自來水流量計的正確選型
發布日期:2018-05-31 10:25
自來水流量計由傳感器、轉換器和連接電纜組成。在決定選用自來水流量計作為流量計量表以后,首先需要確定下述幾個工藝參數,然后根據參數正確選用儀表。
這些工藝參數分別是:被測介質的性質(是否為導電液體,是否有腐蝕性,是否含固體顆粒);工藝管道內徑,材質(是否為非金屬管道或內部涂敷絕緣材料的管道);被測介質的溫度、壓力、流量;儀表安裝位置和場所(室內或室外,地上或地下,以便決定防水等級和防爆要求);儀表形式(一體或分體,分體型傳感器與轉換器之間電纜長度)等。
1.1口徑與量程的選擇
自來水流量計是一種作為直管段連接在工藝管道上的流量計,因此必須首先確定它的口徑,傳感器口徑不一定與工藝管道口徑相同,應視流量而定。
下面分三種情況考慮:
(1)對于粘度不高的液體(例如水),管道流速大多設計成經濟流速,即1.5~3m/s,在這種管道,一般來說都選用傳感器口徑與管道口徑相同或者略小一些(可在傳感器前后安裝變徑管)。選擇傳感器口徑時,最好讓傳感器內滿度流量時的流速在1.0~lOm/s之間。上限流速在原理上應是不受限制的,但是流速太高,使襯里受到較強的沖刷,容易被損壞。建議流速不超過5m/s,超過10m/s的流速就極為罕見了,因此傳感器口徑也不能選得太小。滿度流量時的流速下限一般為lm/s,最小也要大于0.5m/s,否則不能保證測量精度。
(2)對于粘度稍大或有沉積物的液體,選用傳感器口徑時應使流速不低于2m/s,最好選用3~4m/s或更高些,以便用液體自清潔,防沉積。
(3)對于礦漿等磨損性強的液體,常用流速應低于2m/s,最大不超過3m/s,以降低對襯里和電極的磨損。
(4)對于接近閩值的低電導率液體,在選用傳感器口徑時,盡可能使用較低流速(略小于0.5m/s,最大不超過lm/s),因為流速提高,流動噪聲會增加,而出現輸出晃動現象(關于流動噪聲見電極材料。節電極表面效應部分)。

1.2襯里材料的選擇
傳感器常用的襯里材料有氟塑料、氯丁橡膠、聚氨脂橡膠、氧化鋁陶瓷和玻璃鋼等。氟塑料包括聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙丙烯(F-46或FEP)、改性聚四氟乙烯(PFA)、四氟乙烯與乙烯共聚物(F一40)。根據介質的情況可選用不同的襯里,下面就常用襯里作一簡介。
(1)聚四氟乙烯在氟塑料中有最優的耐化學腐蝕特性,除液氟、液氧等,可以抗所有化學介質的腐蝕??赡?80℃的高溫介質,適宜腐蝕性介質,但耐磨損性能差。由于它與測量管不能粘接,也不能注塑,只能與測量管緊貼配套,因此/f能用于負壓狀態。它內表面光滑,不易附著沉積層,也適宜衛生類介質。
(2)改性聚四氟乙烯性能與聚四氟乙烯基本相同,它可以模壓或注塑成型,與測量管有較強的粘接力,能用于管道負壓狀態。
(3)氯丁橡膠耐一股低濃度酸、堿、鹽介質的腐蝕,有極好的彈性,高強的扯斷力,耐磨性能好。
可耐80℃以下的介質溫度。不耐氧化性的介質的腐蝕。較多用于水和一股污水。
(4)聚氨脂橡膠有極好的耐磨性能,相當天
然橡膠的10倍。耐腐蝕性差,不能用于酸、堿液和有機溶劑混合液。適用于較低的溫度(股在40℃以下)。使用于含固體顆粒的礦漿等介質。
(5)氧化鋁陶瓷耐磨性能約為聚氯脂橡膠的10倍。高溫高壓下不變形,但不耐介質溫度劇變,耐腐蝕。

1.3電極材料和電極形式的選擇
(1)電極材料的選擇
對測量介質的耐腐蝕是選擇電極材料首先考慮的因素,其次是考慮鈍化等表面效應及所形成的噪聲。
自來水流量計電極的耐腐蝕性要求很高,不允許腐蝕,或嚴格地說只允許極低的腐蝕速率,否則會破壞電極與襯里間的密封性。若介質泄漏,輕則破壞絕緣使儀表不能工作,重則完全毀壞傳感器。常用電極材料有含鉬不銹鋼(Mo2Ti)哈氏合金(Hc,HB)、鈦、鉭、鉑銥合金等。此外還有導電橡膠、導電氟塑料等低噪聲電極。下面就它們的適用范圍作簡單介紹:
a.含鉬不銹鋼(0Crl8Nil2Mo2Ti)本鋼種與一股鉻鎳不銹鋼相似,但是由于加人了2%~4%的鉬,所以在許多方面比鉻鎳不銹鋼更為優越,耐腐蝕能力比鉻鎳不銹鋼好得多(與美國AISI的型號317類似,比316L的成分多了鈦元素,對晶間腐蝕有較強的抗力)。主要用于生活和E業用水、原水、廢水、稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸堿鹽液。b.哈氏合金是鎳鉻鐵鉬合金,按不同化學成分又分為HA、HB、t-{c、HD、HF、HN等,用得最廣泛的合金是Hc和HB,其次是HD。
HB:哈氏B合金含有鉬,對沸點下的鹽酸有良好的耐腐蝕性,也耐硫酸、氫氟酸、有機酸等非氧化性酸、堿、鹽的腐蝕。一股用于低濃度的鹽酸等非氧化性酸、堿、鹽介質,不適用硝酸等氧化性酸。Hc:哈氏C合金含有鉻,因此能耐氧化性酸,如硝酸、混酸、鉻酸與硫酸的混合物等的腐蝕。也耐氧化性的鹽類,如Fe“、Cu“或含其他氧化劑的環境的腐蝕,如高于常溫的次氯酸鹽溶液等。它對海水的抗腐蝕力非常好,但是在鹽酸中則不及哈氏B合金。適用于常溫硝酸、其他氧化性酸、氧化性鹽液等,不適用于鹽酸等還原性酸和氯化物等介質。
C,鈦(Ti)鈦本質是活性金屬,但是在常溫下能生成保護性很強的氧化膜,因而具有非常優良的耐腐蝕性能。能耐各種氧化性酸、堿的腐蝕,不耐較純的還原性酸(如硫酸、鹽酸)的腐蝕,但如果酸中含有氧化劑(如硝酸、Fe“、Cu“)時,則耐腐蝕性大為降低。
適用于氯化物、次氯酸鹽、海水、常溫硝酸等介質,不適用于鹽酸、硫酸等氧化性酸。
d、鉭(Ta).鉭的耐腐蝕性非常優良,和玻璃相似。除了氫氟酸、發煙硫酸、堿外,幾乎能耐一切化學介質的腐蝕。酸中如含微量的氟時,則腐蝕率加大。在堿中不耐腐蝕。適用于大部分酸性介質,不適用于氫氧化鈉等堿液。
e.鉑(Pt)鉑由于本身不容易離子化,所以極耐腐蝕。適用于幾乎所有的酸、堿液,但不能用于王水、銨鹽、鹵素等介質。
f.電極表面效應
電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但是電極的表面效應又是影響使用的一個因素,有時材料對介質有很好的耐腐蝕性,卻不一定是適用的電極材料,還要考慮電極表面效應的問題。電極表面效應分為表面化學反應、電化學及極化現象、電極的觸媒作用等三個方面?;瘜W反應是指電極表面與被測介質接觸后形成鈍化膜和氧化層的反應。它們對耐腐蝕性能可能起到保護作用,但是有可能增加表面接觸電阻,例如鉭與水接觸就會被氧化,生成絕緣層。電化學及極化現象會產生干擾電勢而形成噪聲。漿液噪聲和流動噪聲即是電極表面噪聲的表現。漿液噪聲是在測量泥漿等液固雙相導電液體時,固體顆粒(或液體中氣泡)擦過電極表面,電極表面接觸電化學電勢突然變化,使輸出流量信號中出現的尖峰脈沖狀噪聲。流動噪聲是在測量較低電導率(1×10-6s/cm以下)的介質時,電極的電化學電勢定期變化,產生隨流量增加而頻率增加的隨機噪聲,它會引起輸出量出現波動現象。為降低電極表面噪聲,可選配與被測液體電化學和極化電勢作用小的材料以及低噪聲電極。
觸媒作用是被測介質在電極的作用下產生化學反應而影響測量的現象。例如鉑電極在測量雙氧水時在電極表面生成氣霧,在流量為零時也會顯示波動。
對于避免或減輕電極表面效應的介質與電極材料的匹配,還沒有充足的資料可查,尚待在實踐中積累。
(2)電極形式的選擇
電極形式一般分為標準型、可清洗型和可更換型三種類型。
標準型電極是不可清洗的,需在安裝前將電極清洗干凈,清除油污。這種電極適用于無沉積物、無油污、無結晶物的流體,如自來水,啤酒,一般酸、堿溶液等。
可清洗型電極用于測量容易粘附或沉淀結垢的流體。電極受到沾污后有沉積物時,將會產生零點漂移,這主要是因為粘附物或沉積物往往與被測介質的電導率不同,使得電極間的阻抗發生了變化。因此,對于容易粘附或沉淀結垢的流體,需要使用可清洗型電極,以便在流量測量不間斷的情況下清除粘附物或沉積物,以保證測量精度。
可更換型電極一般用于電極沉積物較難清洗的流體。
可清洗型電極一般又分為機械清洗(如鋼絲刷型等)、電化學清洗和超聲波清洗。電化學清洗是將直流電加到電極和被測介質之間,使電極帶負電,被測介質帶正電。因為在污水中帶負電荷的物質較多,電極帶負電可以阻礙污泥等物質在電極上附著。

1.4關于接地環的選用
自來水流量計的工作,要求被測介質必須是地電位,一般是通過管道或管道法蘭接地,若連接傳感器的工藝管道相對被測介質是絕緣的(塑料管道或有絕緣襯里的管道),就必須選用接地環或帶接地電極的傳感器,使被測介質處于地電位。接地環的形式又分普通型和保護型,般使用普通型,若被測介質是磨損性的,宜使用帶頸的保護接地環,以保護進出口端的襯里,延長使用壽命。若口徑在200mm以下的自來水流量計,選用聚四氟乙烯襯里時,應選用接地環,以保證在與管道連接安裝時保護襯里不受損壞。
接地環的材質應與被測介質的腐蝕性相適應,但比對電極材質的要求低,因為它受到腐蝕后可以更換。接地環通常是不銹鋼或Hc合金的。

1.5特殊要求的自來水流量計
有時自來水流量計需要工作在特殊的場合,如需要特殊壓力,需要高溫,需要防水,需要防爆,要求衛生或是介質的導電率極低等情況,就要考慮特殊選擇。
(1)特殊壓力——傳感器的耐壓與其內徑有關。按國家有關標準規定,對于標準型鋼管及法蘭,其最大耐壓如下:
如果傳感器內流體的壓力超過上述最大耐壓,就屬于加壓型,一般傳感器制作可以提高兩級壓力。
另外,除了聚四氟乙烯襯里的傳感器以外,其他襯里的傳感器郡可以工作在管道負壓的狀態下。
(2)防水——自來水流量計的防水要求一般可以分成GB4208規定的IP65(防塵防噴水型)、IP67(防塵防浸水型)和IP68(防塵防潛水型)三個等級,一般傳感器最高可以做到IP68,而轉換器最高只能做到IP67,所以一體型自來水流量計最高也只能做到IP67??梢愿鶕F場情況選用不同的防水等級。
(3)防爆——自來水流量計的防爆要求按照GB3836—1.2.3ff~J規定分成不同等級。用規定的代碼表示,如代碼EXdeqibIICT3一T6中:II——是可燃氣體類別的代碼。把所有氣體排隊分為I、II、III類,其中:I為煤礦井下的氣體,II為一一般化工氣體,III為帶粉塵類的氣體。C——是按照允許氣體透過的最大間隙(最大安全試驗間隙?)和點燃火花所需要的最小能量(以甲烷為標準取最小電流相對值,即最小電流比MICR),分為A、B、C三個級別,C級最嚴。
T——表示設備允許的表面溫度。根據氣體自燃的溫度,分為T3-T6幾個級別,T6為最高級,溫度最低,儀器的表面溫度必須低于氣體的自燃溫度。公司的轉換器為T6,傳感器為T3-T6。ib——表示為本安防爆,傳感器的電極信號部分為本安防爆。(ib)J/H括號表示只有電極信號這一關連部分是本安防爆的。d——表示加隔爆措施,如防爆型轉換器IFC090-Ex是將端蓋螺紋加長,蓋子加厚,材質廊不含鎂,玻璃窗加厚為10mm(一般為5ram)等。安裝放大器等電子線路板的腔體為隔爆的。q——表示為充砂防爆措施,在傳感器的線圈之間充填600-800g的玻璃砂,其作用是占據所有空隙,減少可燃性氣體進入的可能及爆炸威力。e——表示增安,如線圈加絕緣層,包硅橡膠,轉換器加過熱保護裝置。安裝接線端子的腔體、電纜引入裝置與傳感器的接線盒為增安結構。
(4)導電率極低的介質——被測的導電介質通過電磁場時,產生電動勢的大小與電導率之值無關,只與流速有關,但是若介質電導率過于小(小于5gS/cm),相當于傳感器內阻過大,則信號準于傳輸出來。傳感器的內阻是指運行時兩電極問的電阻,主要決定于兩個電極表面與液體接觸面上的電阻,液體電導率越小,該電阻越大。因此,只有加大轉換器的輸入阻抗,才可以降低介質電導率的下限。目前是用電容耦合大面積非接觸式電極的自來水流量計,使轉換器的輸入阻抗可達10Q之多,而接觸式電極的輸入阻抗只有10~10Q。一般非接觸式電極的自來水流量計是把電容器的一個電極粘結在襯里的外惻,導電液體是電容器的另一個極,兩個電極之間的絕緣襯里是電介質。制作時把前置放大器放在傳感器中,靠近導出電極。KR0HNE公司生產的IFM5080K—CAP就是非接觸式電極的自來水流量計。被測介質的電導率可以低到0.05gS/cm。
(5)衛生型——食品、醫藥等行業要求自來水流量計與液體接觸的材料是無毒無害的,如襯里應是聚四氟乙烯,傳感器外殼與連接法蘭應是不銹鋼的。結構上要求便于拆卸和清洗滅菌,與管道連接的部位應能快速裝卸,如用活接頭連接,而不宜用法蘭連接。

1.6流量計類型的選擇
自來水流量計按組裝方式有分體型和一體型兩種類型。
(1)分體型是自來水流量計較普遍的應用形式。傳感器單獨接在工藝管道上,轉換器安裝在相距數米或百余米的其他地方,中間用電纜相連接。分體型的流量計可以使得轉換器遠離環境比較惡劣的現場,也便于觀測和調整設定的參數。
(2)一體型是將轉換器和傳感器組裝在一起成為一個整體,連接線在儀表內部,使用比較簡便,而且由于不用長電纜,外界干擾也比較小。一體型的流量計一般用于小口徑的儀表,但是若傳感器安裝在高處或難于觀測的場合,高溫或有較大振動的場合,轉換器的電子元件較難承受,則不宜使用一體型的自來水流量計。


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