1、選型要素

污泥流量計選型原則應遵循在滿足測量現(xiàn)場的工況條件，達到流量計的精度與功能，性價比*高的。主要有工況、轉(zhuǎn)換器、電纜線和傳感器四個選型要素。

 

1.1 工況選型

（1）滿足被測量介質(zhì)的電導率要求

介質(zhì)電導率限制條件為б≥ 1-5us/cm（б水>20us/cm），不能測量非導電介質(zhì),如氣體、油類。

這個條件在水務行業(yè)一般都能滿足，但隨著水處理工藝的改進，有些水廠采用膜處理工藝，出水電導率較低，需要在選型的時候考慮低電導率使用專用污泥流量計。

 

（2）選擇合適口徑的傳感器

污泥流量計實質(zhì)是測量介質(zhì)的流速，它是速度式流量計。一般電磁流量計推薦流速在0.3m/s-5m/s，在這個范圍內(nèi)，流量計測量精度高、線性好、水力損耗小、介質(zhì)對流量計傳感器襯里和電*的磨損也較小。以某品*電磁流量計選型樣本提供的流速曲線為例（見圖3），可以看出流量越小、流速越慢，測量誤差越大，曲線在0.3m/s處存在拐點。

圖3 三種不同型號流量計流速曲線

 

得出圖3的流速曲線有一個前提條件，就是保證流量計前后直管段的要求。為了使流過傳感器介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定，測量精度不受流速分布影響，通常對流量計直管段長度要求上游10D、下游5D（D為電磁流量計口徑），如圖4所示。直管段是從污泥流量計傳感器中點算起，并是不很多人以為的法蘭連接處算起。

圖4 對傳感器上游側直管段的要求

 

所以在有些流速偏低工況下，為了使污泥流量計工作在合適的流速范圍，允許有一定的壓力損失時，可以選擇流量計傳感器的口徑小于管道口徑，在儀表前后增加異徑管，提高介質(zhì)流速。異徑管的中心錐角α不大于15°，可以視為直管，如圖5。

圖5 異徑管的中心錐角圖示

 

（3）流量計流速、口徑、流量對應表

表1 流量計流速—口徑—流量對應表

 

1.2 轉(zhuǎn)換器選型

轉(zhuǎn)換器接收傳感器微弱的電壓信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將被測介質(zhì)的瞬時流量、累積流量等信息顯示，并具有通訊接口輸出流量計各種數(shù)據(jù)。

 

（1）精度等級選擇

一般流量計廠家都會有不同精度的轉(zhuǎn)換器可供選擇，精度越高價格越貴，常規(guī)轉(zhuǎn)換器精度±0.2%～±0.5%可供選擇。一般在貿(mào)易結算場合會選配高精度轉(zhuǎn)換器，在水處理藥劑投加等場合會選配相對精度低、性價比合適的轉(zhuǎn)換器。

 

（2）供電方式選擇

根據(jù)流量計不同安裝場合，可根據(jù)需要選擇電池、AC100 - 230V、DC 24V等供電方式。現(xiàn)在有流量計廠家轉(zhuǎn)換器可以自適應電源，不論AC 230V還是DC 24V輸入都能正常工作。

 

（3）輸出、通訊方式選擇

一般情況下，轉(zhuǎn)換器帶有4-20mA電流、脈沖輸出等，用來輸出瞬時流量、累計流量等狀態(tài)。還可根據(jù)需要選擇Modbus、PROFIBUS-DP、Profibus-PA通訊方式，數(shù)字通訊相比于開關量或模擬量輸出，在抗干擾、傳輸距離、數(shù)據(jù)準確性上更好，但價格也相應的更貴。

 

1.3 電纜線選型

電纜線一般有兩根，一根信號電纜：將傳感器電*信號傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器輸入端；另一根勵磁電纜：給傳感器勵磁線圈供電。針對IP68的傳感器，選擇合適的電纜線長度就顯得尤為重要。電纜線太短，需要加長電纜線以及相應的接線盒、密封膠水；電纜線太長，增加成本、穿線施工難度、受信號干擾的可能性等。多少長度的電纜線和介質(zhì)的電導率有關，當介質(zhì)電導率很低的時候，電容效應會使電路電壓發(fā)生改變。

式中

Ei  傳輸時轉(zhuǎn)換器輸入端流量信號；

Ri  轉(zhuǎn)換器輸入電阻；

r  傳感器電*間電阻

E 傳感器二電*感應流量信號；

當Ri＞＞r，C0（連接電纜二線間分布電容）很小時，Ei≈E；當介質(zhì)電導率很低，轉(zhuǎn)換器輸入電壓衰減Ei，而C0分布電容并聯(lián)效應顯著，且波形發(fā)生畸變。當被檢測介質(zhì)電導率低，傳感器與轉(zhuǎn)換器間距長時，使用多重屏蔽電纜的概率越高。

圖6 A型連接電纜

 

圖6 B型連接電纜

 

以某品*污泥流量計選型樣本提供的電導率和電纜長度曲線為例，其中A型電纜為雙芯雙屏蔽DS300、B型電纜為雙芯三屏蔽BTS300。像浙江省一般水庫原水電導率在100us/cm左右，安裝所需電纜線小于100米，選A型即可，超過100米，需要選B型。

圖7 電纜線選擇圖

 

1.4 傳感器選型

傳感器由導管、襯里、電*、線圈、外殼、法蘭和接線盒組成。其中襯里、電*直接和介質(zhì)接觸，需要根據(jù)被測介質(zhì)的物理化學特性選型。

 

1.4.1 電*選型

（1）材質(zhì)選型

電*對被測量介質(zhì)的耐腐、抗磨蝕、無電化學反應是選擇材質(zhì)考慮的因素。常用金屬材料有含鉬耐酸鋼、哈氏合金B(yǎng)、哈氏合金C、鈦、鉭、鉑銥合金等。由于介質(zhì)種類繁多,其腐蝕性又受溫度、濃度、流速等復雜因素影響而變化,生產(chǎn)廠僅能給出很粗略的各種電*的適用范圍。電*材質(zhì)的選擇可從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設備的應用實例和以往的經(jīng)驗來確定。浙江某自來水廠用于計量5-10%次氯酸鈉投加，電*材質(zhì)選擇了哈氏合金，在運行使用1年多的時間后，出現(xiàn)傳感器故障，返廠檢測發(fā)現(xiàn)電*腐蝕，后我司選擇鈦電*材質(zhì)，現(xiàn)運行情況良好。水行業(yè)常規(guī)選型詳見表2。

 

（2）形式選型

不同廠家會有不同形式的電*可供選擇，如刮刀電*、可更換電*、彈型電*等。刮刀電*可手動清除電*表面污垢；可更換電*可在線拆下清洗電*；彈型電*可通過水流自清洗。在容易積垢的場合，如自來水廠原水管道可考慮選用以上三種形式電*，但是帶刮刀電*的傳感器對口徑有要求，一般需要口徑大于DN350。對于刮刀電*、可更換電*在操作拆卸中存在漏水可能，需要特別注意。在現(xiàn)在有的流量計廠家轉(zhuǎn)換器有電*清洗電路(ECC)，轉(zhuǎn)換器可定期釋放電壓脈沖，避免磁性物質(zhì)在電*上的積存。在浙江省的污水廠，拆卸整個傳感器后清洗電*，效果更好。

 

1.4.2 襯里選型

常用襯里材料有氯丁橡膠、聚氨酯橡膠、氟塑料、陶瓷等。

 

氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如自來水、污廢水。

 

聚氨酯橡膠有*好的耐磨耗性，但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當于天然橡膠的10倍，適用于水處理石灰、活性炭等溶液。

 

氟塑料主要有聚四氟乙烯、聚全氟已丙烯、聚氟合乙烯等，具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性，但耐磨性，抗負壓性差。后開發(fā)各種改性材質(zhì)，如在襯里中加金屬網(wǎng)，加強了與測量管之間的結合力，改善了抗負壓性能，可用于水處理次氯酸鈉、PAC等溶液。

 

水行業(yè)常規(guī)的襯里選擇基本上就以上三種。另襯里的耐溫性能有時也需要考慮，如處理印染廢水，水溫會比較高。

 

1.4.3 法蘭

水行業(yè)中污泥流量計傳感器和管道的連接基本采用法蘭連接。

 

法蘭有國標、德標、國際標準、美標等，因流量計很多為進口品*，法蘭標準一定要選正確。

 

法蘭的壓力等級也一定要選擇正確，1）如果是舊款更換為新款、不同品*之間流量計的更換，則法蘭壓力等級一定要和初始流量計一致；2）如果是新裝流量計，則根據(jù)設計規(guī)范要求，流量計、管道和伸縮節(jié)選擇匹配壓力等級。口徑大于DN1200的流量計標配壓力等級通常為PN6，會與現(xiàn)場管道常規(guī)的PN10不一致，需要注意。另如水庫出水流量計，選型時需要根據(jù)現(xiàn)場水位落差，提高法蘭壓力等級。

 

法蘭材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼等可供選擇。

 

另現(xiàn)在有流量計廠家還有松套法蘭安裝方式可供選擇，方便拆裝。

 

密封墊片在法蘭連接的安裝時必定會用到，同樣需要根據(jù)介質(zhì)進行合適選擇，不然會發(fā)生腐蝕導致法蘭連接處漏液。如水廠消毒需要加次氯酸鈉的流量計密封墊片需要采用氟橡膠。

 

1.4.3 接地環(huán)

當工藝管道為塑料或絕緣襯里金屬管時，需安裝接地環(huán)，以便污泥流量計取得參考電位。原則上接地環(huán)材質(zhì)需要和電*材質(zhì)一致。對于小口徑污泥流量計，接地環(huán)的價格基本是能夠接受的，即使是貴金屬材質(zhì)。但是對于較大口徑的產(chǎn)品，如果涉及到必須使用貴金屬材質(zhì)的接地環(huán)，如鉭、鉑等，則價格非常昂貴。這種情況下可以考慮使用以PTFE為主體，上附貴金屬絲或金屬條的接地環(huán)，不過這種形式的接地環(huán)因接觸面積變小，接地效果一般。另外如果需要使用哈氏合金電*的工況，可以配活性比哈氏合金更高的316L接地環(huán)，讓介質(zhì)先腐蝕316L接地環(huán)，從而保護電*，但這種方式的問題在于需要定期更換接地環(huán)。現(xiàn)在有流量計廠家傳感器帶有接地電*，或者轉(zhuǎn)換器帶有虛擬接地功能，可以不需要裝接地環(huán)，具體采用哪種方式，算上價格因素綜合考慮。

 

2 選型總結

根據(jù)使用經(jīng)驗，對水務行業(yè)常規(guī)會用到的傳感器電*和襯里材質(zhì)做一些總結。腐蝕問題非常復雜, 工程上沒有100%確保，*好的方法是經(jīng)驗法，經(jīng)驗來自于使用。耐腐蝕的能力與材料的成本是成正比例的，達到壽命與成本的平衡點是較理想的。

表2 電*襯里選型總結表