液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器在水處理凈化中的應(yīng)用

DATE:2012-02-09

凈水廠的現(xiàn)代化過程中，各個生產(chǎn)過程總是與相應(yīng)的自控技術(shù)及儀表有關(guān)。先進的水處理系統(tǒng)中，自動化儀表具有非常重要的作用。各個儀表能連續(xù)檢測各工藝參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)的數(shù)據(jù)進行自動控制或手動，從而協(xié)調(diào)供需之間、系統(tǒng)各組成部分之間、各水處理工藝之間的關(guān)系，以便使各種設(shè)備與設(shè)施得到更充分、合理的使用（如真空傳感器測量真空）。同時，由于檢測儀表測定的數(shù)值與設(shè)定值可連續(xù)進行比較，發(fā)生偏差時，立即進行調(diào)整，從而保證水處理質(zhì)量。根據(jù)儀表檢測的參數(shù)，能進一步自動調(diào)節(jié)和控制藥劑投加量，保證水泵機組的合理運行，使管理更加科學化，達到經(jīng)濟運行的目的。由于儀表具有連續(xù)檢測、越限報警的功能，便于及時處理事故。儀表還是實現(xiàn)計算機控制的前提條件。

　　一 水處理系統(tǒng)常用儀表的分類

　　給水工程所用儀表大致可分為兩大類：一類屬于監(jiān)測生產(chǎn)過程物理參數(shù)的儀表，如檢測溫度、壓力、液位、流量等。這類儀表采用國產(chǎn)表，其性能和質(zhì)量基本能滿足要求。另一類屬于檢測水質(zhì)的分析儀表，如檢測水的濁度、pH值、溶氧含量、余氯、SCD值等。這些專用儀表在我國發(fā)展比較晚，因此，通常選用國外先進產(chǎn)品，從長遠觀點看是比較經(jīng)濟、可靠的。

　　檢測儀表的好壞直接關(guān)系到給水自動化的效果。在工程設(shè)計過程中，從儀表的性能、質(zhì)量、價格、備件情況、售后服務(wù)等方面進行反復(fù)比較，我們一般采用進口儀表和國產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法。

　　二 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式及監(jiān)測參數(shù)

　1. 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式

　　凈水廠的監(jiān)控系統(tǒng)一般由水廠管理層和現(xiàn)場監(jiān)控層兩級系統(tǒng)構(gòu)成，按集中管理、分散控制的原則進行監(jiān)控。在工程設(shè)計中，將廠級計算機系統(tǒng)(即主站)設(shè)在水廠中心控制室，各現(xiàn)場監(jiān)控站(即分站)的數(shù)量和位置按工藝流程及構(gòu)筑物的位置、分散程度來定。一般地表水廠現(xiàn)場分站的設(shè)置是：進水泵房分站、反應(yīng)沉淀與加氯加藥分站、過濾分站、送水泵房及變配電室分站、污泥處理分站。各監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)均送到計算機系統(tǒng)，可在監(jiān)控站的工控機上顯示、控制并打印、記錄、報警。

　　2. 各分站監(jiān)測參數(shù)

　　a. 進水泵房分站監(jiān)測參數(shù)

　　水質(zhì)參數(shù)：源水濁度、pH值、水溫、溶解氧等。

　　運行參數(shù)：調(diào)節(jié)池水位、吸水井水位、源水流量、泵機分電量、泵站總電量等。

　　b. 反應(yīng)沉淀、加氯加藥分站

　　水質(zhì)參數(shù)：沉淀池出口濁度、濾后余氯、SCD值。

　　運行參數(shù)：沉淀池水位、沉淀前流量、攪拌罐液位、藥池液位、藥液濃度、沉淀池泥位。

　　c. 過濾分站

　　水質(zhì)參數(shù)：濾后水濁度、余氯。

　　運行參數(shù)：濾池水位、水頭損失、反沖洗水流量、沖洗水箱水位。

　　d. 送水泵房及變配電室分站

　　水質(zhì)參數(shù)：出廠水流量、余氯。

　　運行參數(shù)：出廠水壓力、流量、清水池水位、吸水井水位、交流電壓、交流電流、電量等。

　　e. 污泥處理分站

　　運行參數(shù)：回流池水位、水量、濃縮池水位、回流水濁度。

　　三 水處理系統(tǒng)常用儀表在選型及設(shè)計中應(yīng)注意的問

　　1. 儀表選配的一般要求

　　(1)精確度：是指在正常使用條件下，儀表測量結(jié)果的準確程度，誤差越小，精確度越高。

　　生產(chǎn)過程物理檢測儀表的精確度為±1%，水質(zhì)分析儀表的精確度為±2%(測高濁水的濁度儀的精確度為±5%)。

　　(2)響應(yīng)時間：當對被測量進行測量時，儀表指示值總要經(jīng)過一段時間才能顯示出來，這段時間即為儀表的響應(yīng)時間。一只儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的情況，是很重要的指標。對水質(zhì)分析儀表要求的響應(yīng)時間應(yīng)不超過3min。

　　(3)輸出信號：儀表的模擬輸出應(yīng)是4～20mA DC信號，負載能力不小于600Ω。

　　(4)儀表的防護等級應(yīng)滿足所在環(huán)境的要求，一般應(yīng)不低于IP65，用于藥劑投加系統(tǒng)的檢測儀表要求能耐腐蝕。

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

　　(6)現(xiàn)場監(jiān)測儀表宜選用數(shù)顯儀。

　　(7)儀表的工作電源應(yīng)獨立，不應(yīng)和計算機共用電源，以保證發(fā)生故障和檢修時電源互不干擾，使各自都能穩(wěn)定可靠地運行。

　　(8)為使計算機能檢測到電壓互感器和電流互感器的異常信號并報警，設(shè)計選配的電壓及電流變送器的輸入信號應(yīng)比電流及電壓互感器大，即分別為0～6A及0～120V。

　　(9)應(yīng)選擇能夠提供可靠服務(wù)和有豐富經(jīng)驗的儀表生產(chǎn)廠商。

　　2. 水位測量

　　選擇液位計時應(yīng)考慮以下因素：(1)測量對象，如被測介質(zhì)的物理和化學性質(zhì)，以及工作壓力和溫度、安裝條件、液位變化的速度等;(2)測量和控制要求，如測量范圍、測量(或控制)精確度、顯示方式、現(xiàn)場指示、遠距離指示、與計算機的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。

　　給水工程中常用的液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心的浮球，當液位變化時，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移?？捎脵C械或電的方法來測得浮球的位移，其精確度為±(1～2)%，這種液位計不適用于高粘度的液體，其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出。

　　在凈水廠的設(shè)計中，多將此種液位計用于集水井的液位測量以控制排水泵的自動開停。

　　b.靜壓(或差壓)式液位計-HM21

　　由于液柱的靜壓與液位成正比，因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(jù)被測介質(zhì)的密度及液體測量范圍計算出壓力或壓差范圍，再選用量程、精確度等性能合適的壓力表或差壓表。這種液位計的精確度為±(0.5～2)%。

　　c. 電容式液位計 HM3051

　　在容器內(nèi)插入電極，當液位變化時，電極內(nèi)部介質(zhì)改變，電極間(或電極與容器壁之間)的電容也隨之變化，該電容量的變化再轉(zhuǎn)換成標準化的直流電信號。其精確度為±(0.5～1.5)%。

　　電容式液位計具有以下優(yōu)點：傳感器無機械可動部分，結(jié)構(gòu)簡單、可靠;精確度高;檢測端消耗電能小，動態(tài)響應(yīng)快;維護方便，壽命長。缺點是被測液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會引起誤差。電容式液位計一般用于調(diào)節(jié)池、清水池等的液位測量。

　　當測量范圍不超過時，采用棒狀、板狀、同軸電極;當超過時，采用纜式電極。當被測介質(zhì)為水時，采用帶絕緣層(可用聚乙烯)的電極。

　　d. 超聲液位計

　　超聲液位計的傳感器由一對發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對液面發(fā)射超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面上反射回來，被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時間可確定傳感器與液面之間的距離，即可換算成液位。其精確度為±0.5%。

　　這種液位計無機械可動部分，可靠性高，安裝簡單、方便，屬于非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影響，因此多用于藥池、藥罐、排泥水池等的液位測量。但此種方法有一定的盲區(qū)，且價格較貴。

　　3. 流量測量

　　流量測量分為兩種，一種用于流量檢測，參與過程控制，以達到提高生產(chǎn)自動化水平，改善生產(chǎn)工藝條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。另一種用于流量的計量，不僅計量產(chǎn)品的產(chǎn)量，還是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟指標計算的依據(jù)。在供水企業(yè)最主要的8項經(jīng)濟指標中，有3項指標是以流量計測量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。

　　流量計的選型應(yīng)考慮以下因素：

　　(1)任何型號的流量計都必須有國家計量部門檢定的證書方可選用。

　　(2)流量計本身的壓力損失要小。

　　(3)根據(jù)行業(yè)要求，流量計的準確度應(yīng)不低于2.5級。

　　(4)安裝現(xiàn)場條件應(yīng)滿足所選流量計對直管段的要求。

　　(5)所選流量計應(yīng)能適應(yīng)安裝現(xiàn)場環(huán)境條件如溫度、濕度、電磁干擾等。

　　(6)所選流量計應(yīng)能適用于待測的液體介質(zhì)。

　　目前，在給水工程設(shè)計中，采用最多的是電磁流量計和超聲流量計。

　　a. 電磁流量計

　　電磁流量計的原理是應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)定律，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。

　　在測量中，液體本身為導(dǎo)體，磁場通過安裝在管路中的兩個線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵磁，磁場作用于管道內(nèi)流動的液體，在管道中產(chǎn)生一個與被測流體平均流速V相對應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關(guān)。

　　與管道絕緣的兩個電極監(jiān)測液體的感應(yīng)電壓。磁場方向、流體流向及兩個檢測電極的相對位置三者互相垂直。

　　電磁流量計的優(yōu)點：

　　(1)測量不受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響。

　　(2)沒有壓力損失。

　　(3)能連續(xù)測量，測量精確度高。

　　(4)口徑范圍和測量范圍大，測量范圍連續(xù)可調(diào)。

　　(5)與流速分布無關(guān)。

　　(6)前后直管段較短，前置直管段為5D(D為儀表的直徑)，后置直管段為3D。

　　(7)穩(wěn)定性好，輸出為標準化信號，可方便地進入自控系統(tǒng)。

　　(8)變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性。

　　(9)轉(zhuǎn)換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強，便于現(xiàn)場觀察。

　　應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計的襯里材料多選用氯丁橡膠，因其有較好的耐磨性。安裝時應(yīng)注意遠離外界的電磁場源，以免影響傳感器的工作磁場及流量信號，傳感器水平安裝時，要求兩個電極的中心軸線處于水平狀態(tài)，防止顆粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作。測量管內(nèi)應(yīng)為滿管，不允許大量氣泡通過傳感器，當不能滿足條件時，應(yīng)采取相應(yīng)措施。

　　為使儀表可靠地工作，提高測量精確度，不受外界寄生電勢的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨接地線，且接地電阻應(yīng)小于10Ω，尤其是安裝在陰極保護管道上時。如在天津水源廠出廠干管上安裝的電磁流量計，由于管道采用了陰極保護，防護電解腐蝕的管道內(nèi)壁和外壁之間是絕緣的，被測介質(zhì)沒有接地電位，所以，將傳感器接地環(huán)裝在傳感器的兩個端面上，與連接管道的法蘭絕緣。傳感器與接地環(huán)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到傳感器上。法蘭連接螺栓用絕緣襯套和墊圈隔離。該電磁流量計自投產(chǎn)使用以來，效果一直較好。

　　轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在符合其防護等級要求的場所，在滿足安裝環(huán)境、使用要求的前提下，轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好，以節(jié)約投資，減少可能產(chǎn)生的強電信號的干擾。

　　6. 儀表系統(tǒng)的接地和防雷 HM防雷水位傳感器

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