污水計量中電磁流量計與超聲波流量計選型應用

摘要：針對污水處理場合的實際特點，在綜合考慮了污水流量測量安全性、準確性和經(jīng)濟性等指標后，為污水處理單位選定了兩種管道式流量計，并對其性能進行了綜合性比較。

1、引言

流量計量是計量科學的重要組成部分，同時推動與支持了國民經(jīng)濟的發(fā)展，然而流量計卻是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。因此在針對某一現(xiàn)實工礦場合進行流量計量的時候，應從實際情況出發(fā)，綜合地考慮測量的安全性、準確性和經(jīng)濟性等指標，才能*終實現(xiàn)較好的流量測量。

2、針對污水處理單位的實際工況特點選擇管道式流量計

污水處理單位作為接收從污染源排出的污染物總量或濃度較高、達不到排放標準要求或不適應環(huán)境容量要求的污（廢）水，并對其進行人工強化處理的環(huán)節(jié)，**需要流量信息，以確定系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以及污水信息上傳。為了達到綜合效益的*大化，應從安全性、準確性和經(jīng)濟性等指標，對污水處理廠污水流量計選型，進行逐一考查。

2.1安全性

污水處理廠需要安裝流量計的場合，一般不會設有復雜密集的機械裝置、電氣裝置，所以不會發(fā)生機械強度或電氣回路故障而引起事故。污水處理單位在運行中會產(chǎn)生大量氣體，如甲烷、CO、硫化氫等。其中有些氣體當達到一定濃度時，是存在安全隱患的，所以在選擇流量計時，流量計的防爆性應加以考慮。

2.2準確性

為了達到對污水測量的準確性，應全面分析設置在污水處理單位的流量計的工作對象及其特點，從中找到選擇流量計的依據(jù)，以及使用時的注意事項。

2.2.1被測量的介質(zhì)

污水處理單位的被處理介質(zhì)是污水，但是污水的來源不盡相同，各來源污水的各個指標參數(shù)也有所差別，因此*先應考慮污水的來源。

（1）生活污水是人們在日常生活中使用過的，并被生活廢料所污染的水。其水質(zhì)、水量隨季節(jié)而變化，一般夏季用水相對較多，濃度低；冬季相應量少，濃度高。生活污水一般不含有毒物質(zhì)，主要污染物有有機物、無機鹽類等，且多懸浮物。

（2）工業(yè)廢水是在工礦生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的廢水，工業(yè)廢水可分為生產(chǎn)污水與生產(chǎn)廢水。生產(chǎn)污水是在生產(chǎn)過程中形成、并被生產(chǎn)原料、半成品或成品等原料所污染，也包括熱污染（指生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的、水溫超過60℃）的水；生產(chǎn)廢水是在生產(chǎn)過程中形成，但未直接參與生產(chǎn)工藝、未被生產(chǎn)原料、半成品或成品等原料所污染或只是溫度少有上升的水。生產(chǎn)污水需要進行凈化處理；生產(chǎn)廢水不需要凈化處理或僅需做簡單的處理，如冷卻處理。生產(chǎn)污水，它與生產(chǎn)行業(yè)有關系，不同的生產(chǎn)行業(yè)，或是同一行業(yè)不同的生產(chǎn)工藝其污染物也是有很大別的。生產(chǎn)污水中主要污染物不外乎：有機需氧物質(zhì)、化學毒物、無機固體懸浮物、重金屬、酸、堿、植物營養(yǎng)物質(zhì)、病原體等。

（3）被污染的雨水主要是指初期雨水。由于初期雨水沖刷了地表的各種污染物，污染程度很高，故宜作凈化處理。

由此可見，對于污水處理單位而言，被測量的介質(zhì)是混合介質(zhì)，含有一定的懸浮物質(zhì)等污物，因其含有大量物質(zhì)，往往具有一定的酸堿性、腐蝕性、導電性。由于污水中懸浮物質(zhì)且具有一定的腐蝕性，對于如渦輪式流量計、容積式流量計、差壓式流量計、轉(zhuǎn)子（浮子）流量計等接觸式的流量計，如果進行長時間的測量，污水中污物可能將流量計堵塞，腐蝕流量計的工作元件，使流量計不能正常工作。所以在測量污水流量時，*好應選用非接觸式的流量計，以免被污水侵蝕無法長時間正常工作。

2.2.2被測量介質(zhì)的溫度

污水處理單位通常是在常溫常壓運行，因此可認為被測介質(zhì)的溫度為常溫，所以在進行流量計的選擇時，無需過多考慮。

2.2.3被測量介質(zhì)的壓力

污水處理單位通常是在常溫常壓運行，因此可認為被測介質(zhì)的溫度為常壓，所以在進行流量計的選擇時，無需過多考慮。

2.2.4被測量介質(zhì)的流量

對于不同的污水處理單位，其處理能力有所不同，其管道直徑大小也不同，需要根據(jù)具體的污水處理單位進行實際的分析。當管道的直徑較小時，多數(shù)的流量計是能勝任的。由于有些流量計，如差壓流量計，安裝時要求安裝點前后應有數(shù)倍管道直徑的直管段長度，但當管徑較大時，這點是很難做到的。在測量大口徑管道流量時，電磁流量計、超聲波流量計和插入式流量計具有較大的優(yōu)勢。但是結(jié)合上述對污水本身含有懸浮物且具有一定腐蝕性的特點的分析，插入式流量計在污水處理單位這樣的工況場合，一般應用較少，不予考慮。

2.3經(jīng)濟性

在測量精度方面，電磁流量計要比超聲波流量計要高，但是兩者的價格都會隨著管徑的增大而增大。超聲波流量計的測量精度會隨著管徑的增大，變得精確。在實際應用時，應在充分考慮實際要求精度、管徑等因素，作出決定。

根據(jù)以上的分析，電磁流量計其測量的精度較高，而超聲波流量計的測量精度會隨著管徑的增大，變得精確?？紤]到一般性，較好地面向不同的污水處理單位，故本文給出了電磁流量計與超聲波流量計，作為污水處理單位流量計選型的備選方案。針對具體污水處理單位，應根據(jù)實際工況，如管徑的大小、要求的測量精度等，靈活的選擇電磁流量計與超聲波流量計，以達到較好的效果。

3、電磁流量計與超聲波流量計

3.1電磁流量計

電磁流量計的測量是基于法拉*電磁感應定律，導電介質(zhì)在電磁場中作切割磁力線運動時，導體會產(chǎn)生電動勢為Ed，而該電動勢Ed與被測介質(zhì)流量（流速）成正比。正因為電動勢只與介質(zhì)的流速有關，所以電磁流量計一般不受溫度、壓力、粘度、密度等其他外界因素的干擾。另外，流量元件檢測出的*初信號，是一個與流體平均流速成精確線性變化的電壓，它與流體的其他性質(zhì)無關，具有很大的優(yōu)越性。

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)構緊湊、體積小，安裝、操作、維護方便。近幾年電磁流量計測量系統(tǒng)在逐步智能化，儀表整體密封加強，能夠保證在較惡劣的環(huán)境下正常工作。鑒于污水具有一定的腐蝕性，在安裝電磁流量計時可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCrI8Ni12Mo2Ti）電*，這樣就可滿足污水流量測量的要求。

3.2超聲波流量計

目前超聲波流量計大致分為兩種：一種為多普勒超聲波流量計，一種是時差式超聲波流量計。多普勒流量計是利用相位差法測量流速從而測得流量的方法，即當某一已知頻率的聲波在水中運動時，由于液體本身有一種運動速度，導致超聲波在兩接收器之間的頻率或相位發(fā)生相對變化，通過測量這一相對變化就可獲得液體速度，從而測得流量；時差型流量計是利用時間差法測量流速，即某一速度的聲波由于流體而使得其在兩接收器之間傳播速度發(fā)生變化，通過測量這一相對變化就可獲得流體流速。在實際應用中我們多采用的是時差型流量計。

它適用于能傳播超聲波的均勻液體和流速較高的氣體。介質(zhì)溫度范圍-10～100℃，介質(zhì)壓力不受限制。具有量程比寬，不受流體的黏度、密度的影響、能測強腐蝕介質(zhì)等特點。超聲波流量計真正的優(yōu)勢是用于測量大口徑管道流量，如污水處理廠這種用水量大、管徑大的用戶。

4、流量計選型案例分析

4.1針對某污水處理廠管道式流量計選型

該污水處理廠是杭州市*大的污水處理廠，其污水來源主要是來自杭州市三污干管、市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)及余杭區(qū)的工業(yè)及生活污水，其處理的污水來源廣泛，既包括有工業(yè)場合的生產(chǎn)廢水，又有市民產(chǎn)生的生活污水，具有代表性。污水中含有一定的懸浮物質(zhì)等污物，具有一定的酸堿性、腐蝕性、導電性。

該處理廠滿負荷運轉(zhuǎn)每天能處理60萬t污水，相當于杭州目前40％左右的排污量。可見該處理廠的污水處理能力較強，所以這也決定了在污水處理流程中輸送污水的管道的直徑也是較大的。經(jīng)過實際的考查，了解到在提升泵前的管道直徑分別為1800～2200mm。

根據(jù)該處理廠的實際特點，在進行流量計的選型時，主要的參考依據(jù)是該處理廠的管道直徑、提升泵前后的直管長度以及流體介質(zhì)。污水處理廠管道內(nèi)介質(zhì)具有導電性，且包含懸浮顆粒，因此從原理上電磁流量計和超聲波（多普勒）流量計都可以應用。

雖然在測量精度方面，電磁流量計要比超聲波流量計高，但是其價格隨著管道直徑的增大趨勢快于超聲波流量計，在測量大直徑的管道流量時，其經(jīng)濟性較差。針對該處理廠管徑較大的情況，電磁流量計和超聲波（多普勒）流量計都可作為備選方案。若流量計安裝位置前后能有5～8m（*少3～5m）的直管段，則可以考慮用電磁流量計；若無法保證足夠的直管段、或管道施工不便，則考慮用超聲波（多普勒）流量計。

4.2針對某乳業(yè)公司的管道式流量計選型

該乳業(yè)公司其產(chǎn)生的污水主要是乳品廢水，其具有有機物濃度高，油脂含量高，營養(yǎng)物質(zhì)濃度高的特點，易腐敗，經(jīng)過24h浮渣就會變黑且產(chǎn)生臭味。其排放污水中有機質(zhì)的含量較高，但是根據(jù)其提供的污水處理廠流程圖，可知其污水中也包含一定的生活污水、污物，具有一定導電性。

根據(jù)其提供資料，可知其潛水泵泵后的管徑為80mm，管徑較小。根據(jù)該乳業(yè)公司提供的：該乳業(yè)公司2016年4～6月數(shù)據(jù)報表中的流量數(shù)據(jù)，可知在這段時間內(nèi)的平均流量較小，但由于為間斷性排水，因此數(shù)據(jù)無法反映出管道的平均瞬時流量和*大瞬時流量。根據(jù)一般經(jīng)驗，潛水泵出口管流速一般不大于3m/s；或者可以根據(jù)潛水泵的名*數(shù)據(jù)估算出口流量，并據(jù)此選擇流量計量程。

針對該乳業(yè)公司實際工況，選擇超聲波流量計的成本過于高昂；選擇電磁流量計是比較合適的。由于其管徑較小，使用電磁流量計的成本不會很高，而且使用電磁流量計，可以達到較為準確的測量結(jié)果。

5、結(jié)語

根據(jù)流量的選型原則，綜合考慮了污水處理單位的實際工況特點，提出電磁流量計和超聲波流量計作為污水處理單位管道式流量計選型的備選方案。電磁流量計精度較高，可被用作結(jié)算計量儀表使用；超聲波流量計在測量大管徑流量方面具有優(yōu)勢，其測量精度會隨著管徑的增大。為了達到對污水處理廠流量更好地實時監(jiān)控效果，出具更具權威性的測量結(jié)果，應用綜合考慮，不同污水處理單位的實際情況，具體問題具體分析，以便選出具體場合下的*優(yōu)的污水處理單位污水管道式流量測量裝置。