污水处理计量中流量计的应用

王臣 王锡钢（天津市计量监督检测科学研究院，天津300192）

污水处理计量中流量计的应用

王臣 王锡钢（天津市计量监督检测科学研究院，天津300192）

水资源的短缺已称为制约我国可持续发展道路的主要因素。除了节约用水外，水污染的防治也是水资源保护的当务之急。建立污水处理厂是治理污水的重要手段之一。液体流量计作为污水处理厂中的计量器具，是双方贸易结算的依据。本文主要是通过对电磁流量计和超声流量计的介绍，为污水厂在流量计的选用中提供参考。

污水处理流量计电磁超声

当前，我国是严重水匮乏的国家，水资源的短缺已成为可持续发展的严重制约因素，可以说已经成为我国可持续发展的瓶颈。水资源时空分布严重不均，人口众多和传统工业经济发展速度较快加剧了缺水问题；严重的水污染又使缺水问题日益突出；因此，水污染防治是水资源保护的当务之急。节水是从量上保护水资源，防治污染是从质上保护水资源，二者缺一不可，相辅相成，节水本身就减少了污染总量；污染的防治则实际上减少了不可利用的水量，等于节水。

污水处理厂的建设是治理污水的重要手段之一。目前，天津市投入运行的污水处理厂达到58座，累计日处理能力达到260万t，使全市污水处理率达到85%以上（城区90%以上）。现有的污水处理厂大多是由企业投资建设，处理污水所需的费用由政府结算。液体流量计作为污水处理厂中的主要计量器具，是双方结算的依据。由于其他类型液体流量计（如涡轮流量计、涡街流量计等）对水质要求比较高，污水处理厂中常用液体流量计是电磁流量计和超声流量计。

图1 电磁流量计

图2 超声流量计

1、电磁流量计的测量原理是根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感应电动势，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度、导体在磁场内的长度及导体的运动速度成正比，如果，，三者互相垂直，则E=BLu（1-1）

图2 电磁流量计工作原理示意图

若在磁感应强度为B的均与磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线。如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，两电极之间也将产生感应电动势E=kBD（1-2）

其中：k—仪表系数；

v—测量管道截面内的平均轴向流速。

圆形截面测量管道的体积流量qv为

由此可以进一步表示

其中：—流量计的校准系数，该系数实际上通常是靠实流校准得到。

由上式可见，体积流量qv与感应电动势和测量管内径呈线性关系，与磁场的磁感应强度呈反比，与其他物理参数无关，这也是电磁流量计的最大优点。它的结构主要包括流量传感器与转换器两部分组成。传感器主要由一段流过被测导电液体的测量管；内衬通常是绝缘的，一对或多对电极测量管道内导电液体流动产生的信号；在测量管中产生磁场的电磁体。转换器主要采用模拟集成运算放大电路对传感器电极产生的电信号进行放大处理，来反映管道中流量的变化，通过二次显示仪表读取流量值。

2、超声流量计以测量超声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理。通常认为超声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下超声波的传播速度cf和流体轴向平均流速vm在超声波传播方向上的分量组成。如图，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是

图3 通用示意图

其中：tup—超声波在流体中逆流传播的时间；

tdown—超声波在流体中顺流传播的时间；

L—声道长度；

cf—超声波在流体中传播的速度；

vm—流体的轴向平均流速；

Φ—声道角。

可利用式（1-5）的两个公式得出流体流速的表达式

也可以用相似的方法获得超声波的传播速度

将测得的多个声道的流体流速vi，=1,2，……，k；利用数学的函数关系联合起来，可得到管道平均流速的估计值，乘以过流面积，即可得到体积流量，

式中：k—声道数。

超声波流量计主要由流量计表体、超声换能器及其安装部件、信号处理单元和流量计算机组成。对于现场接触式和外夹式流量计，安装换能器处的管道可做表体使用，接触式流量计的换能器直接与被测流体接触，外夹式流量计的换能器紧密安装在管道外壁。

3、两种流量计有各自的优缺点：

（1）电磁流量计在污水测量中的优点主要有以下几个方面：

（a）压力损失小相对较小。电磁流量计的传感器结构简单，测量管内没有可动部件，也没有任何阻碍流体流动的节流部件，当流体通过流量计时不会引起任何附加的压力损失，流量计的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，是流量计中运行能耗最低的流量仪表之一。

（b）可以测量脏污介质及悬浊性液固两相流的流量。电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，不易阻塞含有固体颗粒或纤维的液固二相流体。

（c）电磁流量计所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。

缺点主要是不能测量含有大量气体的液体。

（2）超声流量计在污水测量中的优点主要有以下几个方面：

（a）可做非接触式测量。

（b）和电磁流量计一般为无流动阻挠测量，没有压力损失。

（c）可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

时间法超声流量计只能用于清洁液体，一般在污水厂中主要用于出水管道流量的测量。

考虑到污水测量过程中管道中杂质、气泡对电磁流量计的影响，以及超声流量计在日常维护与保养得重要性，一种专用于污水测量的流量计，将是流量工作者今后努力研究的方向。