摘要:明渠流量計在實(shí)際測量中,經(jīng)常會出現(xiàn)因設(shè)計、儀表選型、量水堰槽加工、儀表安裝及調(diào)試不當(dāng)?shù)戎T多原因造成的測量誤差,從而對下游的污水處理造成影響。介紹了明渠流量計的測量原理及量水堰槽的結(jié)構(gòu)要求,并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出了選型及安裝調(diào)試等的注意事項,以減小測量誤差。
近年來,隨著民眾環(huán)保意識的增強(qiáng)，國家環(huán)保部門對工業(yè)污水排放的要求越來越嚴(yán)格,明渠流量計以其非接觸測量及可用于敞開渠道的優(yōu)勢,在污水處理裝置中得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合工程案例對明渠流量的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行歸納、分析.總結(jié),以供同行參考。
1測量原理及計算公式
1.1測量原理
明渠流量計由量水堰(槽)和水位流量轉(zhuǎn)換儀表(二次儀表)組成,其中二次儀表除完成水位流量轉(zhuǎn)換外,還顯示瞬時流量和累積流量。在流體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)堰或槽時,將形成液位與流量的對應(yīng)關(guān)系,二次儀表測量液位,再根據(jù)相應(yīng)公式(儀表內(nèi)部微處理器運(yùn)算)轉(zhuǎn)換成流量進(jìn)行顯示。常用超聲回波測距法來測量液位，超聲波固定探頭安裝在量水堰(槽)水位觀測點(diǎn)上方。
1)堰。在流道中設(shè)置上部有缺口的板壁,流體被堰擋住,水位有--定升高,然后通過缺口向下游側(cè)流去。這時板壁上游側(cè)水位與流量有對應(yīng)關(guān)系,通過測量水位可以計算出流量值。根據(jù)缺口形狀,分為三角堰、矩形堰、等寬堰等。
2)槽。敞開流道的某部分節(jié)流時,該處的流速增大,同時該部分的水位下降,測量水位的下降量求流量的裝置叫做水槽。常用的水槽有巴歇爾水槽和帕爾默·玻魯斯水槽。
因篇幅有限，文中僅介紹三角堰、矩形堰及巴歇爾槽的測量原理及計算公式。
1.2流量計算公式
1)三角堰結(jié)構(gòu)如圖1所示，三角堰流量公式如下:
式中:qv--體積流量,m³/s;Ce--流量系數(shù)(需查表);θ--角缺口夾角,20°≤θ≤100°;he--有效水頭,m,he=h+Kh(h-實(shí)測水頭，m,Kh--水頭修正系數(shù))。
2)矩形堰結(jié)構(gòu)如圖2所示,矩形堰流量公式如下:
式中:be--有效堰口寬度,m,be=b+Kb(b-實(shí)測堰口寬度,m,Kb--寬度修正系數(shù))
3)巴歇爾槽為矩形橫斷面短喉道槽,由喉道上游均勻收縮段、喉道段和喉道下游均勻擴(kuò)散段組成,如圖3所示。根據(jù)喉道寬度分為三種類型:小型槽(b=0.076,0.152,0.228m)、標(biāo)準(zhǔn)型槽(0.25m≤b≤2.4m)和大型槽(3.05m≤b≤15.24m)。因篇幅有限,文中僅介紹標(biāo)準(zhǔn)型槽的水位流量關(guān)系。巴歇爾槽流量公式如下:
式中:b-喉道寬度,m;ha--實(shí)測水頭,m。
2結(jié)構(gòu)技術(shù)要求
每種堰或槽都有一定的結(jié)構(gòu)要求，如量水堰(槽)結(jié)構(gòu)達(dá)不到要求,即便明渠流量計的選型和安裝再仔細(xì)，測量結(jié)果也會大打折扣。
2.1三角堰的結(jié)構(gòu)要求
1)堰板上游面為平面,在表面上任意兩點(diǎn)間的連線與垂直于軸線的平面之間的斜率應(yīng)小于1%。
2)三角形缺口堰頂線bc,cd為直線。
3)三角形缺口夾角(0)平分線O'O'與堰板中垂線OO應(yīng)重合。
4)堰板項面ab,df在同一水平面內(nèi),與三角形缺口角度平分線O'O''成90°。
5)堰板堰口加工要求如圖4所示,堰口頂面為平面,與堰板上游面相交處成銳緣狀態(tài),若堰口銳緣處被磨圓,其圓弧半徑不能大于0.25mm。堰口頂面寬度為1~2mm,允許寬度不得超出0.8~3.0mm。堰口表面應(yīng)無毛刺和刮痕,表面粗糙度為3.2。
6)堰板上游面距堰頂20~50mm范圍內(nèi)要求加工成光滑表面,粗糙度為3.2,在此范圍內(nèi)一般不得有凸出物,如采用螺栓安裝堰板時,其螺栓凸出物不得超出于堰板上游面成1:10坡度的斜面。
7)當(dāng)堰板厚度大于堰口頂面寬度(1~2mm)時,超出堰口頂面寬度部分應(yīng)加工成斜面,斜面與頂面夾角不得小于45°,斜面表面粗糙度為3.2。
2.2矩形堰的結(jié)構(gòu)要求
1}矩形缺口中垂線應(yīng)與行近渠槽中心線相重合,側(cè)緣(ac,fd)與底緣(cd)交角為90°,如圖5所示。
2)堰板要求與2.1節(jié)第1)條相同。
3)矩形缺口側(cè)緣(ac,fd)及底緣(cd)均為銳緣堰口,加工要求與2.1節(jié)第5)~7)條相同。
2.3巴歇爾槽的結(jié)構(gòu)要求
1)進(jìn)口收縮段要求底面嚴(yán)格水平,兩側(cè)邊墻與底面垂直與縱軸線成1:5的比值對稱收縮。喉道段兩側(cè)邊墻互相平行,寬度(b)尺寸正確。為了預(yù)防超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水漫溢,進(jìn)口收縮段邊墻高度應(yīng)增加0.35~0.50m超高。
2)上下游翼墻長度取決于河渠的寬度，要求翼墻插人河渠兩岸的長度不得少于0.4~0.5m。
3)大型巴歇爾槽可用混凝土材料建造,糙率要求小于0.017。小型巴歇爾槽可用塑料或玻璃鋼材料建造。
3PTA污水處理工藝簡介
3.1概述
PTA裝置生產(chǎn)過程中，排出的混合廢水含有對苯二甲酸、苯二甲酸、苯甲酸、醋酸甲酯、醋酸等污染物,對水體有較大的污染和危害。生產(chǎn)廢水首先經(jīng)過換熱、沉淀、水量水質(zhì)調(diào)節(jié)及中和工序后,進(jìn)人UASB厭氧池;UASB出水經(jīng)冷卻塔降溫后,與經(jīng)過集水井提升的其他廢水混合,一起進(jìn)人兩段好氧系統(tǒng),分別為射流曝氣池及微孔曝氣池;再經(jīng)過濾池去除懸浮物、臭氧接觸池進(jìn)行高級氧化曝氣生物濾池進(jìn)-一步去除COD;最后廢水進(jìn)人絮凝過濾池,通過絮凝及過濾機(jī)制,保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
3.2量水堰(槽)選用原則
選擇量水堰(槽)時,除了要考慮渠道內(nèi)流量的大小,還要考慮渠道內(nèi)水的流態(tài),是否能形成自由流。流量小于2400L/min時,一般應(yīng)選擇三角堰。大于2400L/min時,-般應(yīng)選擇巴歇爾槽。如果流量大于2400IL./min,而渠道內(nèi)水位落差又較大時，可以選擇矩形堰;條件允許,最好選擇巴歇爾槽。因巴歇爾槽的水位與流量關(guān)系是由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定出來的，而且對上游行進(jìn)渠槽條件要求較低，而三角堰和矩形堰的水位與流量關(guān)系來源于理論計算,易忽視一些使用條件,帶來附加誤差。設(shè)計的UASB厭氧池受安裝條件影響,多選用三角堰或矩形堰,其污水流量測量多選用明渠流量計,并采用分體式安裝,即超聲波探頭和變送器分開安裝。
4儀表選型及安裝注意事項
4.1選型注意事項
1)用于過程控制的場合,根據(jù)控制要求選擇不同精度等級的儀表;有些無需作正確控制和計量的場合,可以選擇精度等級稍低的儀表，如1.5級、2.5級,甚至4.0級，這時也可以選用價格低廉的插人式明渠流量計。
2)根據(jù)不同的量水堰(槽)種類.形狀、材質(zhì)，選擇不同的計算公式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
3)根據(jù)使用場合的溫度環(huán)境選擇合適的產(chǎn)品。
4.2安裝注意事項.
1)儀表探頭和最高液面距離必須大于盲區(qū)。
2)儀表探頭安裝高度必須小于量程。
3)探頭必須垂直液面,探頭與液面間不能有管道或其他障礙物阻擋。
4)探頭必須安裝在渠道中央。
5)探頭須安裝在水堰(槽)的上游，一般距堰口(4~5)實(shí)測水頭高度位置(巴歇爾槽探頭須安裝在喉道入口處)。
6)探頭發(fā)射角內(nèi)不能有障礙物。
7)探頭避免放在太陽直射的地方(可加裝遮陽罩)。
8)不要安裝在高壓、高電流以及強(qiáng)電磁場的電氣設(shè)備旁邊。
5儀表參數(shù)設(shè)置
明渠流量計安裝完畢后,需進(jìn)行液位校準(zhǔn)及流量參數(shù)設(shè)定。有效液位高度根據(jù)量水堰(槽)不同而有不同的定義,如巴歇爾槽-般旁邊有安裝儀表的連通測量管,管內(nèi)液位即實(shí)際液位;三角堰和矩形堰是缺口以上部分的液位為有效液位。實(shí)測有效液位、校準(zhǔn)液位時,盡量要保持液面相對平靜、穩(wěn)定。
參數(shù)設(shè)定根據(jù)不同廠家的產(chǎn)品而略有差別,但大同小異。一般需根據(jù)堰(槽)種類選擇設(shè)定編碼，輸入堰(槽)尺寸參數(shù),然后進(jìn)人液位模式進(jìn)行液位校準(zhǔn),再進(jìn)人流量模式進(jìn)行測量(具體設(shè)置需參閱選型產(chǎn)品調(diào)試說明書)。
6結(jié)束語
明渠流量計主要與各種標(biāo)準(zhǔn)堰或槽配套,用于各類敞開式流道水量的計量或監(jiān)測。明渠流量計因其本身的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在水利工程及污水處理裝置的測量中,并具有其他儀表的優(yōu)越性。在選用時,盡量消除或減小誤差帶來的影響,不僅提高了該儀表的可靠性和正確性,而且對于整個裝置的生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行也具有重要意義。
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