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水厂进出口水流量计选型及发展
关键字:水流量计    日期:2019-5-30 9:21:10

水源、水厂进出口水流量计量使用的流量计与其他领域相比具有其特殊的要求。第一,流量计的口径比较大,一般大于DN1000mm,国内使用的最大口径达到DN3000mm。第二,水的流量较大,一般为每小时数千到几万立方米。第三,为保证满足供水损失率的要求,流量计的计量准确度高。第四,流量计的安装位置对直管段的要求不能过高。针对水源、水厂进出口水流量的特点,用户在选择流量计时就要注意以下几个方面:

1.管路口径大,要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径的方法提高流速。

2.新设计安装的管路,一般均选择经济流速。因为流速太低,势必增加管路的投资,流速太高,则会造成动力损耗大幅度增加,导致运行成本上升,都是不经济的。但有些老管路,由于增产的需要而提高了流速。

3.由于流速较低,流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁沉积。做系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。

4.流量计流量范围要大。原因是有些水管夜间和日间、冬季和夏季流量相差悬殊,多达1020倍。

5.防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设,为的是节省空间,在北方,也是防冻的需要。因此,流量传感器大多被安装在仪表井内管段上。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,所以在设计时就应估计到这种情况,选用防持续浸水影响的流量传感器,例如防护等级为IP68的。

水源、水厂进出口水流量计量主要使用以电磁流量计为主的各种流量计。各地自来水公司大量使用了电磁流量计和超声流量计等,少量沿用插入式流量计(涡轮流量计和电磁流量计等),并大量更新为智能化、高精度、多功能的流量仪表。少数自来水公司已实现或部分应用了有线/总线式数字通信方式(如MODBUSPROFBUSPPCAN等)以及无线通信方式,以实现远程抄表,并将流量数据远传到公司中心调度室。下面介绍这些流量计:

一、电磁流量计

工作原理基于电磁感应定律的电磁流量计是水源、水厂进出口水流量计量最常用的流量计,该种仪表具有以下特点:

1.无可动部件、可靠性高、长期稳定性好。

2.无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义。

3.测量准确度高。典型产品在n1m/s时,最大允许误差可达到±0.3%。

4.可测流量范围大。保证准确度一般可达401,可测范围可达2001。例如IFM系列产品,在v0.06m/s时,最大允许误差仍可小于±2%。

5.直管段要求相对较低。对于大口径管路,这一点也很重要。有一些流量计要求前后直管达到30D,对于管径为1m以上的管路,就意味着须具备30m以上的直管段,这在多数情况下难以满足。

6.有大口径产品。国内最大提供DN3000mm的产品,从而能满足大口径水流量测量的需要。

7.品种齐全。有防浸水型IP68产品。

8.其不足之处是大口径产品价格高,而且口径越大价格越高。

电磁流量计是发展较快且技术较成熟的流量仪表,并且是水源、水厂进出口水流量计量首选的流量计。随着计算机技术和微电子技术的飞速发展,电磁流量计的设计和制造技术也获得了突飞猛进的发展。传感器的制造工艺采用了适合多种场合的各种衬里工艺(四氟塑料、F4、橡胶、陶瓷衬里等),并在励磁线圈结构和外壳防护方面进行了优化和改进,大口径电磁流量传感器基本满足IP68,可靠性进一步提高。电磁流量转换器智能化技术进一步完善和提高,借助单片机微处理器、DSP技术和软件编程技术,实现了电磁流量计励磁方式的优化和智能化(多频励磁、双频励磁等),并实现了拓宽量程(测量范围为501,再考虑上限范围即201,两者相乘可扩展到10001)、补偿测量误差、零点校准、励磁及系统自诊断、正反相流判断、空管与不满管的自诊断等功能,极大地增强了电磁流量计的测量功能,改善了可靠性和稳定性。为满足FCS新型控制系统的要求,新型电磁流量计应用了计算机串行通信技术,采用PROFBUSFP等现场总线数字通信协议,实现了与上位机的双向数字通信,提高了系统的自动化水平和数据传输的可靠性。

二、超声流量计

超声流量计多用于非接触测量流量,它具有不干扰流场、无压力损失、无可动易损零部件等优点,在水源、水厂进出口水流量计量领域得到了广泛的应用,具有以下特点:

1.超声流量计的夹装式,其价格与口径无关,用来测量大口径管路流量,投资较省。

2.超声流量计能得到的测量准确度同管径有关,管径越大,有可能得到的准确度越高。有的供应商能提供带测量管的多声道时差式超声流量计,准确度最高可达0.15级,但价格比较高。

3.既可测量导电液体(如水等),又可测量不导电液体。

目前使用的超声流量计多为便携式(时差法)超声流量计,采用在管道外部夹持安装的方式。由于其正常测量要求的直管段较长,单声道测量准确度不高,当DN150mmv0.3m/s时,最大允许误差可达±2%。多用于流量计的比对和检测,直接用于进、出厂水计量的较少。采用多声道(四声道)和湿式管段安装以后,可以进一步提高测量准确性,也是水源、水厂进出口水流量计量的新选择之一。

三、插入式流量计

上述电磁流量计用在大口径管道上固然很好,但价格较贵,因此,在测量准确度要求不高的场合,插入式流量计最受欢迎。

插入式流量计的价格只及满管流量计的几分之一到十几分之一,是流量计的一种补充。另外,重量轻、压损小、易于安装和维修,是这种流量计的另一优点。在大口径管路流量计中,由于流速普遍较低,泥沙、污垢等容易在仪表表面沉积,因此,插入式流量计常带配套球阀,实现在不断流情况下拆下仪表维护和检查,从而提高测量系统的可靠性。下面就几种插入式流量计的性能进行比较:

1.插入式涡轮流量计

价格较低,适合测量洁净液体的流量。流体中含有固体颗粒或粘稠物时,极易导致涡轮卡滞。流体中夹带的纤维、四氟生料带之类的异物,极易绕在涡轮叶片上,导致流量系数改变,而大口径管路上要加装网目数满足要求过滤器又不现实,因而影响了人们对该种仪表的选用。

2.差压式匀速管流量计

这种流量计在大口径水流量测量中用得较多。主要原因是结构简单、价格便宜、维修方便。因属径流速计型,只要仪表插入杆长度同管径相吻合,仪表示值受管内流速分布的影响就比较小。

3.插入式涡街流量计

插入式涡街流量计的最大允许误差为±1%,耐脏性比插入式涡轮流量计好,被测液体中有少量泥沙时也不会像均速管那样容易引起故障,但受其测量原理的制约用来测量水流量时,可测流速下限只能达到0.3m/s,因此,在测量对象的流速下限要求更低时,不能胜任。

4.插入式电磁流量计

插入式电磁流量计同其他插入式流量计相比,用插入式电磁流量计测量大口径管道水流量具有明显的优越性。

1)范围度特别大。

2)测量头有较高的准确度。

3)阻塞影响可忽略。

4)有浸没型传感器,安装在仪表井中被水淹没也不影响正常测量。

插入式流量计是基于速度面积法工作的,不论测量头是何种测量原理,管道中都必须充满液体。为了防止液体中气体在管道中积聚,管道的最高点都应安装排气阀,实行自动排气或人工定期排气。

总的来说,流量计是一种计量仪器,它符合一般价值规律,准确度越高,价格越高;重量越大,价格越高;功能越多,价格越高;井口产品比国产的贵。

四、技术发展趋势

针对水资源短缺问题,水源、水厂进出口水流量计量的手段在不断更新,并应用了较新的流量计量仪表,这些仪表的技术水平代表了流量测量技术的发展前景。通过分析常用的电磁流量计等流量仪表的技术演变,流量计量仪表等自动化仪表呈现以下技术发展趋势:

1.大量应用微型计算机技术和网络通信技术。新型的流量计都具有智能化和网络化的功能,通过采用单片机和专用软件实现了流量计高精度的测量,并提供了多种通信方式,如HART协议、PROFIBUSFPCANMOD-BUS等现场总线。

2.采用新器件提高仪表性能。干扰和噪声是影响流量计测量的重要因素,如何将有效的微弱信号从背景噪声中分离出来并进行处理是提高仪表性能的关键。DSP器件和电路可以提供出模拟信号处理以外更多的技术方案,某些企业已在做使用嵌入技术和DSP器件改良电磁流量计的转换器。

3.电磁兼容性技术(EMC)得到进一步重视。泵房电机等电气设备的电磁辐射及大功率电气设备引起的电网波动等,是影响智能化流量计正常工作的主要因素。抗ESDPCB电路板布局和布线技术、开关电源电磁干扰抑制EMI技术、PCB屏蔽和接地技术等已经得到不同程度的应用,也是工业自动化仪表应重点研究的课题。

4.专用计量软件的作用越来越重要。采用专用计量软件的流量计能够提供高精度、宽范围的流量测量,并能够提供一些特殊测量情况下的补偿计算功能。

5.更好的易操作性。更方便的仪表接线和操作将是自动化仪表的另一个努力方向。

总之,没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应,不同的测量方式和结构要求不同的测量操作、使用方法和使用条件,每种型式都有它特有的优缺点。因此,应在全面比较各种测量方式和仪表特性的基础上选择适于生产要求的,既安全可靠又经济耐用的流量计量仪表。

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