電磁流量計污水處理廠的應用
電磁流量計污水處理廠的應用
——興源環境鶴齡污水處理廠項目
一、 概述
1、杭州興源環境科技股份有限公司簡介
杭州興源環境科技股份有限公司(已上市)，是以壓濾機業務模塊為基礎的專業環保設備生產商、服務商、系統集成商，公司總部位于杭州市余杭經濟技術開發區。興源環保以科技創新為中心，通過“大型化、自動化、專業化、系統化”的技術創新“藍?！睉鹇?，技術創新能力位居行業首位，壓濾機規模位居行業前三，獲得了強有力的中心競爭力。目前已擁有各類專利百余項,為國家知識產權示范企業，先后實施眾多高新項目，其中包括水體污染控制與治理國家科技重大專項、863國家高技術研究發展計劃、國家火炬計劃項目(三項)、國家重點新產品(四項)、浙江省高技術產業發展項目、浙江省重點技術創新項目。
興源環境公司生產的壓濾機具有過濾速度快，性能穩定，操作方便，濾板耐高溫、高壓、防腐及密封性能好，濾餅脫水率高，洗滌均勻徹底，濾板無毒等優點。公司集物料及過濾工藝研發、控制系統設計、壓濾機生產、系統調試服務提供于一體，為環保、化工、礦物及加工、食品、生物醫藥等行業提供專業的過濾系統整體解決方案。壓濾機是提供壓濾機過濾系統集成服務的中心裝備，屬于通用機械中的分離機械，也屬于環保機械。產品和服務已覆蓋國內各省市區，并出口泰國、印尼、新加坡、伊朗、印度、斯里蘭卡、菲律賓、中國香港等國家和地區，在化工、冶金、石油、印染、陶瓷、食品、制藥、建材、洗煤礦山及污水處理等行業得到了廣泛應用和客戶的好評。近年來，公司從壓濾機制造技術的研發，向物料預處理、系統控制研發延伸，形成了對壓濾機過濾系統各環節先進技術的多方面覆蓋，在國內率先初步實現了由壓濾機制造商向壓濾機系統集成服務商的轉型升級。 2011年9月27日，頭一次公開發行股票并在創業板成功掛牌上市，成為中國壓濾機行業前加上市公司。 興源環境實施"大型化、自動化、專業化、系統化"的技術創新戰略，近年研發的大部分新產品達到國內前列水平，其中，全自動啤酒麥汁壓濾機和污泥深度脫水系統達到國際先進水平，具有良好的市場前景。近五年來，有10多個項目列入國家、省級科技創新計劃項目，獲省部級科技進步獎8項。2007年被認定為國家火炬計劃重點高新技術企業，2008年被認定為浙江省首批國家重點扶持高新技術企業，獲"2009年度杭州市技術創新十佳高新技術企業"稱號。2007年被認定為市級企業技術中心，2008年被認定為浙江省高新技術企業研究開發中心，2011年被認定為浙江省企業技術中心和浙江省創新型試點企業。實施"技術專利化、專利標準化、標準國際化"的企業標準化戰略，是中國壓濾機行業標準主起草單位，直接參與了我國機械、化工、環保、煤炭等行業標準的制修訂工作，已制修訂行業標準14項，正在制定國家標準2項，正在制修訂行業標準5項。興源環保將進一步發揮在自主創新、系統集成、知識產權、產品先進性、高級客戶、品牌、管理和區位等方面的綜合競爭優勢，繼續專注于固液分離行業，以產品創新和系統集成作為公司發展的兩大支柱，鞏固行業技術前列地位，拓展和精耕新興細分市場，不斷擴大經營規模，優化產品結構，持續提升公司在國內外市場的份額，成為國內前列、國際有名的壓濾機過濾系統集成商，通過持續創新為客戶提供更完善的壓濾機過濾系統整體解決方案。
2、電磁流量計簡介
流量是污水處理行業生產過程中常用的過程控制參數，是污水處理行業一個重要的生產技術指標，同時也是對排污企業排污量的計量和收費的依據。污水大多是含有顆粒、懸浮物、固液混合、具有腐蝕性的介質，而電磁流量計較大特點是能夠精確測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維液體的流量，在眾多類型的流量計中，污水處理行業大都選用電磁流量計，是因為電磁流量計具有以下優點：
1) 結構簡單，傳感器沒有可動部件和阻力部件，不會產生阻塞，不存在因機械運動磨損或雜物纏繞而產生的測量誤差及儀表故障。
2) 電磁流量計沒有節流裝置，不會產生壓力損失，電磁流量計精度高、線性好，運行穩定，適合污水處理行業使用。
3) 測量可靠，抗干擾能力強， 安裝方便，維護量小 ，測量范圍寬，流量的測量為體積流量,測量不受流體溫度、密度、壓力、粘度、電導率等變化的影響 ，采用先進加工工藝，壽命長，使儀表具有良好的測量精度和穩定性。
污水電磁流量計安裝環境的選擇：應盡量遠離具有強電磁場的設備，如大型電機、大型變壓器、大型變頻器等。安裝場所不應有強烈震動，管道固定牢靠，環境溫度變化不大。安裝環境應便于安裝和維護。
污水電磁流量計安裝位置的選擇：安裝位置必須保證管道內始終充滿被測液體。 選擇液體流動脈沖小的地方，即應遠離泵和閥門、彎頭等局部阻力件。 測量雙相(固、液和氣、液)液體時，應選擇不易引起固液分離的地方。 被測管道內徑或周長容易測量，并且橢圓度應較小。傳感器安裝管道上游側直管段長度應大于或等于10D，下游側應不小于5D(D為被測管道通徑)。管道上的閥門較好安裝在電磁流量計的下游側，并且相距電磁流量計傳感器大于5D的位置。
二、現場應用情況
湘潭市鶴嶺地區由于百年錳礦開采和冶煉，遺留電解錳渣隨地表徑流滲透，加之湘潭錳礦破產改制以后濫采盜采現象嚴重，污水未經處理隨意排放，對當地及下游生態環境和居民生產生活造成了嚴重影響。鑒于鶴嶺地區的污染如此嚴重，政府和當地企業對于如何有效處理運營后產生的廢水處理、排放問題，確立了在當地建設鶴嶺污水處理廠的措施來徹底解決這一問題。如下是現場施工圖：
鶴嶺污水處理廠的廢水主要來源于湘潭電化科技股份有限公司生產電解二氧化錳、電解金屬錳、電池材料和其他能源新材料產品時產生的廢水。該污水是弱酸性的含錳的混合液。鶴嶺污水處理廠處理污水采用的工藝流程：污水管網進水→粗格柵間及提升泵站→細格柵及曝氣沉砂池→A/A/O生化池→二沉池→混合池及曝氣池→斜板沉淀池→中和池→機械過濾池→污泥壓濾機脫水→二氧化氯接觸消毒池→牟渠排放，其中二沉池后增加了除錳工序。
對于興源環境在鶴齡污水處理廠項目工程中的配套電磁流量計中，使用杭州振華儀表有限公司的電磁流量計十余臺，型號為EMF8901-14001C11和EMF8901-23011C11，口徑有：DN100、DN150、DN80和DN32。
型號EMF8901-14001C11的電磁流量計是由EMF8900型轉換器和法蘭連接式的傳感器組成，參數配置：一體式帶現場顯示，MODBUS通訊，4-20mA輸出，220VAC供電，法蘭連接，316L不銹鋼電極，聚氨酯合成橡膠襯里，防護等級IP67，常溫，壓力1.6MPa下使用?，F場主要用來測量沒有腐蝕性的污水和污泥，用于三臺壓濾機進料口污泥流量的測量，用測量的流量值來控制污泥進料泵的功率和壓力，同時每次壓濾機工作處理的污泥流量都記錄在案，然后可以用來判斷壓濾機的工作效率和好壞，它們安裝在金屬管道上，所以不必配置接地環，而且對于污泥的測量磨損是比較嚴重的，用聚氨酯合成橡膠襯里有更好的耐磨性能，有效的防止了磨損對流量計襯里的損壞，延長流量計的使用壽命。
型號EMF8901-23011C11的電磁流量計是由EMF8900型轉換器和法蘭連接式的傳感器組成，參數配置：一體帶現場顯示，MODBUS通訊，4-20mA輸出，220VAC供電，法蘭連接，HC哈氏合金C電極，PTFE聚四氟乙烯襯里，防護等級IP67，常溫，壓力2.5MPa下使用，用戶還定制了不銹鋼外殼的傳感器?，F場用來測量有腐蝕性的污水和雙氧水，HC合金電極用來測量氧化劑物質的測量，對雙氧水，氧化性酸，鹽類，海水，堿溶液，氯化物溶液的測量有良好的耐腐蝕性。PTFE內襯也有優良的耐腐蝕性和耐高溫性能。
在現場的運行調試中，用戶發現電磁流量計的測量有一些問題：
1、壓濾機進料流量計三臺，用戶覺得在高壓進料階段電磁流量計的測量值偏小。
2、測量雙氧水的流量計和污水提升泵流量計偏大并且波動比較大。
三、現場電磁流量計測量問題的處理和分析
1、壓濾機污泥進料流量計三臺，用戶覺得電磁流量計測量值偏小。
板式壓濾機圖片：
板式壓濾機其工作原理首先是正壓強壓脫水，也稱進漿脫水，即一定數量的濾板在強機械力的作用下被緊密排成一列，濾板面和濾板面之間形成濾室，過濾物料在強大的正壓下被送入濾室，進入濾室的過濾物料其固體部分被過濾介質(如濾布)截留形成濾餅，液體部分透過過濾介質而排出濾室，從而達到固液分離的目的，隨著正壓壓強的增大，固液分離則更徹底。板框壓濾機之所以能蓬勃發展并被各行業廣泛應用，其較大的優越性就是正壓、高壓壓強脫水，較傳統的真空過濾機的壓差大得多，因而濾餅水份低，能耗少，固體流失少，濾液清澈透明。
壓濾機污泥進料時，首先低壓進料泵啟動，給壓濾機注泥，剛開始所需壓力小，流量大，進料壓力達到預設進料壓力時，通過變頻器調整進料泵轉速，降低進料泵流量，將進料壓力穩定在預設值，恒壓進料時間根據裝機調試時的數據設置，低壓進料時間約為45-60min。低壓進料泵停止工作后，高壓進料泵啟動，給壓濾機注泥，進料壓力達到預設進料壓力時，通過變頻器調整進料泵轉速，降低進料泵流量，將進料壓力穩定在預設值，恒壓進料時間根據裝機調試時的數據設置，高壓進料的壓力較高時能達到1.5MPa，高壓進料時間約為45-60min。高壓進料泵停止工作，進料完成。
壓濾機污泥進料流量計的型號是EMF8901-14001C11，口徑DN150，現場流量計安裝圖如下：
壓濾機開始進料時所需壓力不大，低壓進料泵運行頻率80%，低壓泵額定較大流量為60m3/h，此時按理論值流量應為48m3/h，而此時電磁流量計測量的瞬時流量在40m3/h左右，流速為：V=40*354/150/150=0.63m/s，流量比理論值小16.7%左右，用精度為1%的手持式超聲波流量計來測試同一管道上的流量也是40m3/h左右，說明泵此時的功率損失在16.7%左右，此時的流速還算比較大，流量計測量的相對準確。下圖是低壓泵頻率80%，流量40m3/h左右，剛開始進料的系統運行圖：
壓濾機持續進料，壓力慢慢升高，流量慢慢減小，泵的頻率也相應的減小，在低壓進料泵頻率為50%時，此時泵的理論流量為：60*50%=30m3/h，流量計顯示瞬時流量為24m3/h左右，超聲波流量計顯示的瞬時流量也為24m3/h左右，此時泵的功率損失為：(30-24)/30=20%，此時的流速：V=24*354/150/150≈0.38m/s，此時的流速已在流量計要求的能準確測量的臨界值，電磁流量計還是能準確測量的。下圖是電磁流量計此時的顯示界面：
壓濾機持續進料，進料的壓力持續升高，流量越來越小，在低壓進料泵頻率減小到30%時，此時泵的理論流量為：60*30%=18m3/h，流量計顯示瞬時流量為13m3/h左右，超聲波流量計顯示的瞬時流量要稍大一些為14m3/h左右，此時泵的功率損失為：(18-14)/18≈22%，此時的流速：V=14*354/150/150≈0.22m/s，以超聲波的測量值來計算此時的流速已小于0.3m/s，流量計的測量已不能達到精度不能準確測量了，但誤差并不會太大。下圖是此時的電磁流量計顯示界面和超聲波顯示界面：
壓濾機持續進料，進料的壓力持續升高，在低壓進料泵頻率減小到30%以下后，低壓泵已不能維持進料壓力，此時就要開啟高壓泵來維持進料壓力，關閉低壓進料泵，高壓泵的額定較大流量為15m3/h，此時高壓泵的理論流量為：15*75%=11.25m3/h，流量計顯示瞬時流量為6m3/h左右，超聲波流量計顯示的瞬時流量要稍大一些為8m3/h左右，而此時兩種流量計的測量值波動都比較大了，此時的流速大概為：V=7*354/150/150≈0.11m/s，此時泵的功率損失以此來計算為：(11.25-7)/11.25≈38%，而此時流量計的測量已不能保證精度，誤差也比較大了。
再持續進料，當壓力達到12.35bar時，高壓泵頻率為48%，理論流量為：15*48%=7.2m3/h，而此時電磁流量計顯示5m3/h左右，超聲波顯示6m3/h左右，此時大概流速為：V=6*354/150/150=0.09m/s，理論誤差為：(7.2-5)/7.2≈31%，這么小的流速下流量計的測量誤差已非常大，這個測量值只能作為參考。壓濾機繼續進料，壓力還會繼續上升，流量還會減小，流量越小測量就會更不準確。
綜上所述，電磁流量計在流速大于0.3m/s，即流量大于19m3/h時，電磁流量計的測量是準確的，而與泵的理論值相差大約20%亦屬正常，泵的有效功率根據使用情況的不同在65%~90%范圍內均屬正常，泵的有效功率與泵的揚程、泵的容積率、介質的粘度、壓力損失、水功率、摩擦功率和泄漏損失功率等有關，而這個項目壓濾機污泥進料泵的功率經實際計算已經達到了80%，這就能得出用戶認為的電磁流量計的測量值與泵的理論值相比偏小的原因是因為泵的功率損失造成的;而當流量小于19m3/h后，直到高壓泵運行流量只有5m3/h左右時，對于DN150的管道，流量已經很小流速很低了，流量計的測量已不是很準確，導致測量隨著壓力的增加，流量減小，誤差增大，同時使用的是高壓泵，對于高壓泵的有效功率也是有待驗證的，有限功率在70%左右亦屬于正常。
2、測量雙氧水的流量計和污水提升泵流量計偏大并且波動比較大。
測量雙氧水的流量計是DN32的，型號為：EMF8901-23011C11，不銹鋼外殼，由于雙氧水是強氧化劑，具有比較強的腐蝕性，并且隨著雙氧水濃度的增加腐蝕性增強，用戶的管道也是塑料管，所以此處選擇了HC哈氏合金C作為測量電極，而由于之前用戶提供的雙氧水濃度不高，所以選擇了316L不銹鋼接地環，到現場使用后用戶的雙氧水濃度高于了30%，所以不能使用316L不銹鋼接地環，用戶也就沒有將此接地環安裝在管道上，怕腐蝕掉接地環后雙氧水泄漏，所以測量不準確波動。后續用戶重新定制了HC材質的接地環，裝上接地環和接好地線以后電磁流量計的測量就穩定準確了。
對于另一臺污水提升泵流量計的型號為：EMF8901-23011C11，口徑DN100，污水有些腐蝕性，用戶也是用塑料管道，所以選擇這個型號?，F場查看只裝了一片接地環，同時沒有接地線，用接地線將接地環和傳感器外殼連接接地后流量測量穩定準確。
結論：此處只是用戶的介質有腐蝕性，管道是塑料管，不能接地，而接地環和外殼沒有裝和沒有接地的原因造成的測量波動和偏大。裝好接地環并接好地線后測量就正常了。
由于電磁流量計運行易受干擾，影響其正常工作的因素眾多，調試技術需要結合現場工藝、工況等因素，不斷分析總結和更新?？傊?，只要我們合理選型、正確安裝、正常操作電磁流量計，并采取有效的措施，就能避免或減少故障的發生，延長儀表的使用壽命，為生產提供準確可靠的計量數據。以下是現場電磁流量計運行安裝的其他圖片：
