在現(xiàn)代化凈水廠,所有的生產(chǎn)過程總是與相應(yīng)的儀表和自控技術(shù)有關(guān)。 儀表連續(xù)檢測各工藝參數(shù),基于這些參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制,協(xié)調(diào)供需間、系統(tǒng)各組成部分之間、各水處理工藝之間的關(guān)系,使各種設(shè)備和設(shè)施能夠更加充分、合理地使用。 同時(shí),可連續(xù)比較測量儀測量的數(shù)值與設(shè)定值,因此發(fā)生偏差時(shí),可立即進(jìn)行調(diào)整,保證水處理的品質(zhì)。 儀表檢測參數(shù)可以進(jìn)一步自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制用藥量,保證泵機(jī)組的合理運(yùn)行,使管理更加科學(xué)化,達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。 儀表具有連續(xù)檢測、超過限度報(bào)警的功能,對(duì)于及時(shí)處理事故非常方便。 儀表仍然是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的前提條件。 因此,在先進(jìn)的水處理系統(tǒng)中,自動(dòng)儀表具有十分重要的作用。
一、水處理系統(tǒng)常用儀表的分類
供水工程中使用的儀表大致可分為:一種是監(jiān)測生產(chǎn)過程中物理參數(shù)的儀表,用于檢測溫度、壓力、液位、流量等。 這種儀表采用國產(chǎn)鐘表,其性能和質(zhì)量基本可以滿足要求。 另一種是測定水質(zhì)的分析器,例如測定水的濁度、pH值、溶解氧量、馀氯、SCD值等。 這些專用儀器在我國發(fā)展緩慢,通常選擇國外先進(jìn)產(chǎn)品,從長遠(yuǎn)角度看經(jīng)濟(jì)可靠。 檢測儀表的好壞直接關(guān)系到供水自動(dòng)化的效果。 在工程設(shè)計(jì)過程中,一般從儀表性能、質(zhì)量、價(jià)格、用品狀況、售后服務(wù)等方面反復(fù)比較,采用進(jìn)口儀表與國產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法。
二、凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的組成模式和監(jiān)控參數(shù)
構(gòu)成凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的模型凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)一般由水廠管理層和現(xiàn)場監(jiān)控層兩級(jí)系統(tǒng)組成,按集中管理分散控制的原則進(jìn)行監(jiān)控。 在工程設(shè)計(jì)中,工廠級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(即主站)安裝在水廠中心控制室,每個(gè)現(xiàn)場監(jiān)測站(即子站)的數(shù)量和位置取決于過程流和建筑物的位置和分布程度。 一般地表水廠廠房子站的設(shè)置是供水泵室子站、反應(yīng)沉淀和氯化藥子站、過濾子站、送水泵室和配電室子站、污泥處理子站。 各監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)均傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng),可在監(jiān)測站控制臺(tái)顯示、控制、打印、記錄、報(bào)警。
2 .各從站的監(jiān)測參數(shù)
a .供水泵室子站監(jiān)測參數(shù)水質(zhì)參數(shù):水源水渾濁度、pH值、水溫、溶解氧等。 運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù):調(diào)節(jié)池水位、吸水井水位、水源水流量、泵分電量、泵站總電量等。
b .反應(yīng)沉淀、加氯藥房水質(zhì)參數(shù):沉淀池出口濁度、過濾后的剩馀氯、SCD值。 運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù):沉淀池水位、沉淀前流量、罐液位、罐液位、藥液濃度、沉淀池泥位。
c .過濾分站水質(zhì)參數(shù):過濾后的水濁度、馀氯。 運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù):過濾池水位、水頭損失、逆洗水流量、沖洗水箱水位。
d .送水泵室和配電室分局的水質(zhì)參數(shù):出廠水流量、剩馀氯。 運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù):出廠水壓、流量、清水池水位、吸水井水位、交流電壓、交流電流、電量等。
e .污泥處理子站運(yùn)行參數(shù):回流池水位、水量、濃縮池水位、回流濁度。 三、水處理系統(tǒng)常用儀表選型與設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
1 .儀表選項(xiàng)的一般要求
(1)度:在正常使用條件下,儀表測量結(jié)果的準(zhǔn)確度、誤差越小,度越高。 生產(chǎn)過程物理檢測儀表的度數(shù)為±; 1%,水質(zhì)分析儀度±; 2% (高濁水濁度計(jì)的度數(shù)為±; 5% )。
(2)響應(yīng)時(shí)間:測量時(shí),到儀表的指示值顯示為止需要花費(fèi)時(shí)間。 這個(gè)時(shí)間是儀表的響應(yīng)時(shí)間。 一個(gè)儀表能否快速反映參數(shù)的變化,是重要的指標(biāo)。 水質(zhì)分析儀所要求的響應(yīng)時(shí)間不得超過3min。
(3)輸出信號(hào):儀表的模擬輸出為4~20mADC信號(hào),負(fù)載能力選擇為600&Omega以上。
(4)儀表保護(hù)等級(jí)應(yīng)符合環(huán)境要求,一般在IP65以上,藥劑投入系統(tǒng)的檢測儀表要求耐腐蝕。
(5)四線式儀表電源多為220VAC、50Hz,二線式儀表電源為24VDC。
(6)現(xiàn)場監(jiān)測儀表應(yīng)選用數(shù)顯表。
(7)儀表的工作電源獨(dú)立,與計(jì)算機(jī)共享電源,避免故障和檢修時(shí)電源相互干擾,確保各自穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
(8)為了使計(jì)算機(jī)能夠檢測出變壓器和變流器的異常信號(hào)并進(jìn)行警報(bào),選購件的電壓和變流器的輸入信號(hào)應(yīng)大于電流和變流器,分別為0~6A和0~120V。
(9)必須選擇能夠提供可靠服務(wù)和豐富經(jīng)驗(yàn)的儀器制造商。
2 .水位測量
在選擇液位計(jì)時(shí),必須考慮以下因素
(1)測定對(duì)象,例如被測定介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)、工作壓力和溫度、設(shè)置條件、液位變化的速度等
(2)測量范圍、測量(或控制)度、顯示方式、現(xiàn)場指示、遠(yuǎn)程指示、與計(jì)算機(jī)的接口、安全防腐、可靠性、施工便利性等測量和控制要求。
供水工程常用的液位計(jì)和選型要點(diǎn)如下:
a .浮動(dòng)式液位計(jì)
將中空浮球放入液體中,液面水平發(fā)生變化時(shí)浮球會(huì)產(chǎn)生與液面水平變化相同的位移。 可通過機(jī)械或電氣方法測量浮球的位移,其次為±; (1~2)%,該液位計(jì)不適用于高粘度液體,其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出。 在凈水廠的設(shè)計(jì)中,多將該水平計(jì)用于集水井的水平測量來控制排水泵的自動(dòng)開閉。
b .靜壓(或差壓)式液位計(jì)
由于液柱的靜壓與液位成正比,因此可通過壓力計(jì)測量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓來測量液位。 根據(jù)被測量介質(zhì)的密度和液體測量范圍計(jì)算壓力和差壓范圍,選擇適合微波爐、溫度等性能的壓力計(jì)和差壓計(jì)。 這個(gè)液位計(jì)的度數(shù)是±; ( 0.5~2)%。
c .電容式液位計(jì)
將電極插入容器內(nèi),液位變化時(shí),電極內(nèi)部的電介質(zhì)發(fā)生變化,電極間(或電極與容器壁之間)的靜電電容也發(fā)生變化,該靜電電容的變化再次轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的直流信號(hào)。 其次是±; ( 0.5到1.5 ) %。
電容式液位計(jì)在傳感器上沒有機(jī)械可動(dòng)部分,結(jié)構(gòu)簡單,具有可靠性優(yōu)點(diǎn),靈敏度高,檢測側(cè)功耗小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,維護(hù)方便,使用壽命長。 缺點(diǎn)是被測液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會(huì)引起誤差。 電容式液位計(jì)通常用于調(diào)節(jié)水池和清水池等的液位。
測量范圍不超過2m時(shí),采用棒狀、板狀、同軸電極;超過2m時(shí),采用電纜電極。 被檢測介質(zhì)為水時(shí),使用帶絕緣層(可使用的聚乙烯)的電極。
d .超聲波液位計(jì)
超聲波液位計(jì)的傳感器由一對(duì)收發(fā)換能器構(gòu)成。 發(fā)送換能器向液面發(fā)送超聲波脈沖,超聲波脈沖從液面反射回來,被接收換能器接收。 從發(fā)送到接收的時(shí)間決定傳感器與液面的距離,可換算成液面水平。 其次是±; 0.5%。
該液位計(jì)無機(jī)械活動(dòng)部分,可靠性高,安裝簡單方便,非接觸式測量,不受液體粘度、密度等影響,多用于藥池、藥罐、排泥池等液位測量。 但是,這種方法有一定的死角,價(jià)格很高。
流量測量流量分為兩部分,一部分用于流量測量,參與過程控制,提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平,改善生產(chǎn)工藝條件,達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。 另一種流量計(jì)量不僅是產(chǎn)品產(chǎn)量,也是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算依據(jù)。 供水企業(yè)zui的主要8個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中,有3個(gè)指標(biāo)是以流量計(jì)測得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。
選擇流量計(jì)時(shí),請(qǐng)考慮以下因素
(1)任何型號(hào)的流量計(jì)沒有國家計(jì)量部門審定的證明書都不能選定。
(2)流量計(jì)本身的壓力損失小。
(3)按行業(yè)要求,流量計(jì)的精度必須在2.5級(jí)以上。
(4)安裝現(xiàn)場的條件應(yīng)符合所選流量計(jì)對(duì)直管段的要求。
(5)選定的流量計(jì)應(yīng)適用于設(shè)置現(xiàn)場的環(huán)境條件,如溫度、濕度、電磁干擾等。
(6)選定的流量計(jì)應(yīng)適用于測量的液體介質(zhì)。
現(xiàn)在供水工程設(shè)計(jì)中zui較多的是電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)。
電磁流量計(jì)的電磁流量計(jì)原理應(yīng)用法拉德電磁感應(yīng)定律,由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。 在測量中,液體本身是導(dǎo)體,通過安裝在管路上的2個(gè)線圈產(chǎn)生磁場。 線圈被交流或直流電源激勵(lì),磁場作用于在管路內(nèi)流動(dòng)的液體,在管路中產(chǎn)生與被測定流體的平均流速v對(duì)應(yīng)的電壓,該電壓與流體的流速分布無關(guān)。
與管道絕緣的兩個(gè)電極監(jiān)視液體的感應(yīng)電壓。 磁場的方向、流體的流動(dòng)以及兩個(gè)檢測電極的相對(duì)位置這三者相互垂直。
電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):
(1)測定不受被測定液體的溫度、壓力、粘度的影響。
(2)無壓力損失。
(3)可連續(xù)測量,測量度高。
(4)口徑范圍和測量范圍廣,測量范圍可連續(xù)調(diào)整。
(5)與流速分布無關(guān)。
(6)前后直管段較短,前直管段為5D(D為儀表直徑),后直管段為3D。
(7)穩(wěn)定性好,輸出標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào),能夠簡單地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
(8)變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料,具有良好的耐磨性。
(9)轉(zhuǎn)換器體積小,功耗小,抗干擾性能強(qiáng),便于現(xiàn)場觀察。
適用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的襯里材料多使用氯丁橡膠,耐磨性優(yōu)良。 安裝時(shí)要注意遠(yuǎn)離外部電磁場源,不要影響傳感器的工作磁場和流量信號(hào),水平安裝傳感器時(shí),兩個(gè)電極的中心軸線為水平狀態(tài),要防止微粒堆積,不要影響電極的動(dòng)作。 測量管內(nèi)必須滿管,大量氣泡不允許通過傳感器。 不符合條件的,應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施。
確保儀表工作,提高測度,不受外部寄生電位的影響,傳感器需要良好的單獨(dú)接地線,接地電阻必須小于10&Omega,特別是安裝在陰極保護(hù)管上時(shí)。 安裝在水源工廠的干燥管上的電磁流量計(jì),由于配管采用陰極保護(hù),防止電解腐蝕的配管內(nèi)壁和外壁之間絕緣,被測量介質(zhì)沒有接地電位,因此在傳感器的兩端面安裝傳感器接地環(huán),與連接配管的法蘭絕緣。 傳感器與接地環(huán)用的接地線連接,與接地極連接。 管法蘭之間用電纜連接,但沒有與傳感器連接。 法蘭連接螺栓通過絕緣襯套和墊圈隔離。 這種電磁流量計(jì)自生產(chǎn)以來效果一直很好。
轉(zhuǎn)換器設(shè)置在滿足其防護(hù)等級(jí)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,節(jié)約投資,減少可能發(fā)生的強(qiáng)電信號(hào)干擾。
超聲波流量計(jì)zui近十多年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展,超聲波流量計(jì)被應(yīng)用于流量測量。 利用超聲波流量計(jì)進(jìn)行測量的方法有很多,其中典型的有時(shí)差法和多普勒法。 凈水廠多采用時(shí)差法流量計(jì),其方法是在測量管道上安裝兩個(gè)換能器,在順流和逆流流速之差的影響下,測量從發(fā)射到接收的時(shí)間差,從而測量流速。
超聲波流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn):
(1)設(shè)置、維護(hù)方便。 隨著夾裝式傳感器的普及,在設(shè)置、維護(hù)超聲波流量計(jì)時(shí),不會(huì)在配管上開孔或切斷流量,可以在現(xiàn)有的用途中簡單地設(shè)置,特別適用于大口徑配管檢查系統(tǒng)。
(2)口徑范圍廣,價(jià)格不受管徑影響。
(3)測量的可靠性高。
(4)無壓力損失。
(5)不受流體參數(shù)的影響。
(6)輸出標(biāo)準(zhǔn)化的直流信號(hào),能夠容易地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
選擇超聲波流量計(jì)時(shí),要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁污垢、防腐層是否均勻。 這些因素對(duì)測量結(jié)果有很大影響。 另外,根據(jù)超聲波流量計(jì)的測量原理,由于只有在流速分布均勻的情況下才能保證測量的精度,因此流量計(jì)的上下游需要足夠的直管段,參考各種資料和流量計(jì)的使用說明書,上游zui要求為10D以上,下游要求為5D以上。
由于自來水行業(yè)是連續(xù)生產(chǎn),因此進(jìn)行無中斷計(jì)量是極其重要的,一般來說安裝在管道上的流量計(jì)總是不能拆卸檢查。 一般采用高密度便攜式超聲波流量計(jì),周期性地向國家認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn),作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具,采用對(duì)照方式定期檢查在線流量計(jì)。 設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)使用單位的要求,考慮到將來的生產(chǎn)管理需要,確保測量空間,使用戶方便。 也就是說,除了稍微擴(kuò)大流量計(jì)的井,設(shè)置固定式流量計(jì)之外,還需要如圖1那樣確保用便攜式流量計(jì)進(jìn)行測量的空間。
濁度的測定是水體混濁程度的測定,即水體中存在微細(xì)分散的懸浮微粒,降低水的透明度。 濁度計(jì)是一種測量水體濁度的儀器,主要用于水質(zhì)監(jiān)測和管理。 凈水廠負(fù)責(zé)供應(yīng)居民生活用水和工業(yè)用水,供水質(zhì)量直接關(guān)系到人民的健康、安全、食品、釀造、醫(yī)藥、紡織、印染、電力等各行業(yè)的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。 濁度是重要的水質(zhì)指標(biāo),濁度計(jì)的選擇尤為重要。 濁度計(jì)有目視濁度計(jì)和光電濁度計(jì)兩種。 光濁度計(jì)按其用途分為過程監(jiān)測(連續(xù)測量)濁度計(jì)和實(shí)驗(yàn)室(包括便攜式)濁度計(jì),其設(shè)計(jì)原理分為透射光濁度計(jì)和散射光濁度計(jì)。
散射光濁度計(jì)對(duì)水的低濁度有高靈敏度,精度高,相對(duì)誤差小,重現(xiàn)性好,水的色度不顯示濁度,散射光與入射光強(qiáng)度比有直線關(guān)系,因此在1992年9月世界衛(wèi)生組織頒布的《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定散射光濁度計(jì)為測量儀。 同時(shí),“ 供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃” 明確規(guī)定了水管網(wǎng)的水濁度指標(biāo)為1NTU。 凈水廠的設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用HACH公司的1720D、SS6系列濁度計(jì)(屬于散射光式濁度計(jì))。 過濾后的水及出廠水的測定一般采用1720D (原來是1720C )系列濁度計(jì)。 使用時(shí)水樣連續(xù)流入濁度計(jì),通過脫泡器排出水流中的氣泡,進(jìn)入濁度計(jì)的中柱內(nèi),進(jìn)入測量室,越過其邊緣進(jìn)入排出口。 聚光束從傳感頭組件向下投影到濁度計(jì)主體內(nèi)的水樣上,浸入水樣的光電管在測量水中浮游固體90°的方向上的散射光、散射光的量與水樣的濁度成比例。 由于1720D不需要采用采樣池,因此,可以減少雜散光并提高測量精度。 1720D的精度在0到0~40NTU的范圍內(nèi)±; 2%,在40到100 n tu的范圍內(nèi)±; 5%,分辨率為0.001NTU,響應(yīng)時(shí)間為75s。
測量過濾后水的濁度計(jì)多設(shè)置在過濾所的管廊內(nèi),可以采用壁掛和柜裝置,出廠水的測量通常是在送水泵室設(shè)置水質(zhì)計(jì)之間,設(shè)置濁度計(jì)和其他水質(zhì)測量計(jì),向監(jiān)視站引導(dǎo)信號(hào)。
1720D的測量范圍為0~100NTU,zui無需測量過濾前的水。 光學(xué)可測量100NTU,但給生產(chǎn)帶來很多不便。 測量源水和過濾前水多使用SS6系列的表面散射式濁度計(jì),它將光束照射到液體表面,測量來自液面的散射光,避免光學(xué)系統(tǒng)和水樣直接接觸,消除了清洗流動(dòng)池時(shí)的信號(hào)損失。
SS6系列的測量范圍為0~9999999ntu,一般地表水廠的水源水在此范圍內(nèi)。 0~2000NTU范圍內(nèi)的精度為±; 5%,2000~9999999ntu范圍內(nèi)的精度為±; 百分之十。
濁度計(jì)取樣點(diǎn)的選擇應(yīng)與技術(shù)專業(yè)緊密結(jié)合,選擇zui的代表點(diǎn),取樣孔zui不應(yīng)開在取樣管道頂部。 水樣萃取zui用小型取樣泵取樣,保證取樣管內(nèi)有一定的流速,不會(huì)影響濁度計(jì)的測量精度。 取樣管道的口徑由儀表取樣水的總需求量決定。
選擇顯示儀表一般凈水廠工程多選擇智能顯示儀表,功能完備,可進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理,實(shí)現(xiàn)控制功能,且測量值用液晶顯示,操作簡便,可保存數(shù)據(jù),具有自診斷功能。 與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后,其優(yōu)勢未能完全發(fā)揮,已被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所取代,但是在現(xiàn)在的凈水廠建設(shè)中,智能顯示器還可以作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)未調(diào)整的發(fā)貨階段和故障時(shí)的輔助顯示器,滿足現(xiàn)場控制、顯示的要求。
在一些情況下,如果同時(shí)需要本地顯示和遠(yuǎn)程傳輸,則不應(yīng)當(dāng)采用信號(hào)分離器,例如,單路輸入、雙路輸出、單路輸出顯示計(jì)算器,以及另一路輸出可以被輸入PLC,例如常用的WS15242。
儀表系統(tǒng)的接地和防雷接地分為保護(hù)接地和工作接地。 保護(hù)接地是為了保護(hù)作業(yè)人員因機(jī)器的絕緣破壞和絕緣性能的降低而觸電的危險(xiǎn)和機(jī)器的安全。 工作接地是為了保證儀表穩(wěn)定可靠地工作。 一般凈水廠儀表系統(tǒng)的接地采用TN-S系統(tǒng),即相線a、b、c為3根,中性線n為1根,保護(hù)線PE為1根。 電氣設(shè)備的露出的導(dǎo)電性部分與PE線連接的優(yōu)點(diǎn)是,PE線正常工作時(shí)不產(chǎn)生電流,設(shè)備的露出的導(dǎo)電性部分不會(huì)產(chǎn)生對(duì)地電壓,事故時(shí)也容易切斷電源,具有強(qiáng)的電磁適應(yīng)性,避免了高次諧波的干擾。
工作接地的原則是單點(diǎn)接地。 由于對(duì)地電位差的存在,如果出現(xiàn)一個(gè)以上的接地點(diǎn),則形成接地電路,噪聲進(jìn)入儀表,因此同一信號(hào)電路、同一屏蔽層中只有一個(gè)接地點(diǎn)。 設(shè)計(jì)作業(yè)接地可以單獨(dú)設(shè)置,也可以與保護(hù)接地共用同一接地體。 從工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看,選擇接地電阻一般應(yīng)小于1&Omega。
普通凈水廠設(shè)施分散、構(gòu)筑物低、地形平坦、寬敞,尤其是流量計(jì)井在廠外時(shí),儀表設(shè)備的雷擊率會(huì)增加。 在實(shí)踐中,筆者曾多次遇到雷擊損壞儀表、儀表原因不明等事件。 因此,安裝質(zhì)量優(yōu)良、動(dòng)作可靠的避雷器是德國peperl+fujihs公司的ESP系列避雷門用于流量計(jì)信號(hào)和電源保護(hù)等不可缺少的保護(hù)措施,效果良好
以上就是流量計(jì),液位計(jì)量表,溫度傳感器在凈水廠中的文章的全部內(nèi)容