1、選型要素

污泥流量計選型原則應遵循在滿足測量現場的工況條件，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）滿足被測量介質的電導率要求

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

這個條件在水務行業一般都能滿足，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

污泥流量計實質是測量介質的流速，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，流量計測量精度高、線性好、水力損耗小、介質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流態穩定，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 轉換器選型

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

 

（1）精度等級選擇

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

 

（2）供電方式選擇

根據流量計不同安裝場合，可根據需要選擇電池、AC100 - 230V、DC 24V等供電方式。現在有流量計廠家轉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。還可根據需要選擇Modbus、PROFIBUS-DP、Profibus-PA通訊方式，數字通訊相比于開關量或模擬量輸出，在抗干擾、傳輸距離、數據準確性上更好，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*信號傳輸到轉換器輸入端；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的電導率有關，當介質電導率很低的時候，電容效應會使電路電壓發生改變。

式中

Ei  傳輸時轉換器輸入端流量信號；

Ri  轉換器輸入電阻；

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；當介質電導率很低，轉換器輸入電壓衰減Ei，而C0分布電容并聯效應顯著，且波形發生畸變。當被檢測介質電導率低，傳感器與轉換器間距長時，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*直接和介質接觸，需要根據被測介質的物理化學特性選型。

 

1.4.1 電*選型

（1）材質選型

電*對被測量介質的耐腐、抗磨蝕、無電化學反應是選擇材質考慮的因素。常用金屬材料有含鉬耐酸鋼、哈氏合金B、哈氏合金C、鈦、鉭、鉑銥合金等。由于介質種類繁多,其腐蝕性又受溫度、濃度、流速等復雜因素影響而變化,生產廠僅能給出很粗略的各種電*的適用范圍。電*材質的選擇可從使用者借鑒該介質在其他設備的應用實例和以往的經驗來確定。浙江某自來水廠用于計量5-10%次氯酸鈉投加，電*材質選擇了哈氏合金，在運行使用1年多的時間后，出現傳感器故障，返廠檢測發現電*腐蝕，后我司選擇鈦電*材質，現運行情況良好。水行業常規選型詳見表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。在現在有的流量計廠家轉換器有電*清洗電路(ECC)，轉換器可定期釋放電壓脈沖，避免磁性物質在電*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，具有優良的耐化學腐蝕性，但耐磨性，抗負壓性差。后開發各種改性材質，如在襯里中加金屬網，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。

 

水行業常規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，則根據設計規范要求，流量計、管道和伸縮節選擇匹配壓力等級。口徑大于DN1200的流量計標配壓力等級通常為PN6，會與現場管道常規的PN10不一致，需要注意。另如水庫出水流量計，選型時需要根據現場水位落差，提高法蘭壓力等級。

 

法蘭材質有碳鋼、不銹鋼等可供選擇。

 

另現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，同樣需要根據介質進行合適選擇，不然會發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

當工藝管道為塑料或絕緣襯里金屬管時，需安裝接地環，以便污泥流量計取得參考電位。原則上接地環材質需要和電*材質一致。對于小口徑污泥流量計，接地環的價格基本是能夠接受的，即使是貴金屬材質。但是對于較大口徑的產品，如果涉及到必須使用貴金屬材質的接地環，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，不過這種形式的接地環因接觸面積變小，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，讓介質先腐蝕316L接地環，從而保護電*，但這種方式的問題在于需要定期更換接地環。現在有流量計廠家傳感器帶有接地電*，或者轉換器帶有虛擬接地功能，可以不需要裝接地環，具體采用哪種方式，算上價格因素綜合考慮。

 

2 選型總結

根據使用經驗，對水務行業常規會用到的傳感器電*和襯里材質做一些總結。腐蝕問題非常復雜, 工程上沒有100%確保，*好的方法是經驗法，經驗來自于使用。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