电磁流量计污水处理厂的应用

电磁流量计污水处理厂的应用

——兴源环境鹤龄污水处理厂项目

  一、 概述

  1、杭州兴源环境科技股份有限公司简介

  杭州兴源环境科技股份有限公司(已上市)，是以压滤机业务模块为基础的专业环保设备生产商、服务商、系统集成商，公司总部位于杭州市余杭经济技术开发区。兴源环保以科技创新为中心，通过“大型化、自动化、专业化、系统化”的技术创新“蓝海”战略，技术创新能力位居行业首位，压滤机规模位居行业前三，获得了强有力的中心竞争力。目前已拥有各类专利百余项,为国家知识产权示范企业，先后实施众多高新项目，其中包括水体污染控制与治理国家科技重大专项、863国家高技术研究发展计划、国家火炬计划项目(三项)、国家重点新产品(四项)、浙江省高技术产业发展项目、浙江省重点技术创新项目。

  兴源环境公司生产的压滤机具有过滤速度快，性能稳定，操作方便，滤板耐高温、高压、防腐及密封性能好，滤饼脱水率高，洗涤均匀彻底，滤板无毒等优点。公司集物料及过滤工艺研发、控制系统设计、压滤机生产、系统调试服务提供于一体，为环保、化工、矿物及加工、食品、生物医药等行业提供专业的过滤系统整体解决方案。压滤机是提供压滤机过滤系统集成服务的中心装备，属于通用机械中的分离机械，也属于环保机械。产品和服务已覆盖国内各省市区，并出口泰国、印尼、新加坡、伊朗、印度、斯里兰卡、菲律宾、中国香港等国家和地区，在化工、冶金、石油、印染、陶瓷、食品、制药、建材、洗煤矿山及污水处理等行业得到了广泛应用和客户的好评。近年来，公司从压滤机制造技术的研发，向物料预处理、系统控制研发延伸，形成了对压滤机过滤系统各环节先进技术的多方面覆盖，在国内率先初步实现了由压滤机制造商向压滤机系统集成服务商的转型升级。 2011年9月27日，头一次公开发行股票并在创业板成功挂牌上市，成为中国压滤机行业前加上市公司。 兴源环境实施"大型化、自动化、专业化、系统化"的技术创新战略，近年研发的大部分新产品达到国内前列水平，其中，全自动啤酒麦汁压滤机和污泥深度脱水系统达到国际先进水平，具有良好的市场前景。近五年来，有10多个项目列入国家、省级科技创新计划项目，获省部级科技进步奖8项。2007年被认定为国家火炬计划重点高新技术企业，2008年被认定为浙江省首批国家重点扶持高新技术企业，获"2009年度杭州市技术创新十佳高新技术企业"称号。2007年被认定为市级企业技术中心，2008年被认定为浙江省高新技术企业研究开发中心，2011年被认定为浙江省企业技术中心和浙江省创新型试点企业。实施"技术专利化、专利标准化、标准国际化"的企业标准化战略，是中国压滤机行业标准主起草单位，直接参与了我国机械、化工、环保、煤炭等行业标准的制修订工作，已制修订行业标准14项，正在制定国家标准2项，正在制修订行业标准5项。兴源环保将进一步发挥在自主创新、系统集成、知识产权、产品先进性、高级客户、品牌、管理和区位等方面的综合竞争优势，继续专注于固液分离行业，以产品创新和系统集成作为公司发展的两大支柱，巩固行业技术前列地位，拓展和精耕新兴细分市场，不断扩大经营规模，优化产品结构，持续提升公司在国内外市场的份额，成为国内前列、国际有名的压滤机过滤系统集成商，通过持续创新为客户提供更完善的压滤机过滤系统整体解决方案。

  2、电磁流量计简介

  流量是污水处理行业生产过程中常用的过程控制参数，是污水处理行业一个重要的生产技术指标，同时也是对排污企业排污量的计量和收费的依据。污水大多是含有颗粒、悬浮物、固液混合、具有腐蚀性的介质，而电磁流量计较大特点是能够精确测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒(如泥浆)或纤维液体的流量，在众多类型的流量计中，污水处理行业大都选用电磁流量计，是因为电磁流量计具有以下优点：

  1) 结构简单，传感器没有可动部件和阻力部件，不会产生阻塞，不存在因机械运动磨损或杂物缠绕而产生的测量误差及仪表故障。

  2) 电磁流量计没有节流装置，不会产生压力损失，电磁流量计精度高、线性好，运行稳定，适合污水处理行业使用。

  3) 测量可靠，抗干扰能力强， 安装方便，维护量小 ，测量范围宽，流量的测量为体积流量,测量不受流体温度、密度、压力、粘度、电导率等变化的影响 ，采用先进加工工艺，寿命长，使仪表具有良好的测量精度和稳定性。

  污水电磁流量计安装环境的选择：应尽量远离具有强电磁场的设备，如大型电机、大型变压器、大型变频器等。安装场所不应有强烈震动，管道固定牢靠，环境温度变化不大。安装环境应便于安装和维护。

  污水电磁流量计安装位置的选择：安装位置必须保证管道内始终充满被测液体。 选择液体流动脉冲小的地方，即应远离泵和阀门、弯头等局部阻力件。 测量双相(固、液和气、液)液体时，应选择不易引起固液分离的地方。 被测管道内径或周长容易测量，并且椭圆度应较小。传感器安装管道上游侧直管段长度应大于或等于10D，下游侧应不小于5D(D为被测管道通径)。管道上的阀门较好安装在电磁流量计的下游侧，并且相距电磁流量计传感器大于5D的位置。

  二、现场应用情况

  湘潭市鹤岭地区由于百年锰矿开采和冶炼，遗留电解锰渣随地表径流渗透，加之湘潭锰矿破产改制以后滥采盗采现象严重，污水未经处理随意排放，对当地及下游生态环境和居民生产生活造成了严重影响。鉴于鹤岭地区的污染如此严重，政府和当地企业对于如何有效处理运营后产生的废水处理、排放问题，确立了在当地建设鹤岭污水处理厂的措施来彻底解决这一问题。如下是现场施工图：

  鹤岭污水处理厂的废水主要来源于湘潭电化科技股份有限公司生产电解二氧化锰、电解金属锰、电池材料和其他能源新材料产品时产生的废水。该污水是弱酸性的含锰的混合液。鹤岭污水处理厂处理污水采用的工艺流程：污水管网进水→粗格栅间及提升泵站→细格栅及曝气沉砂池→A/A/O生化池→二沉池→混合池及曝气池→斜板沉淀池→中和池→机械过滤池→污泥压滤机脱水→二氧化氯接触消毒池→牟渠排放，其中二沉池后增加了除锰工序。

  对于兴源环境在鹤龄污水处理厂项目工程中的配套电磁流量计中，使用杭州振华仪表有限公司的电磁流量计十余台，型号为EMF8901-14001C11和EMF8901-23011C11，口径有：DN100、DN150、DN80和DN32。

  型号EMF8901-14001C11的电磁流量计是由EMF8900型转换器和法兰连接式的传感器组成，参数配置：一体式带现场显示，MODBUS通讯，4-20mA输出，220VAC供电，法兰连接，316L不锈钢电极，聚氨酯合成橡胶衬里，防护等级IP67，常温，压力1.6MPa下使用。现场主要用来测量没有腐蚀性的污水和污泥，用于三台压滤机进料口污泥流量的测量，用测量的流量值来控制污泥进料泵的功率和压力，同时每次压滤机工作处理的污泥流量都记录在案，然后可以用来判断压滤机的工作效率和好坏，它们安装在金属管道上，所以不必配置接地环，而且对于污泥的测量磨损是比较严重的，用聚氨酯合成橡胶衬里有更好的耐磨性能，有效的防止了磨损对流量计衬里的损坏，延长流量计的使用寿命。

  型号EMF8901-23011C11的电磁流量计是由EMF8900型转换器和法兰连接式的传感器组成，参数配置：一体带现场显示，MODBUS通讯，4-20mA输出，220VAC供电，法兰连接，HC哈氏合金C电极，PTFE聚四氟乙烯衬里，防护等级IP67，常温，压力2.5MPa下使用，用户还定制了不锈钢外壳的传感器。现场用来测量有腐蚀性的污水和双氧水，HC合金电极用来测量氧化剂物质的测量，对双氧水，氧化性酸，盐类，海水，碱溶液，氯化物溶液的测量有良好的耐腐蚀性。PTFE内衬也有优良的耐腐蚀性和耐高温性能。

  在现场的运行调试中，用户发现电磁流量计的测量有一些问题：

  1、压滤机进料流量计三台，用户觉得在高压进料阶段电磁流量计的测量值偏小。

  2、测量双氧水的流量计和污水提升泵流量计偏大并且波动比较大。

  三、现场电磁流量计测量问题的处理和分析

  1、压滤机污泥进料流量计三台，用户觉得电磁流量计测量值偏小。

  板式压滤机图片：

  板式压滤机其工作原理首先是正压强压脱水，也称进浆脱水，即一定数量的滤板在强机械力的作用下被紧密排成一列，滤板面和滤板面之间形成滤室，过滤物料在强大的正压下被送入滤室，进入滤室的过滤物料其固体部分被过滤介质(如滤布)截留形成滤饼，液体部分透过过滤介质而排出滤室，从而达到固液分离的目的，随着正压压强的增大，固液分离则更彻底。板框压滤机之所以能蓬勃发展并被各行业广泛应用，其较大的优越性就是正压、高压压强脱水，较传统的真空过滤机的压差大得多，因而滤饼水份低，能耗少，固体流失少，滤液清澈透明。

  压滤机污泥进料时，首先低压进料泵启动，给压滤机注泥，刚开始所需压力小，流量大，进料压力达到预设进料压力时，通过变频器调整进料泵转速，降低进料泵流量，将进料压力稳定在预设值，恒压进料时间根据装机调试时的数据设置，低压进料时间约为45-60min。低压进料泵停止工作后，高压进料泵启动，给压滤机注泥，进料压力达到预设进料压力时，通过变频器调整进料泵转速，降低进料泵流量，将进料压力稳定在预设值，恒压进料时间根据装机调试时的数据设置，高压进料的压力较高时能达到1.5MPa，高压进料时间约为45-60min。高压进料泵停止工作，进料完成。

  压滤机污泥进料流量计的型号是EMF8901-14001C11，口径DN150，现场流量计安装图如下：

  压滤机开始进料时所需压力不大，低压进料泵运行频率80%，低压泵额定较大流量为60m3/h，此时按理论值流量应为48m3/h，而此时电磁流量计测量的瞬时流量在40m3/h左右，流速为：V=40*354/150/150=0.63m/s，流量比理论值小16.7%左右，用精度为1%的手持式超声波流量计来测试同一管道上的流量也是40m3/h左右，说明泵此时的功率损失在16.7%左右，此时的流速还算比较大，流量计测量的相对准确。下图是低压泵频率80%，流量40m3/h左右，刚开始进料的系统运行图：

  压滤机持续进料，压力慢慢升高，流量慢慢减小，泵的频率也相应的减小，在低压进料泵频率为50%时，此时泵的理论流量为：60*50%=30m3/h，流量计显示瞬时流量为24m3/h左右，超声波流量计显示的瞬时流量也为24m3/h左右，此时泵的功率损失为：(30-24)/30=20%，此时的流速：V=24*354/150/150≈0.38m/s，此时的流速已在流量计要求的能准确测量的临界值，电磁流量计还是能准确测量的。下图是电磁流量计此时的显示界面：

  压滤机持续进料，进料的压力持续升高，流量越来越小，在低压进料泵频率减小到30%时，此时泵的理论流量为：60*30%=18m3/h，流量计显示瞬时流量为13m3/h左右，超声波流量计显示的瞬时流量要稍大一些为14m3/h左右，此时泵的功率损失为：(18-14)/18≈22%，此时的流速：V=14*354/150/150≈0.22m/s，以超声波的测量值来计算此时的流速已小于0.3m/s，流量计的测量已不能达到精度不能准确测量了，但误差并不会太大。下图是此时的电磁流量计显示界面和超声波显示界面：

  压滤机持续进料，进料的压力持续升高，在低压进料泵频率减小到30%以下后，低压泵已不能维持进料压力，此时就要开启高压泵来维持进料压力，关闭低压进料泵，高压泵的额定较大流量为15m3/h，此时高压泵的理论流量为：15*75%=11.25m3/h，流量计显示瞬时流量为6m3/h左右，超声波流量计显示的瞬时流量要稍大一些为8m3/h左右，而此时两种流量计的测量值波动都比较大了，此时的流速大概为：V=7*354/150/150≈0.11m/s，此时泵的功率损失以此来计算为：(11.25-7)/11.25≈38%，而此时流量计的测量已不能保证精度，误差也比较大了。

  再持续进料，当压力达到12.35bar时，高压泵频率为48%，理论流量为：15*48%=7.2m3/h，而此时电磁流量计显示5m3/h左右，超声波显示6m3/h左右，此时大概流速为：V=6*354/150/150=0.09m/s，理论误差为：(7.2-5)/7.2≈31%，这么小的流速下流量计的测量误差已非常大，这个测量值只能作为参考。压滤机继续进料，压力还会继续上升，流量还会减小，流量越小测量就会更不准确。

  综上所述，电磁流量计在流速大于0.3m/s，即流量大于19m3/h时，电磁流量计的测量是准确的，而与泵的理论值相差大约20%亦属正常，泵的有效功率根据使用情况的不同在65%~90%范围内均属正常，泵的有效功率与泵的扬程、泵的容积率、介质的粘度、压力损失、水功率、摩擦功率和泄漏损失功率等有关，而这个项目压滤机污泥进料泵的功率经实际计算已经达到了80%，这就能得出用户认为的电磁流量计的测量值与泵的理论值相比偏小的原因是因为泵的功率损失造成的;而当流量小于19m3/h后，直到高压泵运行流量只有5m3/h左右时，对于DN150的管道，流量已经很小流速很低了，流量计的测量已不是很准确，导致测量随着压力的增加，流量减小，误差增大，同时使用的是高压泵，对于高压泵的有效功率也是有待验证的，有限功率在70%左右亦属于正常。

  2、测量双氧水的流量计和污水提升泵流量计偏大并且波动比较大。

  测量双氧水的流量计是DN32的，型号为：EMF8901-23011C11，不锈钢外壳，由于双氧水是强氧化剂，具有比较强的腐蚀性，并且随着双氧水浓度的增加腐蚀性增强，用户的管道也是塑料管，所以此处选择了HC哈氏合金C作为测量电极，而由于之前用户提供的双氧水浓度不高，所以选择了316L不锈钢接地环，到现场使用后用户的双氧水浓度高于了30%，所以不能使用316L不锈钢接地环，用户也就没有将此接地环安装在管道上，怕腐蚀掉接地环后双氧水泄漏，所以测量不准确波动。后续用户重新定制了HC材质的接地环，装上接地环和接好地线以后电磁流量计的测量就稳定准确了。

  对于另一台污水提升泵流量计的型号为：EMF8901-23011C11，口径DN100，污水有些腐蚀性，用户也是用塑料管道，所以选择这个型号。现场查看只装了一片接地环，同时没有接地线，用接地线将接地环和传感器外壳连接接地后流量测量稳定准确。

  结论：此处只是用户的介质有腐蚀性，管道是塑料管，不能接地，而接地环和外壳没有装和没有接地的原因造成的测量波动和偏大。装好接地环并接好地线后测量就正常了。

  由于电磁流量计运行易受干扰，影响其正常工作的因素众多，调试技术需要结合现场工艺、工况等因素，不断分析总结和更新。总之，只要我们合理选型、正确安装、正常操作电磁流量计，并采取有效的措施，就能避免或减少故障的发生，延长仪表的使用寿命，为生产提供准确可靠的计量数据。以下是现场电磁流量计运行安装的其他图片：