流(liú)量(liàng)計、分析(xī)儀器、液(yè)位變送器,溫度傳(chuán)感器在水處理的應用
在現代化的淨水廠中，每一個生産過程總是與相應的儀表及自控技術有關。儀表(biǎo)能連續檢(jiǎn)測各工藝參數，根據這些參數的數據進行手動或自動控制(zhì)，從而協調供需之間、系統各組成部分之(zhī)間、各水處(chù)理工藝之間的關系，以便(biàn)使各種設備與設施得到更充分、合理的使用。同時，由于檢測儀表(biǎo)測定的數值與設(shè)定值可連續進行(háng)比較，發 生偏差時，立即進行調整，從而保證水(shuǐ)處理(lǐ)質量。根據儀表檢測(cè)的參數，能進一步自動調節和控制藥劑投加量，保證(zhèng)水泵機組的(de)合理運行，使管(guǎn)理更加科學化，達到經濟運行的目的。由于(yú)儀表具(jù)有連續檢(jiǎn)測、越限(xiàn)報警的(de)功能，便于及時處理事(shì)故。儀表還是實現(xiàn)計算機控(kòng)制的前提條件。所以在先進的水處理系(xì)統中，自動化儀表(biǎo)具有非常重要的作用。
一 水(shuǐ)處理系統常用(yòng)儀表(biǎo)的分類
給水工程所用儀表大緻可分爲(wèi)兩大類：一(yī)類屬于監測生産過程物理參數的儀表，如(rú)檢測(cè)溫度、壓(yā)力、液位、流量等(děng)。這類儀表采(cǎi)用國産表，其性能和質量基本能滿足要求。另一類屬(shǔ)于檢測水質的分析儀表，如檢(jiǎn)測水的濁度、pH值、溶氧含量、餘氯、SCD值等(děng)。這些儀表在我國發展比較晚，因此，通常選用*進(jìn)産品，從(cóng)長遠觀點看是比較經濟、可靠的(de)。
檢測儀表的好壞(huài)直接關系(xì)到給(gěi)水自動化的效(xiào)果。在(zài)工程設計過程中(zhōng)，從儀表的性能、質量、價(jià)格、備件情況、售後服務(wù)等方面進行反複比較，我們一般采用進口儀表和國(guó)産儀表相結合的方法。
二 淨水(shuǐ)廠監控(kòng)系統的構(gòu)成模式及監測參(cān)數
1. 淨水廠監控(kòng)系(xì)統的構成模式
淨水廠的監控系(xì)統一般由水廠管理層和現場(chǎng)監控層兩級系統構成，按集中管理(lǐ)、分散控制的原則進行監控。在工程設計中，将廠級計算機系統(即主站)設在水廠中心(xīn)控制室，各現場監控(kòng)站(zhàn)(即分站)的數量和(hé)位置按工(gōng)藝流程及構築(zhù)物的位置、分散程度來定。一般地表水廠(chǎng)現場分站的設置是：進水泵(bèng)房分站、反應沉澱與加氯加藥分站、過濾分(fèn)站、送水泵房及變配電室分站、污泥處理(lǐ)分站。各監測儀表的數據均(jun1)送到計算機系統，可在監控站的(de)工控機上顯示(shì)、控制并打印、記錄、報警(jǐng)。
2. 各(gè)分站監測(cè)參數
a. 進水(shuǐ)泵房分站監測參數
水質參數(shù)：源(yuán)水濁(zhuó)度(dù)、pH值、水溫、溶解氧(yǎng)等。
運行參數：調節池水位、吸水井水(shuǐ)位、源水流(liú)量、泵機分電量、泵站總電量(liàng)等。
b. 反應沉澱、加氯加藥分站
水質參(cān)數：沉澱池出口濁度、濾後餘氯、SCD值。
運行參(cān)數：沉澱池水位、沉澱前流(liú)量、攪拌罐(guàn)液位、藥池液位、藥液濃度、沉澱池泥位。
c. 過濾分站
水質參(cān)數：濾後(hòu)水濁度、餘氯。
運行(háng)參數：濾池水位、水頭損失、反沖洗水流量、沖(chòng)洗水箱水位。
d. 送水泵房及變(biàn)配電室分站
水質參數：出廠水流量、餘氯。
運(yùn)行參數：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(liú)、電量等。
e. 污泥處理分站
運行參數：回流池水位、水量、濃縮池水位(wèi)、回流水濁度。
三 水(shuǐ)處理系統常用儀表在選型(xíng)及設計(jì)中應注意的問
1. 儀表選配的一般要(yào)求
(1)精度：是指在正常使用條件下，儀(yí)表測(cè)量結果(guǒ)的準确程度，誤差(chà)越小(xiǎo)，精度越高。
生産過程物理檢測儀表的精度爲±1%，水質分析儀表(biǎo)的精度爲±2%(測高濁水的濁度儀(yí)的精度爲±5%)。
(2)響應時間：當對被測(cè)量(liàng)進行測量時，儀表指示值總要經過一段時間才能顯示出(chū)來，這段時間即(jí)爲儀(yí)表(biǎo)的響應(yīng)時間。一隻(zhī)儀表能不能盡快反應出參數變化的情況，是很重(zhòng)要的指标。對水質分析儀表要求的響應時間應不超過3min。
(3)輸出信号：儀表的模拟輸出應是4～20mA DC信(xìn)号，負載能力不小于600Ω。
(4)儀表的防護等級(jí)應滿足(zú)所在環境的要求，一般應不低于IP65，用于藥(yào)劑投加系統的檢測儀表要求能耐腐蝕。
(5)四線制的儀表電源多爲220V AC、50Hz，兩線制的(de)儀表電源爲24V DC。
(6)現場監(jiān)測(cè)儀表宜選用數顯(xiǎn)儀。
(7)儀表的工作電源應獨立，不應和計算機共用電源，以保證發生故障和檢修時(shí)電源互不幹(gàn)擾，使各自都能穩定可(kě)靠地運行。
(8)爲使(shǐ)計算機(jī)能(néng)檢測到電(diàn)壓互感器和電流互感器的異(yì)常信号并報警，設計選配的電(diàn)壓及電流(liú)變送器的輸入(rù)信号應比(bǐ)電流及電壓互(hù)感器大，即分别爲0～6A及(jí)0～120V。
(9)應選擇能夠提供可靠服(fú)務和有豐富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)測量對象，如被測(cè)介質的物理和化學性質，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，如測量範圍、測量(或控制)精度(dù)、顯示方式、現場指示、遠距離指示、與(yǔ)計算機的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性(xìng)。
給水工程中常用的液位計(jì)及選型要點如下：
a.浮球式液位計
在(zài)液體中放入一個空心的浮球，當液位變化時，浮球将産生與液位變化相同的位移。可用機械或電的方法來測得浮(fú)球的位移，其精度爲±(1～2)%，這種液位計不适用于高粘度(dù)的液(yè)體，其輸出端有開關(guān)控制和連續輸(shū)出。
在淨(jìng)水廠的設計中，多(duō)将此種液(yè)位計用于集水(shuǐ)井的液位測(cè)量以控制排水泵的自(zì)動(dòng)開停。
b.靜壓(或差壓(yā))式液位計
由(yóu)于液柱的靜壓與液位(wèi)成正比，因此利用壓力表測量基準面上液柱(zhù)的靜壓就可測(cè)得液位。根據被測介質的密(mì)度(dù)及液體測量範(fàn)圍計算出壓力或壓差範圍，再選用(yòng)量程(chéng)、精度等性能合适的壓力表或差壓(yā)表。這種液位計的(de)精确度爲±(0.5～2)%。
c. 電容式液位計
在(zài)容器内插入電(diàn)極，當液位變化時，電極内部介質改變，電極間(或電極與容器壁之間)的電容也随之變化，該電容量(liàng)的變化再轉換成标準(zhǔn)化的直流(liú)電信号。其精度爲±(0.5～1.5)%。
電容式液位計(jì)具(jù)有以下優點：傳(chuán)感器無機械可動部分，結(jié)構簡單、可(kě)靠;精度高;檢測端消耗電能小，動态響應快;維(wéi)護方便，壽命長。缺點是被(bèi)測液體(tǐ)的介電常數不穩定會引起誤差。電容式液位計一般(bān)用于調節池、清水池等的(de)液位(wèi)測量。
當測量範(fàn)圍不超過2m時，采用(yòng)棒狀、闆狀、同軸電極;當超過2m時，采用纜式電極。當被測(cè)介質爲水時，采用帶絕緣(yuán)層(céng)(可用聚(jù)乙烯)的電極。
d. 超聲液位計
超聲(shēng)液位(wèi)計的傳感器由一(yī)對發射(shè)、接收換(huàn)能器組成。發射換能(néng)器面對液面發射超聲波脈沖，超(chāo)聲波脈沖從液面上(shàng)反射回來，被接收換能器(qì)接收。根據發(fā)射至接收的(de)時間可确定傳(chuán)感器(qì)與液面之(zhī)間的距(jù)離，即可換算成液(yè)位。其精度爲±0.5%。
這種液位計(jì)無機械(xiè)可動部分，可(kě)靠性高，安裝簡單、方(fāng)便，屬于(yú)非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影(yǐng)響，因此多用于藥池、藥罐、排泥(ní)水池等的液位測量(liàng)。但此(cǐ)種方法有一定的盲區，且價格較貴。
3. 流量測(cè)量
流量測量分爲兩種，一種用于流量檢測，參與過(guò)程(chéng)控制，以達到提高生(shēng)産自動化水(shuǐ)平，改善生産工藝(yì)條件，提高産品質量和産量的(de)目的(de)。另一種用于流量的計量，不僅計量産品的産量，還是(shì)供水企業主要技術經濟指(zhǐ)标計算的依據。在供水企業主要的(de)8項經濟(jì)指标中，有3項指标(biāo)是以流量計測(cè)量的數據爲基礎的。
流(liú)量計的選型應考慮以下因素：
(1)任何型号的流量計都必須(xū)有國家計(jì)量部門檢定的證書方可選用。
(2)流量計本身的壓力損(sǔn)失要小。
(3)根據行業要求，流量計的準确度應不低于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)所選流量計應能适應安裝現場環境條件如溫度、濕(shī)度、電磁幹(gàn)擾等(děng)。
(6)所選流量計應能适用(yòng)于待測的液體介質。
目(mù)前，在給水工程設計(jì)中，采用的是電磁流量計和超聲流量(liàng)計。
a. 電磁流量計
電磁流量計的原理是應用法拉弟電磁感應定律，由傳感器和轉換(huàn)器組成。
在(zài)測量中，液體本身爲導體，磁場通過安裝在管路中(zhōng)的兩個線圈産(chǎn)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)與被測流體平均流速V相(xiàng)對應的電壓，且該(gāi)電壓與流體的流(liú)速分布無關。
與管道絕緣的兩個電極監(jiān)測液體的感應電壓。磁場方向(xiàng)、流體流向(xiàng)及兩個檢測電極的相對位置三者(zhě)互相垂直。
電磁流量計的優點：
(1)測量不受被測液體(tǐ)的溫度、壓力或(huò)粘度的影響(xiǎng)。
(2)沒有壓力損失。
(3)能(néng)連續(xù)測量，測量精度高。
(4)口徑範(fàn)圍和測(cè)量範圍大，測量範圍連續可調。
(5)與流速分布無關。
(6)前後直管段較短，前(qián)置直管段爲5D(D爲儀表的直(zhí)徑(jìng))，後置直管段爲3D。
(7)穩(wěn)定性好，輸出爲标準化信(xìn)号，可方便地進入自(zì)控系統。
(8)變送器(qì)導管内壁有襯裏材(cái)料，具備良好的耐腐(fǔ)、耐磨性。
(9)轉換(huàn)器體積小，消耗功率小，抗幹擾性能強，便于現場觀察(chá)。
應用于水處理系統的電磁流量計的襯裏材料多選用氯丁(dīng)橡膠，因其(qí)有較好的耐磨性(xìng)。安裝時應注意遠(yuǎn)離外界的(de)電磁場源，以免影響傳感(gǎn)器的工作(zuò)磁場及流量信号，傳感器(qì)水平安裝時，要求(qiú)兩(liǎng)個電極的中(zhōng)心(xīn)軸線處于水平狀态，防止顆粒(lì)雜質(zhì)沉積，影響電極工作。測量管内應爲滿管(guǎn)，不允許大量氣(qì)泡通過傳感器(qì)，當不能滿足條件時，應(yīng)采取相應措施(shī)。
爲使儀表可靠地(dì)工作，提高測量(liàng)精度，不受外界寄生電勢的幹擾，傳(chuán)感器應有良好的單(dān)獨(dú)接地線，且接地電阻應小于10Ω，尤其是安裝在陰極保護管道上時。如在天津水源廠出廠幹管上安裝(zhuāng)的電磁流量計，由于管道(dào)采用了陰極保護，防護電解腐(fǔ)蝕的管道内壁和外(wài)壁之間是絕緣的，被(bèi)測介質沒有接地電位，所以(yǐ)，将傳感器接(jiē)地環裝在傳感(gǎn)器的(de)兩個端面上，與連接管道的法蘭絕緣。傳(chuán)感器(qì)與接地環用接地線(xiàn)相連，并引(yǐn)至接地極。管道法蘭之(zhī)間用電纜相連但不連(lián)到傳感器上。法蘭連接螺栓用絕緣襯套和墊圈隔離。該電磁流量計自投産使(shǐ)用以來，效果一直(zhí)較好(hǎo)。
轉換器應安裝在符合(hé)其防護等級要求的場所，在滿足安裝環境(jìng)、使用要求的前提下，轉換器與傳感(gǎn)器之間的距(jù)離和連接電纜越短越好，以節約投資(zī)，減少可能産生的強(qiáng)電信号的幹擾。
b. 超聲流量計
近十幾年來，由于電子技術(shù)的發展，超聲流(liú)量計才(cái)得(dé)以應用于(yú)流量測量(liàng)。利用超聲流量計進行(háng)測量的方法有很多種，其中較爲典(diǎn)型的是時差法和多普勒法。淨水廠多選用時差法流(liú)量計，其方法是在(zài)測量管道上安裝兩個換能器，因順流與逆流流速差别的影響，測量從發射到接收而産生的時間差，據此測出流速(sù)。
超聲流量計的主要優點(diǎn)：
(1)安(ān)裝維護方便。随(suí)着夾(jiá)裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護(hù)超聲流量計時不需(xū)在(zài)管(guǎn)道上打孔或切(qiē)斷流量，就可在已存在的應用場合很(hěn)方便地進行安裝，尤其适用于大口徑管道(dào)檢測(cè)系統。
(2)口徑範圍大，且價格不受管徑影響。
(3)測量可靠性高。
(4)無(wú)壓力損失。
(5)不受流(liú)體參數影響。
(6)輸出标準化直流信号，可方便(biàn)地進入自控系統。
選用超聲(shēng)流量(liàng)計要特别注意傳感器的安裝誤差、管道内壁結垢、防腐層均勻與否，這些因素對測量結果影響很大(dà)。另據(jù)超聲流量(liàng)計的測量原理，隻有(yǒu)流(liú)速分布(bù)均勻時才能保(bǎo)證測量的精度(dù)，所以在(zài)流量計的上下遊要有足夠的直管段，參考(kǎo)各(gè)種資料及流量計的使用手冊，要求上遊少不小于10D，下遊大于5D。
由于自來(lái)水行業爲連續生産，進行不間斷計量是重要的，所以一般安裝于管道上的流量計(jì)不能經常拆卸送檢(jiǎn)，一般做法是采(cǎi)用精度較(jiào)高的便(biàn)攜式超聲流量計，按周期送國家認證單位進行校準，作爲企業的(de)标準器具，再用比對的(de)方式定期檢測在線流量計。這需要設計人員在設計時應根據使用(yòng)單位要(yào)求，考(kǎo)慮将來生(shēng)産管理的需要(yào)，預留出比對測量的空間，以方便用戶，即将流量計井做得稍大一些，除安裝固定式流量計(jì)外，還應如圖1所示預留出便攜式流量計測量的空(kōng)間。
4.濁度的測量
濁度是水(shuǐ)體渾濁程度的度量，也就是水體中存在微細分散的懸浮性(xìng)粒子，使水透明度降低的程度。濁度儀是測量水體渾(hún)濁程度的儀器，主(zhǔ)要用于對水質的監測和管理。
淨水廠(chǎng)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(yǐ)及食品(pǐn)、釀造(zào)、醫藥、紡織、印染、電力等各行各業的正常生産和(hé)産(chǎn)品質(zhì)量。濁度是(shì)一項很重(zhòng)要的水質指标，因此對濁(zhuó)度儀的選擇顯得尤爲重要。濁度儀可分爲目視濁度儀和光電濁度儀兩大類。光電濁度儀就其用途可分爲工藝監控(連續測定)濁度儀和實驗室(包括便攜式)濁度儀(yí)，就其設計(jì)原理(lǐ)又可分爲透(tòu)射光濁度(dù)儀和散射光濁度儀。
由(yóu)于(yú)散射光(guāng)濁度儀對水的低濁度有較高的靈(líng)敏度(dù)，準确度高，相對誤差小，重複性好，水的色度不顯(xiǎn)示濁度(dù)，且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(zé)》中規定将散射光濁度儀作爲(wèi)測定(dìng)儀器。同時，“供(gòng)水行業2000年技術進步發展規(guī)劃”中已明确規定一類水司(sī)管(guǎn)網水濁度指标爲1NTU。
在淨水廠設(shè)計中(zhōng)常(cháng)用HACH公司的1720D、SS6系列(liè)濁度儀(yí)(屬于散射(shè)光式(shì)濁度儀(yí))。
在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(shuǐ)樣連續流入濁度儀，流經脫泡器以排空水流中的氣泡，然後(hòu)進入濁度儀的中(zhōng)柱内，上升至測量室并溢過其邊緣進入排放(fàng)口。聚光束從(cóng)傳感(gǎn)器頭部組件中向下投射(shè)到濁度儀主體内的水樣中，浸在水樣中的光電管測量水中(zhōng)懸浮固體 90°方向的散射光，散射光的量與水樣(yàng)的濁度成正比。1720D不需采用樣品池，這樣可減少雜散光(guāng)，提高測量準确度。1720D的準确度爲：0～40NTU範圍内爲±2%，40～100NTU範圍内爲±5%，分辨力爲0.001NTU，響應時間(jiān)爲75s。
測量濾後水的濁度儀多(duō)安裝于濾站管廊内，可采用壁(bì)挂或櫃裝，出廠水的測量一般(bān)在送水泵房設置水(shuǐ)質儀表間，将濁度儀及其(qí)他水質檢(jiǎn)測儀表置于儀表間内，再将(jiāng)信号引至監(jiān)控站(zhàn)。
雖然1720D的測量範圍爲(wèi)0～ 100NTU，但好不用其測量濾(lǜ)前水，因爲雖然光學上能測到100NTU，但在(zài)生産使用上會帶來許多不便。測(cè)量源水及(jí)濾前水多使用SS6系列表面散射式濁度儀，它(tā)是将光束射在液體表面，測定來自液面的散射光，避免了光學系統與水樣直接(jiē)接觸，消除(chú)了清洗流(liú)通池時(shí)帶來的信号丢失。
SS6系列的測量範圍(wéi)爲0～9999NTU，一般地表水廠(chǎng)的源水均在此(cǐ)範圍内。它在0～2000NTU範圍内的準确度爲(wèi)±5%，2000～9999NTU範圍内準确(què)度爲±10%。
濁度儀取樣點的選擇應與工藝專業緊密結合，選取有代表性的點，取樣孔好不要開在被取樣管道的頂部，避免(miǎn)将管道中的氣泡抽進(jìn)取樣管而(ér)影響濁度儀的測量準确度，水樣的提取好用小型采樣泵取樣，保證取樣管内有一定流(liú)速(sù)，不易在管道内壁結(jié)垢。取樣管道(dào)的口徑應根據儀(yí)表取樣水(shuǐ)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(yòng)智能化顯示儀表，其(qí)功能齊全(quán)，能進行數(shù)字信号處理，實現控制功能，而(ér)且測量值以液晶顯示，操作方便，可以保存數據，具(jù)有自診斷功能。雖然與計算機系統聯網後，它的優勢沒有*發(fā)揮出來，而被(bèi)計算機系統所取(qǔ)代(dài)，但在目前淨水(shuǐ)廠的建設中，使用(yòng)智能化的(de)顯示儀表作爲在計算機系統未調試投運(yùn)階段或發生故障時的輔助儀表，也能滿足現場控制、顯示(shì)的要求。
在某些情況下，同時需要本地顯示與遠程(chéng)傳送，此時不宜(yí)采取信号(hào)串聯(lián)方式(shì)，而應采用信号(hào)分配器，即1路輸入，兩路輸(shū)出，一路輸(shū)出送顯示儀(yí)表，另一路輸出可輸入(rù)PLC，如常用的WS15242。
6. 儀表系統的接地和(hé)防雷
接地可分爲保護接地和工作接地。保護(hù)接地是爲避免工作(zuò)人員因設備絕緣(yuán)損壞或絕緣性能下降時遭(zāo)受觸電危險和保護設備的安全。工(gōng)作接(jiē)地是爲保證儀表穩定(dìng)可靠地(dì)運行。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(xìng)線N即保護線PE。用電設備的外露可導電部(bù)分接到PE線上，其優點是PE線在(zài)正常工作時不(bú)呈現電流，因此設備(bèi)的外露(lù)可導電部分(fèn)不呈現(xiàn)對(duì)地電壓而且在事故時也容易(yì)切斷電源，有較強的(de)電磁适應性，避免了高(gāo)次諧波的幹擾。
工(gōng)作接(jiē)地的原(yuán)則是單點(diǎn)接地。由于對地(dì)電位差的存在，如果出現一個以上的接地點就會形成地回路，将幹擾引入儀表中，所以，同一信号(hào)回路、同一屏蔽層隻能有一個接地點。
儀表工(gōng)作接地可單獨設置或(huò)與保護接地共用同一接地體。從(cóng)工程(chéng)實踐經驗來看，接(jiē)地(dì)電阻一般應不超過1Ω。
一般淨水廠(chǎng)設施分(fèn)散，構築物(wù)低矮，地形平坦、空曠(kuàng)，特别(bié)是有些流量計井位于廠(chǎng)區之外，在這種情況(kuàng)下，儀表設備的被雷擊率增加。在實踐中，筆者多次遇到(dào)過雷擊損壞儀表或儀表(biǎo)不明原因損壞的事(shì)件。因此，安裝品質優良，動作可靠的避(bì)雷(léi)器，是*的保護(hù)措施，如采用德國Pepperl+Fuchs公司的ESP系列避雷栅(shān)用于流量計的(de)信号和電源的保護，效果良好。
