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熱式氣體質(zhì)量流量計在曝氣池中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2017-11-22
活性污泥法是一種污水生物處理技術(shù): 將初次沉淀、調(diào)均等預(yù)處理后的污水送入曝氣池，由鼓風(fēng)機(jī)送來的空氣通過池子底部的氣體擴(kuò)散裝置對活性污泥和污水的混合液曝氣，使活性污泥得到充足的氧氣，并處于劇烈的攪動的懸浮狀態(tài)。在氣泡從池底上升到液面的過程中，氧氣被好氧微生物吸收，污水中的可溶性有機(jī)污染物被活性污泥吸附和絮凝，繼而被好氧微生物群攝取代謝并分解為無機(jī)物，最終使廢水凈化。
通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液中的溶解氧量直接決定著污泥的活性。溶解氧過低，好氧微生物的代謝活動會下降，活性污泥發(fā)黑發(fā)臭，影響出水水質(zhì); 濃度過高，活性污泥中的微生物會進(jìn)入自身氧化階段，同時也會額外增加電力消耗。控制溶解氧的關(guān)鍵是進(jìn)入曝氣池氧氣的質(zhì)量流量，也就是空氣的質(zhì)量流量，所以像傳統(tǒng)的孔板、文丘里、噴嘴、渦街、巴類和旋進(jìn)漩渦等只是測量管道內(nèi)氣體流速的氣體流量計均需溫度壓力補(bǔ)償，最后才得到氣體的質(zhì)量流量。為更好地實現(xiàn)曝氣流量的自控，以及節(jié)能方面考慮，我們采用了熱式流量計直接測量曝氣的質(zhì)量流量，并取得了很好的效果。本文闡述了熱式質(zhì)量流量計的測量原理、特點及實際應(yīng)用中遇到的問題和解決辦法。
1 熱式質(zhì)量流量計的測量原理
如圖 1 所示，溫度傳感器測量管道內(nèi)氣體的溫度，另一個為速度傳感器，電加熱到高于溫度傳感器測量得到的溫度，并且保持恒定值。當(dāng)氣體流動時勢必帶走速度傳感器上的熱量，為保持溫度差的恒定，需要額外的電補(bǔ)償加熱，而這個補(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮『蜌怏w質(zhì)量流量成正比。
從式 ( 1) 可以看出，在氣體組分恒定 ( Cp恒定) 的情況下，氣體的質(zhì)量流量只與補(bǔ)償?shù)碾姽β食烧取Ｓ捎诿總€傳感器探頭之間都有細(xì)微的性能差異，每個變送器內(nèi)部各元器件的性能也有偏差，所以必須對組裝好的流量計進(jìn)行實流 ( 根據(jù)用戶實際溫度、壓力和流量范圍) 、逐臺標(biāo)定，這樣才能確保到現(xiàn)場安裝后不需調(diào)試即可準(zhǔn)確運(yùn)行。
2 熱式質(zhì)量流量計的核心部件
熱式質(zhì)量流量計的核心部件是探頭上的速度傳感器，它是維持探頭長期精度的關(guān)鍵。探頭的內(nèi)部是鉑金加熱絲、外壁為 316L 不銹鋼，兩者之間是導(dǎo)熱性能極佳但又不導(dǎo)電的填隙物。鉑金絲一直在加熱，如果填隙物的材料不過關(guān)，探頭工作時間長了會造成零點漂移和整體線性、重復(fù)性下降，而這些需要幾個月時間、甚至是一年才能看出來。為盡量避免這些問題，我們采用了速度傳感器具有獨(dú)特 “干傳感器”技術(shù)的進(jìn)口某品牌熱式氣體質(zhì)量流量計。
3 熱式質(zhì)量流量計的特點
熱式氣體質(zhì)量流量計具有以下特點:
( 1) 直接測量氣體質(zhì)量流量，精度達(dá)到 ± 1. 0%F?S;
( 2) 重復(fù)性達(dá)到 ±0. 2%F?S;
( 3) 量程比達(dá)到 100∶1;
( 4) 壓損極小，150mm 內(nèi)徑以上壓損可以忽略;
( 5) 一個過程連接，標(biāo)定時已做好溫壓補(bǔ)償，無須額外的溫度、壓力變送器及對應(yīng)的補(bǔ)償;
( 6) 插入式安裝，雙卡套鎖緊連接方式，內(nèi)部無可動部件，基本免維護(hù);
( 7) 管道震動對儀表性能影響非常小;
( 8) 可帶球閥安裝，省去旁路管道及相應(yīng)的閥門;
( 9) 前后直管段要求低，管道式只需 1D 前直管段;
( 10) 自帶免費(fèi)儀表通訊軟件，方便對儀表微調(diào);
( 11) 自帶校準(zhǔn)軟件，可以不拆表，不斷電完成自檢定，并給出流量計是否合格的檢定報告;
( 12) 在技術(shù)確認(rèn)時把管徑搞錯的情況下，熱式氣體質(zhì)量流量計能夠方便地通過自帶軟件進(jìn)行調(diào)整，避免重新計算、重新訂表、耽誤生產(chǎn)。
熱式氣體質(zhì)量流量計雖然有很多的優(yōu)勢，但也有缺點，比如: 只能測量干燥的氣體，如果氣體內(nèi)含有較大水汽，示值將偏大，初步的判斷標(biāo)準(zhǔn)是管道內(nèi)不會形成凝結(jié)水的氣體均可以測量; 氣體組分變化頻繁且測量精度要求高的氣體不適合測量; 氣體內(nèi)粉塵含量較高且測量精度要求高的氣體不適合測量。
4 熱式質(zhì)量流量計的應(yīng)用問題
目前，在儀化曝氣測量中使用的熱式氣體質(zhì)量流量計中，出現(xiàn)了下面這些問題:
( 1) 因安裝場地限制，就近將表安裝在離閥門7D 左右的下游， 結(jié)果使得表的流量在滿量程的30% ～ 70% 之間以 3s 左右的頻率波動。
( 2) 前后直管段和安裝等全部正常的情況下，裝在管道弓背頂部流量計的電流信號輸出故障。
( 3) 將熱式質(zhì)量流量計安裝到 800mm 的管道上，運(yùn)行反映說表的示值跟風(fēng)機(jī)額定出氣量有較大地出入。
5 熱式質(zhì)量流量計問題的解決
針對以上問題，我們配合廠家進(jìn)行了原因分析，最終比較好地解決了這些問題。
( 1) 因閥門后的流場非常復(fù)雜，在反復(fù)權(quán)衡后我們將表移到了具有充分直管段的上游，雖然安裝時沒有了工作平臺，給安裝增加了難度，但安裝好后相對原來流量示值平穩(wěn)了很多。仍然有一些波動的原因是該管是總管，下游沒有緩沖罐，所以負(fù)載的變化對總管影響較大。這從另一方面也證實了熱式流量計確實是實時地反映了管道內(nèi)的流量。
( 2) 因為表安裝得高，又沒有加裝防雷措施，使得感應(yīng)雷串入信號線，導(dǎo)致輸出故障。由于我們采用了非隔離的連接方式，雖然這路通道壞了，但卻保護(hù)了主板，最后將故障表改成隔離式連接方式輸出。在改變輸出信號接線方式的同時將表移到了低處，減少雷擊的可能性。
( 3) 因曝氣主管的管徑比較大，加上安裝位置的限制，使得測量表沒有充足的前后直管段，導(dǎo)致偏差。廠家專門為此設(shè)計了 “選點標(biāo)定設(shè)備”，在800mm 內(nèi)徑的管道截面上開了 4 個孔并且焊接了 4 個底座，在正常流量下標(biāo)定了總計 32 個點，得到平均流量大小，最后找出最合適的插入點安裝，并用 3 個堵頭把其余底座堵上，運(yùn)行后流量數(shù)據(jù)正常，響應(yīng)靈敏。
6 熱式質(zhì)量流量計的應(yīng)用效果
目前因熱式是直接氣體質(zhì)量流量測量，具有精度高、重復(fù)性好、可靠性高、量程比寬、響應(yīng)快、安裝使用簡單方便、基本免維護(hù)、幾乎無壓損、管徑的大小對儀表的價格影響非常小等特點，在活性污泥法污水處理的曝氣測量領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。由于鼓風(fēng)機(jī)24h 運(yùn)行的電耗占整個污水處理廠的一半左右，所以采用幾乎無壓損的熱式氣體質(zhì)量流量計后，每年將節(jié)省因克服管損而增加的額外電耗。特別是該廠家為儀化專門設(shè)計開發(fā)了不停氣安裝設(shè)備后，打破了儀化安裝氣體流量計就必須停氣的歷史，極大地方便了各氣體用戶的使用。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
