引言

眾所周知, 自來(lái)水廠(chǎng)在制水過(guò)程中 ,為了使自來(lái)水的水質(zhì)達到一定的要求 ,常常加入微量的氨氣和一定量的氯氣。顯然 ,這兩種氣體的流量的大小 ,將對自來(lái)水水質(zhì)優(yōu)劣產(chǎn)生較大的影響。過(guò)去自來(lái)水廠(chǎng)大多采用傳統的玻璃轉子流量計來(lái)測量這兩種氣體的流量 。由于轉子流量計只測量體積流量 ,而氨 、氯氣在供氣過(guò)程中 ,其工作壓力是不斷地變化的,顯而易見(jiàn), 這種無(wú)溫度、壓力補償的流量測量, 其測量準確度是不高的。

 

如上所述, 利用無(wú)須溫度、壓力補償的PBF 型熱式氣體質(zhì)量流量計(以下簡(jiǎn)稱(chēng) PBF 型流量計),來(lái)測量氨、氯氣的質(zhì)量流量 , 是合理的、先金的方案。特別是對氯氣流量的測量, 由于其腐蝕性強 ,使許多流量計望而生畏 ,但對 PBF 型流量計卻是輕而易舉的事。我們在上海某自來(lái)水廠(chǎng), 使用了 3 臺 PBF 型流量計 ,測量氨氣流量 。使用了 4 臺PBF 型流量計(防腐型),測量氯氣流量。通過(guò)一年多的運行, 獲得了相當滿(mǎn)意的結果。

2 　 PBF 型流量計的結構及其工作原理

圖1 是 PBF 型流量計的結構及工作原理示意圖 。它利用流體(氣體)與固體(傳感探頭)之間的熱傳導原理,使氣體流量的變化, 以溫度變化的形式檢測出來(lái), 再轉換成電信號 , 經(jīng)放大線(xiàn)性處理后, 輸出與瞬時(shí)流量相對應的420mA 電流信號、3-1/2LCD瞬時(shí)流量顯示和六位 LCD 累積流量顯示。圖 1 中,流量計由傳感探頭和電子組件組成 。傳感探頭由兩個(gè)傳感器組成, 一個(gè)是流體速度傳感器 ,另一個(gè)是流體溫度傳感器。測量時(shí), 傳感探頭插入流體中 ,感受流體的流速和溫度。它們同時(shí)是電子組件橋路的兩上橋臂,形成一個(gè)不平衡電橋 。通電時(shí) ,橋臂電流將速度傳感器加熱到高于流體溫度 T 2 一個(gè)濕差ΔT 的 T 1 , 即 T 1 -T 2 =ΔT 。不平衡電橋就變成平衡電橋。此時(shí)電橋便輸出一個(gè)對應零流量的電壓, 經(jīng)放大電路處理, 輸出流量計的下限信號 4mA ;瞬時(shí)流量顯示為 000;且累積流量無(wú)累積動(dòng)作發(fā)生 ,累積顯示保持著(zhù)原來(lái)的累積數字不變。當流體流經(jīng)加熱的速度傳感器時(shí), 根據熱傳導原理 ,將會(huì )帶走速度傳感器的一部分熱量, 使其溫度T 1 下降,而且流量越大, 帶走的熱量越多 ,其溫度 T 1下降也越大, 電橋又變成一個(gè)不平衡電橋。由于橋路的反饋控制作用, 總要回到平衡電橋狀態(tài) 。為此,電橋必須在速度傳感器上流過(guò)與流量大小成正比的電流, 使速度傳感器回到平衡狀態(tài)時(shí)的溫度 T 1 。這時(shí)橋路便輸出一個(gè)正比于流量大小的電壓信號 。經(jīng)電路放大、線(xiàn)性化處理, 使輸出與流量成正比的 4-20mA之間的一個(gè)電流信號 、瞬時(shí)流量顯示為直到#大刻度流量的一個(gè)值 、累積動(dòng)作將以與瞬時(shí)流量成正比的速度進(jìn)行累積 。按上所述, 設速度傳感器的加熱功率為 P ,速度傳感器與流體的溫差為 T 1 -T 2 =ΔT , 流體的質(zhì)量流速為ρV。根據 L .V .King 定理 ,即流體流經(jīng)加熱的速度傳感器時(shí)所帶走的熱量 Q , 與對速度傳感器加熱到溫度T 1 的電功率 P 相等。得下列關(guān)系式:

式中,A,B 是取決于速度傳感器和流體性質(zhì)的常數。ρ為標準狀態(tài)下流體的密度 。由于橋路的反饋控制作用 T 1 -T 2 =ΔT 為一恒定的常數。所以橋路的輸出(決定流量計輸出的量)與流體的質(zhì)量流速ρV 成單值函數關(guān)系 。特別要指出的是, 由于速度傳感器的熱量是被流體中的分子所帶走的 , 所以速度傳感器測量的是流體的質(zhì)量流速ρV。因此只要乘以流體管道的截面積S ,便可得到流體的質(zhì)量流量Qm。即Qm=S ×ρV。

 

3　 氨氣和氯氣質(zhì)量流量的測量

3.1 　 氨氣流量的測量

3.1 .1　 測量流程圖

圖2是自來(lái)水廠(chǎng)的供氨管路系統示意圖 。圖中FZ 1 和 FZ 2 是廠(chǎng)里原先采用過(guò)的轉子流量計的安裝位置, 其旁邊的 V 1 和 V 2 是測量氨氣工作壓力的真空壓力表 。氨氣是通過(guò)預先加滿(mǎn)液態(tài)氨的鋼瓶汽化后獲得 ,然后流經(jīng) PBF 型流量計, 測量其流量, 再加入半成品的自來(lái)水中去的 。氨氣在流動(dòng)管道中是處于負壓狀態(tài)的, 在約為 Pa =6092kPa 的覺(jué)對壓力, 由于在輸氨氣過(guò)程中, 鋼瓶?jì)鹊囊簯B(tài)氨重量越來(lái)越輕,因此氨氣的工作覺(jué)對壓力, 也越來(lái)越接近大氣壓。也就是說(shuō) ,氨氣的工作壓力是不斷地發(fā)生變化的 ,于是氨氣的密度也是不斷地發(fā)生變化的。在這種流體工況不斷變化的情況下, 要測得準確的氨氣流量 ,必須測量其質(zhì)量流量。我們認為這樣的流量測量方法才是一種合理的流量測量方法 。

3.2 　 氯氣流量的測量

3.2 .1　 氯氣流量測量的難度

雖然百分之百的干氯氣, 不存在腐蝕性的問(wèn)題。但由鋼瓶中的液態(tài)氯獲得的氯氣卻并非是完全的干氯氣 , 因此自來(lái)水廠(chǎng)中的氯氣是一種相當強的腐蝕性的氣體 。其它一些流量計因結構上的原因, 無(wú)法勝任對氯氣的測量。據反映有的流量計僅使用了三個(gè)月左右, 就或被腐蝕掉 、或顯示誤差大得嚇人, 僅當參考流量而已 。而 PBF 型流量計由于結構上的特點(diǎn),測量腐蝕性氣體, 卻是輕而易舉的事。圖 3 的結構可知 ,流量計只有傳感探頭保護罩部分接觸腐蝕性氣體 ,即使保護罩受到輕微的腐蝕也無(wú)害于罩內的傳感體的正常工作 , 更何況保護罩可根據具體氣體的腐蝕類(lèi)型來(lái)選擇適合的防腐材料制造 。經(jīng)過(guò)一年多的連續使用 ,#近我們拆下一臺流量計, 觀(guān)察處在氯氣中的傳感探頭 , 沒(méi)有發(fā)現它受到腐蝕的任何痕跡,依舊充滿(mǎn)著(zhù)金屬的光澤。這充分證明了 PBF型流量計, 是適合用來(lái)測量各種腐蝕性氣體流量的流量計。

4　 結束語(yǔ)

由于加氨加氯量的準確度 , 對自來(lái)水質(zhì)有很大影響 。筆者認為測量它們的質(zhì)量流量比測量它們的重量流量更有實(shí)質(zhì)性的意義 。而就我國自來(lái)水廠(chǎng)目前使用自動(dòng)化儀表的現狀來(lái)說(shuō), 采用無(wú)須溫度 、壓力補償就能測量質(zhì)量流量的 ;具有輸出電流信號 ,瞬時(shí)流量顯示和累積流量顯示功能的 ;一體化的 PBF 型熱式氣體質(zhì)量流量計來(lái)測量氨、氯氣的質(zhì)量流量 ,是合理的選擇。這一設計, 同樣適合于對其它腐蝕性氣體的流量測量 。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：天然氣流量計、壓縮空氣流量計