污水处理中的管道式流量计选型

摘要：针对污水处理场合的实际特点,在综合考虑了污水流量测量安全性、准确性和经济性等指标后,为污水处理单位选定了两种管道式流量计,并对其性能进行了综合性比较。 

1、引言 

流量计量是计量科学的重要组成部分,同时推动与支持了国民经济的发展,然而流量计却是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。因此在针对某一现实工矿场合进行流量计量的时候,应从实际情况出发,综合地考虑测量的安全性、准确性和经济性等指标,才能最终实现较好的流量测量。 

2、针对污水处理单位的实际工况特点选择管道式流量计 

污水处理单位作为接收从污染源排出的污染物总量或浓度较高、达不到排放标准要求或不适应环境容量要求的污（废）水,并对其进行人工强化处理的环节，随时需要流量信息,以确定系统的运行状态,以及污水信息上传。为了达到综合效益的最大化,应从安全性、准确性和经济性等指标,对污水处理厂污水流量计选型,进行逐一考查。 

2.1安全性 

污水处理厂需要安装流量计的场合,一般不会设有复杂密集的机械装置、电气装置,所以不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故。污水处理单位在运行中会产生大量气体,如甲烷、CO、硫化氢等。其中有些气体当达到一定浓度时,是存在安全隐患的,所以在选择流量计时,流量计的防爆性应加以考虑。 

2.2准确性 

为了达到对污水测量的准确性,应全面分析设置在污水处理单位的流量计的工作对象及其特点,从中找到选择流量计的依据,以及使用时的注意事项。 

2.2.1被测量的介质 

污水处理单位的被处理介质是污水,但是污水的来源不尽相同,各来源污水的各个指标参数也有所差别,因此首先应考虑污水的来源。 

（1）生活污水是人们在日常生活中使用过的,并被生活废料所污染的水。其水质、水量随季节而变化,一般夏季用水相对较多,浓度低；冬季相应量少,浓度高。生活污水一般不含有毒物质,主要污染物有有机物、无机盐类等,且多悬浮物。 

（2）工业废水是在工矿生产活动中产生的废水,工业废水可分为生产污水与生产废水。生产污水是在生产过程中形成、并被生产原料、半成品或成品等原料所污染,也包括热污染（指生产过程中产生的、水温超过60℃）的水；生产废水是在生产过程中形成,但未直接参与生产工艺、未被生产原料、半成品或成品等原料所污染或只是温度少有上升的水。生产污水需要进行净化处理；生产废水不需要净化处理或仅需做简单的处理,如冷却处理。生产污水,它与生产行业有关系,不同的生产行业,或是同一行业不同的生产工艺其污染物也是有很大别的。生产污水中主要污染物不外乎：有机需氧物质、化学毒物、无机固体悬浮物、重金属、酸、碱、植物营养物质、病原体等。 

（3）被污染的雨水主要是指初期雨水。由于初期雨水冲刷了地表的各种污染物,污染程度很高,故宜作净化处理。 

由此可见,对于污水处理单位而言,被测量的介质是混合介质,含有一定的悬浮物质等污物,因其含有大量物质,往往具有一定的酸碱性、腐蚀性、导电性。由于污水中悬浮物质且具有一定的腐蚀性,对于如涡轮式流量计、容积式流量计、差压式流量计、转子（浮子）流量计等接触式的流量计,如果进行长时间的测量,污水中污物可能将流量计堵塞,腐蚀流量计的工作元件,使流量计不能正常工作。所以在测量污水流量时,最好应选用非接触式的流量计,以免被污水侵蚀无法长时间正常工作。 

2.2.2被测量介质的温度 

污水处理单位通常是在常温常压运行,因此可认为被测介质的温度为常温,所以在进行流量计的选择时,无需过多考虑。 

2.2.3被测量介质的压力 

污水处理单位通常是在常温常压运行,因此可认为被测介质的温度为常压,所以在进行流量计的选择时,无需过多考虑。 

2.2.4被测量介质的流量 

对于不同的污水处理单位,其处理能力有所不同,其管道直径大小也不同,需要根据具体的污水处理单位进行实际的分析。当管道的直径较小时,多数的流量计是能胜任的。由于有些流量计,如差压流量计,安装时要求安装点前后应有数倍管道直径的直管段长度,但当管径较大时,这点是很难做到的。在测量大口径管道流量时,电磁流量计、超声波流量计和插入式流量计具有较大的优势。但是结合上述对污水本身含有悬浮物且具有一定腐蚀性的特点的分析,插入式流量计在污水处理单位这样的工况场合,一般应用较少,不予考虑。 

2.3经济性 

在测量精度方面,电磁流量计要比超声波流量计要高,但是两者的价格都会随着管径的增大而增大。超声波流量计的测量精度会随着管径的增大,变得精确。在实际应用时,应在充分考虑实际要求精度、管径等因素,作出决定。 

根据以上的分析,电磁流量计其测量的精度较高,而超声波流量计的测量精度会随着管径的增大,变得精确。考虑到一般性,较好地面向不同的污水处理单位,故本文给出了电磁流量计与超声波流量计,作为污水处理单位流量计选型的备选方案。针对具体污水处理单位,应根据实际工况,如管径的大小、要求的测量精度等,灵活的选择电磁流量计与超声波流量计,以达到较好的效果。 

3、电磁流量计与超声波流量计 

3.1电磁流量计 

电磁流量计的测量是基于法拉第电磁感应定律,导电介质在电磁场中作切割磁力线运动时,导体会产生电动势为Ed,而该电动势Ed与被测介质流量（流速）成正比。正因为电动势只与介质的流速有关,所以电磁流量计一般不受温度、压力、粘度、密度等其他外界因素的干扰。另外,流量元件检测出的最初信号,是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压,它与流体的其他性质无关,具有很大的优越性。 

根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性,测量污水的流量,电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小,安装、操作、维护方便。近几年电磁流量计测量系统在逐步智能化,仪表整体密封加强,能够保证在较恶劣的环境下正常工作。鉴于污水具有一定的腐蚀性,在安装电磁流量计时可选用氯丁橡胶衬里,含钼不锈钢（OCrI8Ni12Mo2Ti）电极,这样就可满足污水流量测量的要求。 

3.2超声波流量计 

目前超声波流量计大致分为两种：一种为多普勒超声波流量计,一种是时差式超声波流量计。多普勒流量计是利用相位差法测量流速从而测得流量的方法,即当某一已知频率的声波在水中运动时,由于液体本身有一种运动速度,导致超声波在两接收器之间的频率或相位发生相对变化,通过测量这一相对变化就可获得液体速度,从而测得流量；时差型流量计是利用时间差法测量流速,即某一速度的声波由于流体而使得其在两接收器之间传播速度发生变化,通过测量这一相对变化就可获得流体流速。在实际应用中我们多采用的是时差型流量计。 

它适用于能传播超声波的均匀液体和流速较高的气体。介质温度范围-10～100℃,介质压力不受限制。具有量程比宽,不受流体的黏度、密度的影响、能测强腐蚀介质等特点。超声波流量计真正的优势是用于测量大口径管道流量,如污水处理厂这种用水量大、管径大的用户。 

4、流量计选型案例分析 

4.1针对某污水处理厂管道式流量计选型 

该污水处理厂是杭州市最大的污水处理厂,其污水来源主要是来自杭州市三污干管、市经济技术开发区及余杭区的工业及生活污水,其处理的污水来源广泛,既包括有工业场合的生产废水,又有市民产生的生活污水,具有代表性。污水中含有一定的悬浮物质等污物,具有一定的酸碱性、腐蚀性、导电性。 

该处理厂满负荷运转每天能处理60万t污水,相当于杭州目前40%左右的排污量。可见该处理厂的污水处理能力较强,所以这也决定了在污水处理流程中输送污水的管道的直径也是较大的。经过实际的考查,了解到在提升泵前的管道直径分别为1 800～2 200mm。 

根据该处理厂的实际特点,在进行流量计的选型时,主要的参考依据是该处理厂的管道直径、提升泵前后的直管长度以及流体介质。污水处理厂管道内介质具有导电性,且包含悬浮颗粒,因此从原理上电磁流量计和超声波（多普勒）流量计都可以应用。 

虽然在测量精度方面,电磁流量计要比超声波流量计高,但是其价格随着管道直径的增大趋势快于超声波流量计,在测量大直径的管道流量时,其经济性较差。针对该处理厂管径较大的情况,电磁流量计和超声波（多普勒）流量计都可作为备选方案。若流量计安装位置前后能有5～8m（最少3～5m）的直管段,则可以考虑用电磁流量计；若无法保证足够的直管段、或管道施工不便,则考虑用超声波（多普勒）流量计。 

4.2针对某乳业公司的管道式流量计选型 

该乳业公司其产生的污水主要是乳品废水,其具有有机物浓度高,油脂含量高,营养物质浓度高的特点,易腐败,经过24h浮渣就会变黑且产生臭味。其排放污水中有机质的含量较高,但是根据其提供的污水处理厂流程图,可知其污水中也包含一定的生活污水、污物,具有一定导电性。 

根据其提供资料,可知其潜水泵泵后的管径为80mm,管径较小。根据该乳业公司提供的：该乳业公司2011年4～6月数据报表中的流量数据,可知在这段时间内的平均流量较小,但由于为间断性排水,因此数据无法反映出管道的平均瞬时流量和最大瞬时流量。根据一般经验,潜水泵出口管流速一般不大于3m/s；或者可以根据潜水泵的名牌数据估算出口流量,并据此选择流量计量程。 

针对该乳业公司实际工况,选择超声波流量计的成本过于高昂；选择电磁流量计是比较合适的。由于其管径较小,使用电磁流量计的成本不会很高,而且使用电磁流量计,可以达到较为准确的测量结果。 

5、结语 

根据流量的选型原则,综合考虑了污水处理单位的实际工况特点,提出电磁流量计和超声波流量计作为污水处理单位管道式流量计选型的备选方案。电磁流量计精度较高,可被用作结算计量仪表使用；超声波流量计在测量大管径流量方面具有优势,其测量精度会随着管径的增大。为了达到对污水处理厂流量更好地实时监控效果,出具更具权威性的测量结果，应用综合考虑,不同污水处理单位的实际情况,具体问题具体分析,以便选出具体场合下的最优的污水处理单位污水管道式流量测量装置。