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原水流量计如何选型

发布时间:2021-09-11   点击次数:

1、选型要素
原水流量计选型原则应遵循在满足测量现场的工况条件,达到流量计的精度与功能,性价比最高的。主要有工况、转换器、电缆线和传感器四个选型要素。
 
1.1 工况选型
(1)满足被测量介质的电导率要求
介质电导率限制条件为б≥ 1-5us/cm(б水>20us/cm),不能测量非导电介质,如气体、油类。
这个条件在水务行业一般都能满足,但随着水处理工艺的改进,有些水厂采用膜处理工艺,出水电导率较低,需要在选型的时候考虑低电导率使用专用原水流量计。
 
(2)选择合适口径的传感器
原水流量计实质是测量介质的流速,它是速度式流量计。一般原水流量计推荐流速在0.3m/s-5m/s,在这个范围内,流量计测量精度高、线性好、水力损耗小、介质对流量计传感器衬里和电极的磨损也较小。以某品牌原水流量计选型样本提供的流速曲线为例(见图3),可以看出流量越小、流速越慢,测量误差越大,曲线在0.3m/s处存在拐点。
 
得出图3的流速曲线有一个前提条件,就是保证流量计前后直管段的要求。为了使流过传感器介质流态稳定,测量精度不受流速分布影响,通常对流量计直管段长度要求上游10D、下游5D(D为原水流量计口径),如图4所示。直管段是从原水流量计传感器中点算起,并是不很多人以为的法兰连接处算起。
 
所以在有些流速偏低工况下,为了使原水流量计工作在合适的流速范围,允许有一定的压力损失时,可以选择流量计传感器的口径小于管道口径,在仪表前后增加异径管,提高介质流速。异径管的中心锥角α不大于15°,可以视为直管,如图5。
 
(3)流量计流速、口径、流量对应表
 
1.2 转换器选型
转换器接收传感器微弱的电压信号,通过模数转换将被测介质的瞬时流量、累积流量等信息显示,并具有通讯接口输出流量计各种数据。
 
(1)精度等级选择
一般流量计厂家都会有不同精度的转换器可供选择,精度越高价格越贵,常规转换器精度±0.2%~±0.5%可供选择。一般在贸易结算场合会选配高精度转换器,在水处理药剂投加等场合会选配相对精度低、性价比合适的转换器。
 
(2)供电方式选择
根据流量计不同安装场合,可根据需要选择电池、AC100 - 230V、DC 24V等供电方式。现在有流量计厂家转换器可以自适应电源,不论AC 230V还是DC 24V输入都能正常工作。
 
(3)输出、通讯方式选择
一般情况下,转换器带有4-20mA电流、脉冲输出等,用来输出瞬时流量、累计流量等状态。还可根据需要选择Modbus、PROFIBUS-DP、Profibus-PA通讯方式,数字通讯相比于开关量或模拟量输出,在抗干扰、传输距离、数据准确性上更好,但价格也相应的更贵。
 
1.3电缆线选型
电缆线一般有两根,一根信号电缆:将传感器电极信号传输到转换器输入端;另一根励磁电缆:给传感器励磁线圈供电。针对IP68的传感器,选择合适的电缆线长度就显得尤为重要。电缆线太短,需要加长电缆线以及相应的接线盒、密封胶水;电缆线太长,增加成本、穿线施工难度、受信号干扰的可能性等。多少长度的电缆线和介质的电导率有关,当介质电导率很低的时候,电容效应会使电路电压发生改变。
 
式中
Ei  传输时转换器输入端流量信号;
Ri  转换器输入电阻;
r  传感器电极间电阻
E 传感器二电极感应流量信号;
当Ri>>r,C0(连接电缆二线间分布电容)很小时,Ei≈E;当介质电导率很低,转换器输入电压衰减Ei,而C0分布电容并联效应显著,且波形发生畸变。当被检测介质电导率低,传感器与转换器间距长时,使用多重屏蔽电缆的概率越高。
 
以某品牌原水流量计选型样本提供的电导率和电缆长度曲线为例,其中A型电缆为双芯双屏蔽DS300、B型电缆为双芯三屏蔽BTS300。像浙江省一般水库原水电导率在100us/cm左右,安装所需电缆线小于100米,选A型即可,超过100米,需要选B型。
 
1.4 传感器选型
传感器由导管、衬里、电极、线圈、外壳、法兰和接线盒组成。其中衬里、电极直接和介质接触,需要根据被测介质的物理化学特性选型。
 
1.4.1 电极选型
(1)材质选型
电极对被测量介质的耐腐、抗磨蚀、无电化学反应是选择材质考虑的因素。常用金属材料有含钼耐酸钢、哈氏合金B、哈氏合金C、钛、钽、铂铱合金等。由于介质种类繁多,其腐蚀性又受温度、浓度、流速等复杂因素影响而变化,生产厂仅能给出很粗略的各种电极的适用范围。电极材质的选择可从使用者借鉴该介质在其他设备的应用实例和以往的经验来确定。浙江某自来水厂用于计量5-10%次氯酸钠投加,电极材质选择了哈氏合金,在运行使用1年多的时间后,出现传感器故障,返厂检测发现电极腐蚀,后我司选择钛电极材质,现运行情况良好。水行业常规选型详见表2。
 
(2)形式选型
不同厂家会有不同形式的电极可供选择,如刮刀电极、可更换电极、弹型电极等。刮刀电极可手动清除电极表面污垢;可更换电极可在线拆下清洗电极;弹型电极可通过水流自清洗。在容易积垢的场合,如自来水厂原水管道可考虑选用以上三种形式电极,但是带刮刀电极的传感器对口径有要求,一般需要口径大于DN350。对于刮刀电极、可更换电极在操作拆卸中存在漏水可能,需要特别注意。在现在有的流量计厂家转换器有电极清洗电路(ECC),转换器可定期释放电压脉冲,避免磁性物质在电极上的积存。在浙江省的污水厂,拆卸整个传感器后清洗电极,效果更好。
 
1.4.2 衬里选型
常用衬里材料有氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟塑料、陶瓷等。
氯丁橡胶用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体,如自来水、污废水。
聚氨酯橡胶有极好的耐磨耗性,但耐酸碱的腐蚀性较差。它的耐磨性相当于天然橡胶的10倍,适用于水处理石灰、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,具有优良的耐化学腐蚀性,但耐磨性,抗负压性差。后开发各种改性材质,如在衬里中加金属网,加强了与测量管之间的结合力,改善了抗负压性能,可用于水处理次氯酸钠、PAC等溶液。
水行业常规的衬里选择基本上就以上三种。另衬里的耐温性能有时也需要考虑,如处理印染废水,水温会比较高。
 
1.4.3法兰
水行业中原水流量计传感器和管道的连接基本采用法兰连接。
法兰有国标、德标、国际标准、美标等,因流量计很多为进口品牌,法兰标准一定要选正确。
法兰的压力等级也一定要选择正确,
1)如果是旧款更换为新款、不同品牌之间流量计的更换,则法兰压力等级一定要和初始流量计一致;
2)如果是新装流量计,则根据设计规范要求,流量计、管道和伸缩节选择匹配压力等级。口径大于DN1200的流量计标配压力等级通常为PN6,会与现场管道常规的PN10不一致,需要注意。另如水库出水流量计,选型时需要根据现场水位落差,提高法兰压力等级。
法兰材质有碳钢、不锈钢等可供选择。
另现在有流量计厂家还有松套法兰安装方式可供选择,方便拆装。
密封垫片在法兰连接的安装时必定会用到,同样需要根据介质进行合适选择,不然会发生腐蚀导致法兰连接处漏液。如水厂消毒需要加次氯酸钠的流量计密封垫片需要采用氟橡胶。
 
1.4.3接地环
当工艺管道为塑料或绝缘衬里金属管时,需安装接地环,以便原水流量计取得参考电位。原则上接地环材质需要和电极材质一致。对于小口径原水流量计,接地环的价格基本是能够接受的,即使是贵金属材质。但是对于较大口径的产品,如果涉及到必须使用贵金属材质的接地环,如钽、铂等,则价格非常昂贵。这种情况下可以考虑使用以PTFE为主体,上附贵金属丝或金属条的接地环,不过这种形式的接地环因接触面积变小,接地效果一般。另外如果需要使用哈氏合金电极的工况,可以配活性比哈氏合金更高的316L接地环,让介质先腐蚀316L接地环,从而保护电极,但这种方式的问题在于需要定期更换接地环。现在有流量计厂家传感器带有接地电极,或者转换器带有虚拟接地功能,可以不需要装接地环,具体采用哪种方式,算上价格因素综合考虑。
 
2、选型总结
根据使用经验,对水务行业常规会用到的传感器电极和衬里材质做一些总结。腐蚀问题非常复杂, 工程上没有100%确保,最好的方法是经验法,经验来自于使用。耐腐蚀的能力与材料的成本是成正比例的,达到寿命与成本的平衡点是较理想的。

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