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    淺談污水處理工程中的液位儀表

    污水處理工程一般包含污水預處理系統、生化處理系統、污泥處理系統三部分。污水預處理系統

    要由進水泵、粗細格柵、砂水分離器等構成:生化處理系統是污水處理的核心,一般含沉淀絮凝、

    厭氧,缺氧、好氧等工藝流程:污泥處理系統由污泥濃縮池、污泥脫水機等組成包括污泥勻質、濃

    縮、脫水、處置四道基本工序。

    污水處理工程涉及液位(差)、流量、壓力、溫度、濃度(含PH、溶解氧等)、濁度等多種工藝參數的測

    量,其中液位測量古很大比重,在各個工藝階段兒乎都有液位檢測點。測量介質包含水和溶液兩種。

    溶液是指用于改善污水水質的溶液如:酸、堿等.一般純溶液于儲罐中貯存,混合溶液存于帶攪拌器

    的混凝土池內,毋庸多言,水作為污水處理的對象,對其液位的檢測數量是*多的。相對其它工藝流

    程,污水處理工程的水位測量有它自身的特點:

    1)測量介質一般是含泥沙、油污等多種無機、有機污染物的污水,大多存于室外散口池中;

    2)生化處理系統使用氣浮工藝的水面上多存在泡沫;

    3)調節池、濃縮池等多設有攪拌器。

    相對于其它種類的測量儀表,適合污水處理工程使用的液位儀類型眾多,有接觸和非接觸測量兩類,

    涉及包括差壓式、浮力式、電學式、聲學式等多種測量原理的液位計。這對儀表的選擇提供了很大

    空間,同時也帶來了合理選型的難度。本文以實際使用*普,數量*多的磁翻板液位計、投入式液

    位計、超聲波液位計和雷達液位計為例,結合原理,總結實際工作中液位計選型、安裝、使用和維

    護的經驗。


    1.磁翻板液位計

    1.1測量原理

    主要基于浮力和磁力原理。帶有磁體的浮子(簡稱磁性浮子)在被測介質中的位置受浮力作用影響。液

    位的變化導致磁性浮子位置的變化、磁性浮子和磁翻柱(也成為磁翻板)的靜磁力耦合作用導致磁翻柱

    翻轉一定角度(磁翻柱表面涂敷不同的顏色),進而反映容器內液位的情況。

    1.2優缺點及注意事項

    1)顯示清晰、讀數直觀,方便現場監控。

    2)一般選用帶遠傳功能的磁翻板液位計,不需多組液位計組合,即可同時實現現場和操作室監控,

    設備開孔少。

    3)測量介質臟污時,易堵。根據介質情況,應定期清洗主導管,清除管內沉積雜質。建議配套排污

    閥方便檢修。若測量介質含腐蝕性時,須選用耐腐蝕的產品。

    QQ截圖20240426104504.jpg

     4)如圖1示,通常情況下,工藝與儀表**的設計、維護以法蘭為界,因此,須注意液位計法蘭與

    工藝接管法蘭配對。另外,液位計根部閥V1、V2屬工藝選型或由儲進配套。為保證液位計檢修時,

    不影響生產V1、V2必須選用優質產品,故在儲罐設計或采購時,儀表**須向工藝**提出要求。

    1.3使用位置

    在污水處理工程中多選用側裝式的磁翻板液位計,常用于需現場和操作室滿地監控的位置,如酸罐,

    堿罐、部分藥罐液位檢測。

     

    2.投入式液位計

    2.11測量原理

    基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理,采用多晶硅、陶瓷或電容壓力轉感器,將靜壓轉成

    電信號,一般由直接投入維體中的傳器用于信號放大、校正、補償、結果顯示的變送器和導氣或連

    接電纜(傳感器與變送器連接)三部分組成。

    2.2優缺點及注意事項

    1)結構簡單,價格較便宜。

    2)傳感器直接投入被淵液體內測量,因此不受介質起泡影響。

    3)由于傳感器與變送器間為柔性連接,儀表貯存及運輸方便,尤其在大量程的液位測量中,其優勢

    更突出,安裝方便,只須將傳感器直接投入被測液體,即可實現測量。

    4)水流沖擊、摩擦振動(尤其是與液位變化同方向的振動)等因素會改變投入式傳感器在液體中的位置,

    進而影響測量值,所以*好將液位計安裝于水流相對平穩的地點。受現場條件制約,無法避免時,*

    好將傳感器置于隔離管中安裝或選擇其它種類的液位計。

    QQ截圖20240426104527.jpg

    圖2為加裝隔離管的投入式液位計在某調節池中的應用示例,使用隔離管避免了因攪拌器工作引起的

    水流沖擊,保證了測量的準確性。

    5)使用于水質過差的環境時,傳感器套孔易被污泥堵塞,導致測量值失真,需酌情定期清洗維護。為

    減少套孔被污泥堵塞的概率,建議將其安裝于離池底大于100mm的位置,并使用隔離管。

    6)使用壽命較短。使用一段時間后,易出現零點或量程漂移,現場校準有難度。

    2.3使用位置

    雖然投入式液位計存在使用壽命較短,傳感器易堵等缺點,但由于它在價格和安裝維護方面的優點,

    尤其是價格方面,一般僅千元左右,相對于后文提到的超聲波、雷達液位計一般需萬元左右,有較

    大優勢,目前仍是污水處理工程測量敞口容器液位使用較多的液位計之一。

    在上清液集水池、清水池、濾池等水質相對較好的工藝流程中使用時,壽命較長,幾乎免維護???/span>

    以使用在水質差的環境中,但不適合池底淤泥層過厚的池內使用。加裝隔離管后可應用于部分帶攪

    拌器的調節池、濃縮池等。

     

    3.超聲波液位計

    3.1測量原理

    是利用回波測距原理的非接觸式儀表?;夭?/span>測距原理又稱行程時間或傳播時間(TOF, Time ofFight)

    測量原理。它是通過一個可以發射能量波(一般為脈沖信號)的裝置發射能量波,能量波遇到障礙物反

    射,由一個接收裝置接收反射信號。根據測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子

    裝置對能量波信號進行處理,*終轉化成與物位相關的電信號。利用超聲波作為能量波的液位計即是

    超聲波液位計。其測量原理如圖3示。

    QQ截圖20240426104549.jpg

    液位高度計算公式如下:

    h=H-1/2Ct

    其中,C為超聲波在空氣中的傳播速度;t為超聲波由液位計到水面往返一次的時間。

    由公式可見,液位高度受超聲波傳播速度的影響。而超聲波是利用氣體(絕大多數情況下是空氣)作為

    傳播介質,空氣的壓力(真空度)、溫度、濕度、流等變化會改變超盧波傳播速度。例如,超聲波速度

    與溫度的近似公式為:

    C=C0+0.607XT

    式中.C0為零度時的聲波速度332m/s:T為實際溫度(°C)。

    可見,溫度變化會產生液位測量誤差。超聲波液位計的超聲放射及接收裝置均安裝于同一探頭中,

    這就決定了只能在發射引起的傳感器余振基本消失后,接收裝置才能檢測反射回波,另外,超聲發

    射是以脈沖方式進行,而脈沖具有一定的時間寬度,因此,在超聲發射到余振基本消失的這段時間

    t'內,液位計不能正常工作,這段時間對應的液位

    B=1/2Ct’

    B稱為盲區,如圖3示,被測的*高液位如進入盲區,儀表將不能正確檢測,盲區大小取決于發射裝

    置的功率。一般而言,發射裝置功率越大.發射頻率就越低,余振衰減時間越長,盲區也就越大。

    3.2優缺點及注意事項

    1)具有工作可靠、精度高、使用周期長、免維護的特點,并具有相對的價格優勢。

    2)在污水處理工程中,多可選用一體式液位計,安裝簡便。

    3)回波反射產生的干擾回波和假回波,可通過軟件來排除,但有效回波強度也同時被衰減。因此,設

    計選型時,要考忠衰減因素,選擇量程要留有一定的余量。

    4)為了盡量減少干擾回波,安裝位置要盡可能選擇液面平穩的位置,同時遠離扶梯、檢修通道、進水

    口、出水口、攪拌器,盡可能與池壁保持較遠的距離。在探頭規定的波束發射角下,錐形波束在*低

    測量液面上的投影,不與容器壁及其它能反射聲波的構件接觸。在避開盲區的前提下,盡量貼近*高

    液面安裝,以減少池壁回波的干擾。為獲得盡可能強的回波,要保證探頭與被測界面垂直。

    5)**投運,須對儀表進行使用位置、介質特性、工藝條件等內容的設定,完成空程、滿量程校正。

    利用配套軟件進行回波曲線檢查,抑制干擾回波。建議在有條件的情況下,在池壁上分別標注液位滿

    量程的20%、50%、95%、三點,以方便今后維護和校驗。

    6)為避免因壓力、溫度等特性變化而產生的液位誤差,應選擇有溫度補償的產品。

    7)泡沫是聲波反射不充分的表面,會吸收一部分或是全部的聲波脈沖能量,減少或是完全消除回波信

    號。因此,在被測液面存在泡沫的場合,不能使用。但在泡沫較輕,盲區允許的情況下,可通過加大

    液位計的功率,來實現測量。

     3.3使用位置

    超聲波液位計不能使用在測量工況變化熱或真空的場合,但污水處理工程一般不存在上述情況,這一

    優勢使超聲波液位計在污水處理工程中得以**應用。除了不能使用在有大量泡沫、液位波動劇盟的

    地方外,兒乎可在污水處理的各個工藝流程中**使用,用于測量水池液位、液位差等。


    4.雷達液位計

    4.1測量原理

    超聲波,雷達液位計都是利用回波測距原理的儀表。利用電磁波作為能量波的液位計即是達液位計,

    又稱微波液位計。雷達液位計按結構可分為天線式和導波式,天線式通過天線發射和接收電磁波,其

    結構與超市波液位計*為相似,都屬于非接觸式儀表。導波式是微波液位計的一種變型, 英文名稱是

    Time DomainRef lectometry(時域反射法) 或簡稱TDR, 也俗稱導波雷達通常采用脈沖波方式工作,

    與微波液位計不同點在于微波脈沖不是通過空間傳插,而是通過一根(或兩根)從液儀上方伸入,直達容

    器底的導波體傳播,導波體可以是金屬硬桿或柔性金屬纜純,微波脈沖沿桿或纜的外側向下傳插,在

    被測液面上被反射,回波被天線接收,出發射脈沖與回波脈沖的時間養即可計算出傳播距離。

    低頻雷達具有較大的波束角和較長的波長,使之在有液面擾動或攪拌的情況下能提供*好的回波曲線。

    但其較大的波束角制約了使用范圍。為彌補這一缺陷,在實際產品中,低頻雷達多與導波管結合。也

    就是說,一般導波雷達液位計多使用低頻雷達。

    4.2優缺點及注意事項

    由于雷達液位計與超聲波液位計在測量原理上相同,本文3.2中1~5同樣適用于雷達液位計。但由于雷

    達液位計的特殊性,和超聲波液位計相比較,還有以下特點:

    1)由于微波(電磁波)傳播不依賴介質,所以雷達液位計不受介質特性如壓力、溫度、真空度等影響,所

    以測量精度較超聲波液位計高??梢允褂迷诠r變化較大或有蒸汽等超聲液位計不能正常工作的場合。

    2)微波(電磁波)以光速傳播,使得雷達液位計測量更靈敏,刷新速度更快。

     QQ截圖20240426104612.jpg

    3)表1示出了不同特性的泡沫,對微波、超聲波信號的不同影響。由于污水處理工程液位測量所涉幾乎

    全是濕性泡沫,所以雷達液位計可代替超聲波液位計在液面有泡沫的場合使用。

    4)使用導波雷達,可在帶攪拌、液面擾動等復雜工況或安裝空間有限的場合實現測量。導波雷達液位計

    安裝在有攪拌器的液體中,若液體流速過快,建議將導波管末端固定,以減少導波管受力。

    5)部分產品配套有智能軟件,可實現不規則池底的液位測量。

    6)雷達液位計比超聲波液位計價格稍貴。

    4.3使用位置

    由于雷達液位計在有泡沫、帶攪拌的測量場合具有優勢,它彌補了超聲波液位計在上述方面的不足???/span>

    以說,雷達液位計適合在污水處理的各個工藝流程中使用,測量水池液位、液位差。

     

    5.結語

    液位儀表是污水處理工程不可缺少的重要儀表。它種類繁多,根據介質和現場條件的不同,各類液位計

    各具優勢,形成一個多元化的局面。要找到*適合的產品,只有在液位計選型、安裝時,根據各液位計

    的特點,從測量介質、安裝位置、儀表精度、價格、使用壽命、維護成本等多方面綜合考慮。隨著勞動

    力和生產成本的不斷提高,儀表高精度、免維護性在儀表選型中所占的比重也隨之不斷增加。因此,在

    儀表采購成本允許的情況下,建議盡量選擇高精度、免維護的儀表。相對于磁翻板液位計和投入式液位

    計而言,超聲波、雷達液位計更符合上述要求。隨著電子技術及制作工藝的不斷提高,超聲波、雷達液

    位計的價格會不斷下降,性能會不斷提高,數量會不斷增多。

     




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