流量計、分析儀器、液位變送器, 溫度傳感器在水處理的應用

 在現代化的(de)淨水廠中，每一(yī)個生産過程總是與相(xiàng)應的儀表及自控技術有關。儀表能連(lián)續檢測各工藝(yì)參數，根據這些參數(shù)的數據進行手動(dòng)或自動控制，從而協調供需之間、系統各組成(chéng)部分之(zhī)間、各水處理(lǐ)工藝之間的關系，以便(biàn)使(shǐ)各種設備與(yǔ)設施(shī)得到更充分、合(hé)理的使用。同時，由于檢測儀表測定的數值與設定(dìng)值可連續(xù)進行比較，發 生(shēng)偏差時，立即進行調整，從(cóng)而保證水處理質量。根據儀表檢測(cè)的參數，能進一步(bù)自動(dòng)調節和控制藥劑(jì)投加(jiā)量，保證水泵機(jī)組的合理(lǐ)運行，使管理更加科學化，達到經濟(jì)運行的目的。由于儀表具有連續檢測、越限報警的功能，便于及時處理(lǐ)事故(gù)。儀表還是實現計算機控制的(de)前提條件。所以在先進的水處理(lǐ)系統中，自動化儀表具有非常重要的作用。

　　一 水處理系統常用儀表的分類

　　給水工程所用儀(yí)表大緻可分爲兩大類：一類屬于監(jiān)測生産過程物理參數的儀表，如檢(jiǎn)測溫度、壓力、液位、流量等。這類儀表采用國産表，其性能和質(zhì)量基本能滿足要求。另(lìng)一類屬于檢測水(shuǐ)質的(de)分析儀表，如檢測(cè)水的(de)濁度、 pH值(zhí)、溶氧含量、餘氯、 SCD值等。這些儀表(biǎo)在我國發展比較晚，因此(cǐ)，通常選用*進産品(pǐn)，從長遠觀點看是比較經濟、可靠的。

　　檢測儀表的好壞直接關系到給水自動化的效果。在工程設計(jì)過程中，從儀表的性能、質量、價格(gé)、備件情況、售後服務等(děng)方面進行(háng)反複比較，我們一(yī)般采用進口儀表(biǎo)和國(guó)産儀表相結合(hé)的方法。

　　二 淨水(shuǐ)廠監控(kòng)系(xì)統的(de)構成模式(shì)及監測參(cān)數

　　1. 淨水廠監控系統的構成模式

　　淨水廠的監控系統一般由水廠管(guǎn)理層和現場監控層兩級系統構成，按集中管理、分散(sàn)控制的原(yuán)則進行監控。在工程設計中(zhōng)，将廠級計算機系統 (即主站 )設在水廠中心控制室，各現(xiàn)場監控站 (即分站 )的數量和(hé)位置按工藝流程及構築物(wù)的位置、分散程度來定。一般地表水廠現場(chǎng)分站的設置是：進水泵房分站、反應(yīng)沉澱(diàn)與加氯加藥分站、過(guò)濾分站、送水泵房及(jí)變配電(diàn)室分站、污泥(ní)處理分站。各監測儀表的數據均送到計(jì)算機系統，可在監控站的(de)工控機上顯示、控制并打印、記錄、報警。

　　2. 各分站監測參數

　　a. 進水泵房分站監測(cè)參數(shù)

　　水質參數：源水濁度(dù)、 pH值、水溫、溶解(jiě)氧等(děng)。

　　運(yùn)行參(cān)數：調節池水位(wèi)、吸(xī)水井水位、源水(shuǐ)流量、泵機分電量、泵站總電量等(děng)。

　　b. 反應沉澱、加氯加藥分站

　　水質參數：沉澱池出口濁(zhuó)度、濾後餘氯、 SCD值。

　　運行參數：沉澱池水位、沉(chén)澱前流量、攪拌罐液(yè)位、藥池液位(wèi)、藥(yào)液濃度、沉澱池(chí)泥位。

　　c. 過濾分站(zhàn)

　　水質參數：濾(lǜ)後(hòu)水濁度、餘氯。

　　運(yùn)行參數：濾池水位、水頭損失、反沖(chòng)洗水流(liú)量、沖洗水箱水位。

　　d. 送(sòng)水泵房及變配電(diàn)室分站

　　水質參數：出廠水流量、餘氯。

　　運行參(cān)數：出廠水壓力、流量、清水(shuǐ)池水位、吸(xī)水井水位、交流電(diàn)壓、交流電流、電量等。

　　e. 污泥處理(lǐ)分站

　　運行參數：回流池水位、水量、濃縮池(chí)水位、回流水(shuǐ)濁度(dù)。

　　三 水(shuǐ)處理系統常用儀表在選型及設(shè)計中應注意(yì)的問

　　1. 儀表選(xuǎn)配的一般要求

　　(1)度：是指(zhǐ)在正常使用條件下，儀表(biǎo)測量結果的準确(què)程度，誤差越小，度越高。

　　生産過程物理檢測儀表(biǎo)的(de)度爲± 1%，水(shuǐ)質分析儀(yí)表的度爲± 2%(測(cè)高濁水的濁度儀的度爲± 5%)。

　　(2)響應時間：當對被測量(liàng)進行(háng)測量時，儀表指示值(zhí)總要經過一(yī)段時間才能顯示出(chū)來，這段時間即爲(wèi)儀表的響應時間。一隻儀(yí)表能(néng)不能盡快反應出參(cān)數變化的情況，是很重要的指(zhǐ)标。對水質分析儀表要求的響應時間應不(bú)超過 3min。

　　(3)輸出信号：儀表的模拟輸出應是 4～ 20mA DC信号，負載能(néng)力不小(xiǎo)于 600Ω。

　　(4)儀表的防護(hù)等級應滿足所在環境的要求，一般應不低于 IP65，用于(yú)藥劑投加(jiā)系統的檢(jiǎn)測儀表(biǎo)要求能耐腐蝕。

　　(5)四線制的儀表電源多爲 220V AC、 50Hz，兩線制的儀表電源爲 24V DC。

　　(6)現場監測儀表宜選用數顯儀。

　　(7)儀表的(de)工作電源應(yīng)獨立，不應和計算機共(gòng)用電源(yuán)，以保證發生故障和(hé)檢修時電源互不幹擾，使(shǐ)各自都能穩定可靠地運(yùn)行。

　　(8)爲使計算機(jī)能檢測到電壓互感器和電流互感器的異常信号并報(bào)警，設(shè)計選配的電壓及電流變送器(qì)的輸(shū)入信号應比電流及電壓互感器大(dà)，即分别爲 0～ 6A及 0～ 120V。

　　(9)應選擇能夠(gòu)提供可靠服務和有豐富(fù)經驗的儀表生産廠商。

　　2. 水位測量

　　選擇液位計時應考慮以下因素： (1)測量對(duì)象，如被測介質的物理和化學性質，以及工作壓力(lì)和溫度、安裝(zhuāng)條件、液位變化(huà)的速度等 ;(2)測量和控制要求，如(rú)測量(liàng)範圍、測量 (或控(kòng)制 )度、顯示(shì)方式、現場指示、遠距離指示、與計算機的接口、安全防腐、可靠(kào)性及施工方便性。

　　給水工程中常用的液(yè)位計及選型要點如下：

　　a.浮球式液位計

　　在液體中放入一個空(kōng)心的浮球(qiú)，當液位(wèi)變化時，浮球将(jiāng)産生與液位變化相同的位移。可用機(jī)械或電的方法來測得浮球的(de)位移，其度爲± (1～ 2)%，這種液位計不适(shì)用于高粘度的液體(tǐ)，其輸出端有開(kāi)關控制和連續(xù)輸出。

　　在淨水廠的設計中，多将此種液位(wèi)計用于集(jí)水井的液位測量以控制(zhì)排水泵的(de)自動(dòng)開停。

　　b.靜壓 (或差壓 )式液位計

　　由于液柱的靜壓(yā)與液位成正比，因(yīn)此利用壓力表測量基準面上液柱的靜壓就可測得液位。根據被測介質的密度及液體測量(liàng)範圍計算出壓力或壓差範圍(wéi)，再選用量程、度等性(xìng)能合适的壓力表或差壓表。這種液位計(jì)的度爲± (0.5～ 2)%。

　　c. 電容式液位計

　　在(zài)容器内插入電極(jí)，當液位變化時，電極内部介(jiè)質改變，電極間 (或電(diàn)極與容器壁之間(jiān) )的(de)電容也随(suí)之變化(huà)，該電容量的變化再轉換成标準化的直流電信号。其度爲± (0.5～ 1.5)%。

　　電容式(shì)液位計具有以下優點(diǎn)：傳感器無機械可動部分，結構簡單、可靠(kào) ;度(dù)高 ;檢測端消耗電能小，動态響應快 ;維護方(fāng)便，壽命長。缺點是被測(cè)液體的介電(diàn)常數不穩定會(huì)引起誤差。電容式液位計一般用于調節池、清水池等的液位測量。

　　當測量範圍不超過 2m時，采(cǎi)用棒狀(zhuàng)、闆狀、同軸電極 ;當(dāng)超過 2m時，采用纜(lǎn)式電極。當被測介質爲水時，采用帶絕緣(yuán)層 (可用聚乙烯 )的電(diàn)極。

　　d. 超(chāo)聲液位計

　　超聲液位計的傳感(gǎn)器由一對發射(shè)、接收換能器組成。發射換能器面對液面發射超聲(shēng)波(bō)脈沖，超聲波脈沖(chòng)從液面上反射回來，被接收換能器接收。根據發射(shè)至接收的時(shí)間可确定傳感器(qì)與液面之(zhī)間的距離，即可換算(suàn)成液位。其度爲± 0.5%。

　　這種(zhǒng)液位計無機械可動部分，可靠(kào)性高，安(ān)裝(zhuāng)簡單、方便，屬于非接觸測量，且不受液體(tǐ)的粘度、密度等影響，因此多用于藥(yào)池、藥罐、排泥水池等的液位測量。但此種方法(fǎ)有一定的盲區，且價(jià)格較貴。

　　3. 流量測量(liàng)

　　流(liú)量測量分爲兩種，一種用于流量檢測，參與過程控制，以達到提高生産自動化水平(píng)，改善生産工藝條件，提高(gāo)産品質量和産量(liàng)的(de)目的。另一種用于流量的計量，不(bú)僅計量産品的(de)産(chǎn)量，還是供水(shuǐ)企業主要(yào)技術經濟指标計算的依據。在(zài)供水企業(yè)zui主要的(de) 8項經濟指标中，有 3項指标是以流量計測量(liàng)的數據(jù)爲(wèi)基礎的。

　　流量計(jì)的選(xuǎn)型應考慮以下因素：

　　(1)任何型号(hào)的流量計都必須有國家計(jì)量(liàng)部門(mén)檢定的證書方可選用。

　　(2)流量計(jì)本身的壓力損失要小。

　　(3)根據行(háng)業要求，流量(liàng)計的準确度應不低于(yú) 2.5級。

　　(4)安裝現場條件應滿足(zú)所選流量計對直管段的要求。

　　(5)所選流量計(jì)應能适應安裝現場環境條件(jiàn)如溫度、濕度、電磁幹擾等(děng)。

　　(6)所選流量計應能适用(yòng)于待測的液體(tǐ)介質。

　　目前，在給水工程設計中，采用zui多的是電磁流量計(jì)和超(chāo)聲流量計。

　　a. 電磁流量(liàng)計

　　電磁流量計的原理是應用法拉弟電(diàn)磁感應定律，由傳感器和轉換器組(zǔ)成。

　　在(zài)測量中(zhōng)，液體本身爲導體(tǐ)，磁場通過安裝在管路(lù)中的兩個線(xiàn)圈産生。線圈由交流或直流電源勵磁，磁場作用于管道内流動的液體，在管道中産生一個(gè)與被測(cè)流體平均流速 V相對應的電壓，且該電(diàn)壓與流體(tǐ)的流速分布無關。

　　與管道絕緣的兩個電極監測液體的(de)感應電壓。磁場方向、流體流向(xiàng)及兩個檢測電(diàn)極的相對位置(zhì)三者互相(xiàng)垂直。

　　電磁(cí)流量(liàng)計的優點：

　　(1)測量不(bú)受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響。

　　(2)沒有壓力損失。

　　(3)能(néng)連續測量，測量度高。

　　(4)口徑(jìng)範圍和測量範圍大(dà)，測(cè)量範圍連續可調。

　　(5)與流速分布無關。

　　(6)前後直管段較短，前置直管(guǎn)段爲 5D(D爲儀表的直徑 )，後(hòu)置直管段爲(wèi) 3D。

　　(7)穩(wěn)定性好，輸出爲标準化信号，可方便地進入自控系統。

　　(8)變送器導管内壁有襯裏材料，具備良好的耐腐、耐(nài)磨(mó)性。

　　(9)轉換器體積小，消(xiāo)耗功率小，抗(kàng)幹擾性能強，便于現場觀察。

　　應用于水處理(lǐ)系統(tǒng)的電磁流量計的襯裏材料多選(xuǎn)用氯丁橡膠，因其有較好的耐磨性(xìng)。安裝時應注意遠離外界的電磁場源，以免影響傳感器(qì)的工(gōng)作磁場及(jí)流量信号(hào)，傳感器水平安裝時，要求(qiú)兩個電極的中心軸線處于水平狀态，防止顆(kē)粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作。測(cè)量管内應爲滿管，不(bú)允(yǔn)許大量氣泡通過(guò)傳感器，當(dāng)不能滿足條件時，應采取相應措施。

　　爲使儀表(biǎo)可靠地工作，提高測量度，不受外界寄生電勢的幹擾，傳感器應有良好的單獨接地線，且接地電阻應小于 10Ω，尤其是安裝在陰極保護管道(dào)上時。如在天津水源廠出廠(chǎng)幹(gàn)管上安裝的電磁流量計，由于管道采用了陰極保護，防護電解腐蝕(shí)的管道内壁和外壁之間(jiān)是絕緣的，被測介質沒有接地電位，所以，将傳感器接地環裝在傳感器的兩個(gè)端面上，與連接管道的法蘭絕緣。傳感器與接地環用接地線相連，并引至接地極。管道法蘭之間用電纜相連但不連(lián)到傳感器上(shàng)。法蘭連接螺栓用絕緣襯(chèn)套和墊(niàn)圈隔離(lí)。該電磁流量計自投産使用以來，效果一直(zhí)較好。

　　轉換器應安裝(zhuāng)在(zài)符合其防護等級要求的場所，在滿足安裝環境、使用(yòng)要求的前提下，轉換器與傳感器之(zhī)間的距離和連接電纜(lǎn)越短越好，以節約投資(zī)，減少(shǎo)可能(néng)産生的強電信(xìn)号的幹擾。

　　b. 超聲流量計

　　zui近十幾年來，由于電子技術的發展，超聲流量計才得以(yǐ)應用于流量測量(liàng)。利用超聲流量計(jì)進行測量的方法有很多種，其中(zhōng)較爲典型的是時差法和多普勒法。淨水廠多選用時差(chà)法流量計，其方法是在測量管道上(shàng)安裝兩個換能器，因順流與逆流流(liú)速差别的影響，測量從發射到接收而産生的時間差，據此測出流速。

　　超聲流量計(jì)的(de)主要優點：

　　(1)安(ān)裝維護方(fāng)便。随着(zhe)夾裝式傳感器的(de)廣泛使用，在安裝和(hé)維護超(chāo)聲流量(liàng)計時不需(xū)在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應用場合很方(fāng)便地進行安裝，尤其适用于大口徑(jìng)管道檢測系統(tǒng)。

　　(2)口徑範圍大，且(qiě)價格不受管徑影(yǐng)響。

　　(3)測量可靠性高。

　　(4)無壓力損(sǔn)失。

　　(5)不受流(liú)體參數影響。

　　(6)輸出标準化直流(liú)信号，可方便地進入自控系統。

　　選用超聲流量計要特别注意(yì)傳感器的安裝誤差、管道内壁結(jié)垢、防腐(fǔ)層均勻與否，這些因素對(duì)測量結果影響很大。另據超聲流(liú)量計的測量原理，隻有流速分布均勻時才能保證測量的度，所以在流量計的上(shàng)下(xià)遊要有足夠的(de)直管段，參考各種資(zī)料及流量計的使用手冊，要求上遊zui少不小于 10D，下遊大于 5D。

　　由于自來水行業爲連續生(shēng)産，進行(háng)不間斷計量是極爲重要的，所(suǒ)以一般(bān)安裝于管道上的流量計不能經(jīng)常拆卸送(sòng)檢，一般做法是采用度較(jiào)高的便攜式超聲流量計，按周期送(sòng)國家認證單位進(jìn)行校準，作爲企業的标準器具，再用比對的(de)方式定期檢測在線(xiàn)流量計。這需(xū)要設計人員(yuán)在設計時應根據使用單(dān)位要求，考(kǎo)慮将(jiāng)來生産管理的需要，預留出比對測量的空間，以方便用戶，即将流量計井做(zuò)得稍大(dà)一些，除(chú)安裝(zhuāng)固定式流量計外，還應如圖 1所示預(yù)留出便攜(xié)式流量計測(cè)量的空間。

　　4.濁度的測量

　　濁度(dù)是水體渾(hún)濁程度的度量，也就(jiù)是水體中存在(zài)微細分散的懸(xuán)浮性粒子，使水透明(míng)度降低的程度。濁度儀是測量(liàng)水體渾濁(zhuó)程度的儀器，主要用于(yú)對水質(zhì)的監測和管理。

　　淨水廠負責供應居民生活用水和工業用水，供水的質量直接涉及人民的健康、安全，以及食品、釀造、醫藥(yào)、紡織(zhī)、印染、電力等各行各(gè)業的正常生産和産品(pǐn)質(zhì)量。濁(zhuó)度是一項(xiàng)很重要的水質指标，因此對濁度儀的選擇顯得尤爲重要。濁度儀可分爲目視濁(zhuó)度儀和光(guāng)電濁度儀兩大類。光電濁度儀(yí)就其用途可分爲工藝監控 (連續測(cè)定(dìng) )濁度儀和實驗室 (包括(kuò)便攜式 )濁度(dù)儀，就其設計原理又可分爲透射光(guāng)濁度(dù)儀和(hé)散(sàn)射光濁度儀。

　　由于散射光濁度儀對(duì)水的低濁度有較高的靈敏度，準确度高，相(xiàng)對誤差小(xiǎo)，重複性好，水的色度不顯示濁度，且(qiě)散射光與入射光強度比可呈線性關系，故 1992年 9月世界衛生組織公布的《飲用水水質準則》中規定将散射光濁度儀作爲測定儀器。同時，“供水行業 2000年技(jì)術進步發展規劃(huà)”中已明确規(guī)定一類水司管網水(shuǐ)濁度指标爲 1NTU。

　　在淨水廠設(shè)計中常用 HACH公司的 1720D、 SS6系列濁度儀(yí) (屬于散射光式(shì)濁(zhuó)度儀 )。

　　在(zài)濾後水及出廠水的測量中，一般采用 1720D(原爲 1720C)系列濁度儀。使用時水樣連續流入濁(zhuó)度儀，流經脫泡(pào)器以排空水流中的氣泡，然(rán)後進入濁度儀的中柱内，上(shàng)升至測量室并溢過(guò)其邊緣進入排放口。聚光束從傳感器頭(tóu)部組件中向下投射到濁度儀主體内的水樣中，浸在水樣中(zhōng)的光電管測量水中懸浮固體 90°方向的散射光，散射光的(de)量與水樣(yàng)的濁度成正比(bǐ)。 1720D不需采用樣品池，這樣可減少(shǎo)雜散光，提高測(cè)量準确度。 1720D的準确(què)度爲： 0～ 40NTU範(fàn)圍内爲(wèi)± 2%， 40～ 100NTU範(fàn)圍内爲± 5%，分辨力(lì)爲 0.001NTU，響應時間(jiān)爲(wèi) 75s。

　　測量濾後水的(de)濁度儀多安裝于濾(lǜ)站管廊内，可采用壁挂或櫃裝，出廠水的測量一般在送水泵房設置水質儀表間，将濁度儀及其他水質檢測儀表置(zhì)于儀表間内，再将信(xìn)号引至(zhì)監控站。

　　雖然 1720D的測量範(fàn)圍爲 0～ 100NTU，但不用其(qí)測量(liàng)濾前水，因爲雖然光學上能測到 100NTU，但在生(shēng)産使用上會帶來許多不便。測量(liàng)源水及濾前水多使用 SS6系列表面散射式濁度儀(yí)，它是将光束射在液體表面，測定來自液面的散射(shè)光，避免了光(guāng)學系統與水樣直(zhí)接接觸，消除了清洗(xǐ)流通池時(shí)帶來的信号丢失。

　　SS6系列的(de)測量範圍(wéi)爲 0～ 9999NTU，一般地表水廠的源水(shuǐ)均在此範圍内(nèi)。它在 0～ 2000NTU範圍内(nèi)的準确(què)度爲± 5%， 2000～ 9999NTU範(fàn)圍(wéi)内準确度爲± 10%。

　　濁度儀取樣點的選擇應與(yǔ)工藝專業緊密(mì)結合，選(xuǎn)取zui有代表性的(de)點，取樣孔不要開(kāi)在被取樣管道的頂部，避免将管道中的氣泡抽進取樣管而影響(xiǎng)濁度儀(yí)的測量準确度，水樣的提(tí)取用小(xiǎo)型采樣泵取樣，保(bǎo)證取樣管内有一(yī)定流速，不易在管道内壁結垢。取樣管道的口徑應根據儀表(biǎo)取樣(yàng)水的總需要量決定。

　　5. 顯示儀表的選用

　　一般淨水廠工程多選用智(zhì)能化顯示儀表，其功能齊全，能進行數字(zì)信号處理，實現控制功能，而且測量值以液晶(jīng)顯示，操作方便，可以保存數據，具有自診斷功(gōng)能。雖然與(yǔ)計算機系統聯網後(hòu)，它的優勢沒有(yǒu)*發揮出來，而被計算機系(xì)統所取代，但在(zài)目前(qián)淨水(shuǐ)廠的建設中，使(shǐ)用智(zhì)能化的顯示儀表作爲在(zài)計算機系(xì)統未調試投運階(jiē)段(duàn)或發生故(gù)障時(shí)的輔助儀(yí)表，也能滿足現場控制、顯(xiǎn)示的要求。

　　在某些情況下，同時(shí)需要本地顯示與(yǔ)遠程傳送，此時不宜采取信号串聯(lián)方式，而應采用信号分配器，即 1路(lù)輸入，兩路輸出(chū)，一路輸出送顯示儀表，另一路輸出(chū)可輸入 PLC，如常用的 WS15242。

　　6. 儀表系統的接地和防雷

　　接地可(kě)分爲保護接地和工作接地。保護接(jiē)地是爲避免工作人員因設備(bèi)絕緣(yuán)損壞或絕緣性能下降時遭受觸電(diàn)危險和保護設備的安全。工作接地(dì)是(shì)爲保證儀表穩定可靠(kào)地運(yùn)行。一般淨水廠儀表系統的接地采用 TN-S系統，即 3根相線 A、 B、 C， 1根中性線 N即保護線 PE。用電設備的外露可導電部分接(jiē)到 PE線上，其優點是 PE線在正常工作時(shí)不呈現電流，因此設備的(de)外露(lù)可導電部分不呈現對地電(diàn)壓而且(qiě)在事故時也容易切(qiē)斷電源，有較強的電磁适應性，避免(miǎn)了高次諧(xié)波的幹擾。

　　工作接地的原則是(shì)單點接地。由于對地電位差的(de)存在，如果出現一個以上的接地點就會(huì)形成地回路，将幹擾引入儀表中，所以，同一信号回路、同一屏蔽層隻能有一個接地點。

　　儀表工作接地可單獨設置或與保護接地(dì)共用同一接地體。從工程(chéng)實踐經驗來看，接地(dì)電(diàn)阻一(yī)般應不超過 1Ω。

　　一(yī)般淨水廠設施分散，構築物低矮，地(dì)形平坦、空曠，特别是有些流量計井位于廠區(qū)之外，在這種情況下，儀(yí)表(biǎo)設(shè)備的被雷擊率增加。在實踐中，筆者多次遇(yù)到過雷擊損(sǔn)壞儀表或儀表不明原因損壞的事件。因此，安裝品質優良(liáng)，動作可靠的避雷器，是*的(de)保護(hù)措施，如采用德國 Pepperl+Fuchs公司的(de) ESP系列避雷栅用于流量計的信号和電源的(de)保護，效果良好。