地。
(3)傳感器參數設置不正確，重新設置參數，減少增益。6.23輸出信號波動大
(1)被測液體內含有大量的氣泡或被測液體未混合均勻，改變傳感器安裝位置。
(2)管道震動或抖動大，在流量計上流2一31處加裝固定支架。
(3)電極材料選型不恰當，重新選擇電極。
6.24測量值與真實值偏差大
(1安裝位置不正確，按要求重新進行安裝。
(2)傳感器測量導管內有附著物，拆下清洗。
(3)傳感器襯里磨損嚴重，檢查并更換。
(4)參數設置不正確，根據實際情況重新設定參數。
7結束語
由于電子技術的飛速發展，元器件的集成化、小型化、智能化，使一體化污水流量計轉換器的體積大大減小。矩形波激磁和非均勻磁場等技術的使用，使傳感器要求使用測量直管長度也進一步縮短，體積縮小，重量減輕。近幾年一體化污水流量計的主攻方向是口徑為200以下、傳感器與轉換器結合在一起的智能型一體化污水流量計。
3干擾信號
一體化污水流量計干擾信號主要有三種:(1)電磁荊合產生的靜電感應;(2測流體介質產生的電化學干擾;(3)一體化污水流量計供電電源的電壓和頻率波動等電源干擾。
抗干擾技術的幾個發展過程如下:
70年代中期，主要采用低頻矩形波勵磁技術，改變工頻干擾的形態特征。利用工頻同步采樣技術，使一體化污水流量計獲得較好的抗工頻干擾能力，可使其測量精度提高、零點穩定、可靠性增強。
80年代初采用三值低頻矩形波勵磁技術和動態校零技術、同步勵磁、同步采樣技術以獲得一體化污水流量計*佳的零點穩定性，進一步提高抗工頻干擾和極化電勢干擾的能力。
80年代末采用雙頻矩形波勵磁技術，既克服流體介質產生的泥漿干擾和流體流動噪聲，又具有低頻矩形波勵磁一體化污水流量計的零點穩壓性，實現一體化污水流量計零點穩定性、抗干擾能力和響應速度的*佳統一，從而提高一體化污水流量計抗干擾能力，是目前*有效的抗干擾措施。
4技術特點
4. 1優點
(1)由于測量導管內部沒有活動或突出部件，測量壓力損失極小。
(2)一般情況，只要是導電率大于5 X 10-異an的液體均可測量。被測介質可以是含有固體顆粒或懸浮物的流體、泥漿等，也可以是酸、堿等腐蝕性液體。
(3)流量計輸出信號不受液體溫度、壓力、密度等影響，且輸出電流與體積流量成線性關系。
(4)量程比較高，可達100 '1;測量口徑范圍大，能測1 mm.r2m以上;測量精度一般優于0.500}
(S一體化污水流量計反應迅速，可以測量脈動信號。
4. 2缺點
(1被測液體必須導電。
(2)不能測量氣體、蒸汽和石油制品等。
(3)由于襯里采制的原因，一般使用溫度為0一200℃o
(4)由于電極是鑲裝在測量導管上的，一般*高工作壓力為0.25Mpa
5安裝注意事項
(1)為減少干擾，一體化污水流量計應安裝在沒有強電場的環境，附近也不應有大的用電設備。
(2)需將傳感器的“地”與轉換器的“地”用一根導線連接起來，并用接地線將其深埋地下。
(3)在一體化污水流量計安裝完畢后，應測量一下接地電阻，接地電阻越小越好。若阻值偏大，通常的做法是將傳感器和轉換器分別接地，可減少由雜散電流引起的干擾電勢。
(4)為防止傳感器中沉積物或氣泡積存，傳感器*好垂直安裝，被測液體自下而上流動。如條件不允許，也應使傳感器低于出口管，以免積存氣體;同時應保證測量電極在同一水平線上。
(S)電極要求與襯里齊平，以便流體通過時不受阻礙。電極的安裝位置宜在管道的水平方向，以防止沉淀物堆積在電極上而影響測量精度。
(6)為保證被測液體流速分布軸對稱，傳感器前應有一定長度的直管段。上流側如有彎頭、三通、異徑管等，傳感器前應有5倍管徑的直管段，如有各種閥門，應有10倍管徑的直管段;下流側的直管段可以短于上流側。
(7)為方便檢修傳感器，可增加旁路管，這樣只要關閉傳感器兩端管道上閥門就可以進行調零操作。
(8信號線應單獨穿人接地鋼管，不允許和電源線穿在一個鋼管里。信號線一定要用屏蔽線，長度不得大于30m若要求加長信號線，必須采用一定的措施，如采用雙層屏蔽電纜、屏蔽驅動等。
(9)被測液體的流動方向應為傳感器規定的方向，否則流量信號相移180幾相敏檢波不能檢出流量信號，儀表將沒有輸出。
(10)被測流體的流速也有一定的限制，*低流諫不能低干儀表量程的10 },*高流諫不韶討10 m/ s
6常見故障及處理方法
6. 1故障類型
按照故障發生時期可分為:(1碉試期故障，出現在新裝用后調試初期，主要原因是儀表選用或設定不當、安裝不妥等。(2行期故障，在運行一段時期后出現，主要原因有流體中雜質附著電極襯里、環境條件變化出現新干擾源等。
6.1.1調試期故障
(1)安裝方面 通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，如將傳感器安裝在易積聚氣體的管網*高點;安裝在自上而下的垂直管上，可能出現排空;傳感器后無背壓，流體直接排人大氣造成測量管非滿管。
(2)環境方面
通常主要是管道雜散電流干擾、空間強電磁波干擾、大型電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾一般可采用單獨接地消除;若遇到強大的雜散電流，可采取另外措施使傳感器與管道絕緣等。空間電磁波干擾一般經信號電纜引人，通常采用單層或多層屏蔽予以消除。
(3)流體方面
通常被測液體中含有均勻分布的微小氣泡不會影響一體化污水流量計的正常工作，但隨著氣泡的增大，儀表輸出信號會出現波動。當氣泡大到遮蓋整個電極表面時，會使電極回路瞬間斷路而使輸出信號出現更大的波動。
測量混合介質時，如果混合未均勻就進人流量傳感進行測量，會使輸出信號產生波動。電極材料與被測介質選配不當，也將由于化學作用或極化現象而影響正常測量。
6. 1. 2運行期故障
(1傳感器內壁附著層 由于一體化污水流量計常用來測量臟污流體，運行一段時間后，會在傳感器測量導管內壁積聚附著層而產生故障，這些故障往往是由于附著層的電導率太大或太小造成的。若附著物為絕緣層，則電極回路將出現斷路，儀表不能正常工作。若附著層電導率顯著高于流體電導率，則電極回路將出現短路，儀表也不能正常工作。
(2)雷電打擊
雷擊容易在儀表線路中感應出高電壓和浪涌電流，使儀表損壞。它主要通過電源線或勵磁線圈或傳感器與轉換器之間的流量信號線等途徑引人，尤其是從控制室電源線引人占絕大部分。
(3)環境條件變化
在調試期間由于環境條件較好，流量計工作正常。一旦環境條件變化，運行期間出現新的干擾源咖在流量計附近管道上進行電焊、附近安裝大型變壓器等天就會干擾儀表的正常工作，流量計的輸出信號就會出現波動。
6. 2故障現象及處理方法
6. 2. 1通電后無流量信號輸出 (1供電電源或接線不正確，檢查供電電源或接線是否與說明書要求一致。
(2)保險絲熔斷，用萬用表檢查保險絲，并更換。
(3管道內無流量，確認閥門是否開啟。
(4)轉換器內電路板損壞，可用替代法進行檢查，并更換。
6. 2. 2管道內無流量卻有信號輸出
(1電磁波干擾，檢查信號電纜，進行屏蔽處理。
(2)雜散電流干擾，檢查接地電阻，重新接地。
(3)傳感器參數設置不正確，重新設置參數，減少增益。6.23輸出信號波動大
(1)被測液體內含有大量的氣泡或被測液體未混合均勻，改變傳感器安裝位置。
(2)管道震動或抖動大，在流量計上流2一31處加裝固定支架。
(3)電極材料選型不恰當，重新選擇電極。
6.24測量值與真實值偏差大
(1安裝位置不正確，按要求重新進行安裝。
(2)傳感器測量導管內有附著物，拆下清洗。
(3)傳感器襯里磨損嚴重，檢查并更換。
(4)參數設置不正確，根據實際情況重新設定參數。
7結束語
由于電子技術的飛速發展，元器件的集成化、小型化、智能化，使一體化污水流量計轉換器的體積大大減小。矩形波激磁和非均勻磁場等技術的使用，使傳感器要求使用測量直管長度也進一步縮短，體積縮小，重量減輕。近幾年一體化污水流量計的主攻方向是口徑為200以下、傳感器與轉換器結合在一起的智能型一體化污水流量計。