水工业仪表的选型要点和注意事项

　 引水工程、自来水厂、污水处理厂进、出口水流量计量是水行业中的关键计量，是企业统计产量、生产成本、管网漏失和能源单耗等主要生产运行指标的重要依据，是水行业必不可少的计量环节。进出、水流量计量仪表的选型显得较为关键，如何正确选用流量仪表和提高计量检测水平是企业一项重要的工作。
　　
　　引水工程、自来水厂、污水处理厂进出口水流量计量使用的流量计与其它领域相比具有其特殊的要求。首先，流量计的口径比较大，一般DN300mm－DN1000mm的范围，国内已成功使用的电磁流量计最大口径达到DN3000mm；上海肯特智能仪器公司今年供应深圳水务最大口径达到DN3200mm。其次，水的流量计量量值较大，一般为数千到几万m3/h；另外，为了保证满足供、排水贸易计量的要求，所选型的流量仪表要求准确度高；由于流量仪表口径大而安装位置局限所以对直管段的要求不能过高。针对进、出口水流量特点，我们选择流量仪表时就要注意以下几方面：
　　
　　1.工艺管路口径大要求流量仪表的压力损失越小越好。一般不采用管道局部缩径的方法提高流速；
　　
　　2.新设计安装的管路，一般均选择适当的流速。因为流体的流速太低，流量仪表的口径就大，相应的仪表的投资增大。流体的流速太高，会造成动力压力损耗大，导致运行成本上升，都是不经济的，但选型时要为今后的扩建留有流量的余量；
　　
　　3.由于流体的流速较低，流体中的污垢、在较长时间运行后会出现淤泥和水垢等极易在管道内壁和电极上沉积。在工程设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗；如无法清洗又选用电磁流量计时可以采用刮刀式电极；
　　
　　4.仪表的测量量程范围要求大。有些水流量夜间和白天、冬季和夏季流量相差悬殊，多达好几倍，因此，这些水的流量计，就要求量程范围度特别大；
　　
　　5.仪表的防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节省投资和空间，在北方，也是防冻的需要。因此分体式流量传感器大多被安装在仪表井内。由于雨水、井壁渗漏和管路外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所以设计时就应估计到这种情况，选用潜水型的流量传感器，例如IP68的防护等级。同时仪表井做好防水工程处理。
　　
　　6.由于大口径流量仪表的检定往往拆卸、运输和安装困难，工艺上又不允许断流和停产，希望仪表能在线进行干式标定。
1.仪表选配的一般要求
　　
　　(1)精确度：是指在正常使用条件下，仪表测量结果的准确程度，误差越小，精确度越高。
　　
　　生产过程物理检测仪表的精确度为±1%，水质分析仪表的精1f77确度为±2%(测高浊水的浊度仪的精确度为±5%)。
　　
　　(2)响应时间：当对被测量进行测量时，仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来，这段时间即为仪表的响应时间。一只仪表能不能尽快反应出参数变化的情况，是很重要的指标。对水质分析仪表要求的响应时间应不超过3min。
　　
　　(3)输出信号：仪表的模拟输出应是4~20mADC信号，负载能力不小于600Ω。
　　
　　(4)仪表的防护等级应满足所在环境的要求，一般应不低于IP65，用于药剂投加系统的检测仪表要求能耐腐蚀。
　　
　　(5)四线制的仪表电源多为220VAC、50Hz，两线制的仪表电源为24VDC。
　　
　　(6)现场监测仪表宜选用数显仪。
　　
　　(7)仪表的工作电源应独立，不应和计算机共用电源，以保证发生故障和检修时电源互不干扰，使各自都能稳定可靠地运行。
　　
　　(8)为使计算机能检测到电压互感器和电流互感器的异常信号并报警，设计选配的电压及电流变送器的输入信号应比电流及电压互感器大，即分别为0~6A及0~120V。
　　
　　(9)应选择能够提供可靠服务和有丰富经验的仪表生产厂商。
　　
　　2.水位测量
　　
　　选择液位计时应考虑以下因素：(1)测量对象，如被测介质的物理和化学性质，以及工作压力和温度、安装条件、液位变化的速度等;(2)测量和控制要求，如测量范围、测量(或控制)精确度、显示方式、现场指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
　　
　　给水工程中常用的液位计及选型要点如下：
　　
　　a.浮球式液位计
　　
　　在液体中放入一个空心的浮球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同的位移。可用机械或电的方法来测得浮球的位移，其精确度为±(1~2)%，这种液位计不适用于高粘度的液体，其输出端有开关控制和连续输出。
　　
　　在净水厂的设计中，多将此种液位计用于集水井的液位测量以控制排水泵的自动开停。
　　
　　b.静压(或差压)式液位计
　　
　　由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。这种液位计的精确度为±(0.5~2)%。

c.电容式液位计
　　
　　在容器内插入电极，当液位变化时，电极内部介质改变，电极间(或电极与容器壁之间)的电容也随之变化，该电容量的变化再转换成标准化的直流电信号。其精确度为±(0.5~1.5)%。
　　
　　电容式液位计具有以下优点：传感器无机械可动部分，结构简单、可靠;精确度高;检测端消耗电能小，动态响应快;维护方便，寿命长。缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用于调节池、清水池等的液位测量。
　　
　　当测量范围不超过2m时，采用棒状、板状、同轴电极;当超过2m时，采用缆式电极。当被测介质为水时，采用带绝缘层(可用聚乙烯)的电极。
　　
　　d.超声液位计
　　
　　超声液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发射超声波>超声波脉冲，超声波>超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。其精确度为±0.5%。
　　
　　这种液位计无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响，因此多用于药池、药罐、排泥水池等的液位测量。3.流量测量
　　
　　流量测量分为两种，一种用于流量检测，参与过程控制，以达到提高生产自动化水平，改善生产工艺条件，提高产品质量和产量的目的。另一种用于流量的计量，不仅计量产品的产量，还是供水企业主要技术经济指标计算的依据。在供水企业最主要的8项经济指标中，有3项指标是以流量计测量的数据为基础的。
　　
　　流量计的选型应考虑以下因素：
　　
　　(1)任何型号的流量计都必须有国家计量部门检定的证书方可选用。
　　
　　(2)流量计本身的压力损失要小。
　　
　　(3)根据行业要求，流量计的准确度应不低于2.5级。
　　
　　(4)安装现场条件应满足所选流量计对直管段的要求。
　　
　　(5)所选流量计应能适应安装现场环境条件如温度、湿度、电磁干扰等。
　　
　　(6)所选流量计应能适用于待测的液体介质。
　　
　　目前，在给水工程设计中，采用最多的是电磁流量计和超声流量计。
　　
　　a.电磁流量计
　　
　　电磁流量计的原理是应用法拉弟电磁感应定律，由传感器和转换器组成。
　　
　　在测量中，液体本身为导体，磁场通过安装在管路中的两个线圈产生。线圈由交流或直流电源励磁，磁场作用于管道内流动的液体，在管道中产生一个与被测流体平均流速V相对应的电压，且该电压与流体的流速分布无关。
　　
　　与管道绝缘的两个电极监测液体的感应电压。磁场方向、流体流向及两个检测电极的相对位置三者互相垂直。
电磁流量计的优点：
　　
　　(1)测量不受被测液体的温度、压力或粘度的影响。
　　
　　(2)没有压力损失。
　　
　　(3)能连续测量，测量精确度高。
　　
　　(4)口径范围和测量范围大，测量范围连续可调。
　　
　　(5)与流速分布无关。
　　
　　(6)前后直管段较短，前置直管段为5D(D为仪表的直径)，后置直管段为3D。
　　
　　(7)稳定性好，输出为标准化信号，可方便地进入自控系统。
　　
　　(8)变送器导管内壁有衬里材料，具备良好的耐腐、耐磨性。
　　
　　(9)转换器体积小，消耗功率小，抗干扰性能强，便于现场观察。
　　
　　应用于水处理系统的电磁流量计的衬里材料多选用氯丁橡胶，因其有较好的耐磨性。安装时应注意远离外界的电磁场源，以免影响传感器的工作磁场及流量信号，传感器水平安装时，要求两个电极的中心轴线处于水平状态，防止颗粒杂质沉积，影响电极工作。测量管内应为满管，不允许大量气泡通过传感器，当不能满足条件时，应采取相应措施。
　　
　　为使仪表可靠地工作，提高测量精确度，不受外界寄生电势的干扰，传感器应有良好的单独接地线，且接地电阻应小于10Ω，尤其是安装在阴极保护管道上时。如在天津水源厂出厂干管上安装的电磁流量计，由于管道采用了阴极保护，防护电解腐蚀的管道内壁和外壁之间是绝缘的，被测介质没有接地电位，所以，将传感器接地环装在传感器的两个端面上，与连接管道的法兰绝缘。传感器与接地环用接地线相连，并引至接地极。管道法兰之间用电缆相连但不连到传感器上。法兰连接螺栓用绝缘衬套和垫圈隔离。该电磁流量计自投产使用以来，效果一直较好。
　　
　　转换器应安装在符合其防护等级要求的场所，在满足安装环境、使用要求的前提下，转换器与传感器之间的距离和连接电缆越短越好，以节约投资，减少可能产生的强电信号的干扰。
　　
　　b.超声流量计
　　
　　最近十几年来，由于电子技术的发展，超声流量计才得以应用于流量测量。利用超声流量计进行测量的方法有很多种，其中较为典型的是时差法和多普勒法。净水厂多选用时差法流量计，其方法是在测量管道上安装两个换能器，因顺流与逆流流速差别的影响，测量从发射到接收而产生的时间差，据此测出流速。
　　
　　超声流量计的主要优点：
　　
　　(1)安装维护方便。随着夹装式传感器的广泛使用，在安装和维护超声流量计时不需在管道上打孔或切断流量，就可在已存在的应用场合很方便地进行安装，尤其适用于大口径管道检测系统。
　　
　　(2)口径范围大，且价格不受管径影响。
　　
　　(3)测量可靠性高。
　　
　　(4)无压力损失。
　　
　　(5)不受流体参数影响。
　　
　　(6)输出标准化直流信号，可方便地进入自控系统。
　　
　　选用超声流量计要特别注意传感器的安装误差、管道内壁结垢、防腐层均匀与否，这些因素对测量结果影响很大。另据超声流量计的测量原理，只有流速分布均匀时才能保证测量的精确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段，参考各种资料及流量计的使用手册，要求上游最少不小于10D，下游大于5D。
　　
　　由于自来水行业为连续生产，进行不间断计量是极为重要的，所以一般安装于管道上的流量计不能经常拆卸送检，一般做法是采用精确度较高的便携式超声流量计，按周期送国家认证单位进行校准，作为企业的标准器具，再用比对的方式定期检测在线流量计。