引言

眾所周知, 自來水廠在制水過程中 ,為了使自來水的水質(zhì)達(dá)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(duì)自來水水質(zhì)優(yōu)劣產(chǎn)生較大的影響。過去自來水廠大多采用傳統(tǒng)的玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)來測(cè)量這兩種氣體的流量 。由于轉(zhuǎn)子流量計(jì)只測(cè)量體積流量 ,而氨 、氯氣在供氣過程中 ,其工作壓力是不斷地變化的,顯而易見, 這種無溫度、壓力補(bǔ)償?shù)牧髁繙y(cè)量, 其測(cè)量準(zhǔn)確度是不高的。

 

如上所述, 利用無須溫度、壓力補(bǔ)償?shù)腜BF 型熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱 PBF 型流量計(jì)),來測(cè)量氨、氯氣的質(zhì)量流量 , 是合理的、先金的方案。特別是對(duì)氯氣流量的測(cè)量, 由于其腐蝕性強(qiáng) ,使許多流量計(jì)望而生畏 ,但對(duì) PBF 型流量計(jì)卻是輕而易舉的事。我們?cè)谏虾Ｄ匙詠硭畯S, 使用了 3 臺(tái) PBF 型流量計(jì) ,測(cè)量氨氣流量 。使用了 4 臺(tái)PBF 型流量計(jì)(防腐型),測(cè)量氯氣流量。通過一年多的運(yùn)行, 獲得了相當(dāng)滿意的結(jié)果。

2 　 PBF 型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及其工作原理

圖1 是 PBF 型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)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(dǎo)原理,使氣體流量的變化, 以溫度變化的形式檢測(cè)出來, 再轉(zhuǎn)換成電信號(hào) , 經(jīng)放大線性處理后, 輸出與瞬時(shí)流量相對(duì)應(yīng)的420mA 電流信號(hào)、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(jì)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(cè)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(duì)應(yīng)零流量的電壓, 經(jīng)放大電路處理, 輸出流量計(jì)的下限信號(hào) 4mA ;瞬時(shí)流量顯示為 000;且累積流量無累積動(dòng)作發(fā)生 ,累積顯示保持著原來的累積數(shù)字不變。當(dāng)流體流經(jīng)加熱的速度傳感器時(shí), 根據(jù)熱傳導(dǎo)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(hào) 。經(jīng)電路放大、線性化處理, 使輸出與流量成正比的 4-20mA之間的一個(gè)電流信號(hào) 、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(shè)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(jù) 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(duì)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(shù)。ρ為標(biāo)準(zhǔn)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(shù)。所以橋路的輸出(決定流量計(jì)輸出的量)與流體的質(zhì)量流速ρV 成單值函數(shù)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(cè)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(cè)量

3.1 　 氨氣流量的測(cè)量

3.1 .1　 測(cè)量流程圖

圖2是自來水廠的供氨管路系統(tǒng)示意圖 。圖中FZ 1 和 FZ 2 是廠里原先采用過的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝位置, 其旁邊的 V 1 和 V 2 是測(cè)量氨氣工作壓力的真空壓力表 。氨氣是通過預(yù)先加滿液態(tài)氨的鋼瓶汽化后獲得 ,然后流經(jīng) PBF 型流量計(jì), 測(cè)量其流量, 再加入半成品的自來水中去的 。氨氣在流動(dòng)管道中是處于負(fù)壓狀態(tài)的, 在約為 Pa =6092kPa 的覺對(duì)壓力, 由于在輸氨氣過程中, 鋼瓶?jī)?nèi)的液態(tài)氨重量越來越輕,因此氨氣的工作覺對(duì)壓力, 也越來越接近大氣壓。也就是說 ,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(cè)得準(zhǔn)確的氨氣流量 ,必須測(cè)量其質(zhì)量流量。我們認(rèn)為這樣的流量測(cè)量方法才是一種合理的流量測(cè)量方法 。

3.2 　 氯氣流量的測(cè)量

3.2 .1　 氯氣流量測(cè)量的難度

雖然百分之百的干氯氣, 不存在腐蝕性的問題。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 , 因此自來水廠中的氯氣是一種相當(dāng)強(qiáng)的腐蝕性的氣體 。其它一些流量計(jì)因結(jié)構(gòu)上的原因, 無法勝任對(duì)氯氣的測(cè)量。據(jù)反映有的流量計(jì)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(dāng)參考流量而已 。而 PBF 型流量計(jì)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),測(cè)量腐蝕性氣體, 卻是輕而易舉的事。圖 3 的結(jié)構(gòu)可知 ,流量計(jì)只有傳感探頭保護(hù)罩部分接觸腐蝕性氣體 ,即使保護(hù)罩受到輕微的腐蝕也無害于罩內(nèi)的傳感體的正常工作 , 更何況保護(hù)罩可根據(jù)具體氣體的腐蝕類型來選擇適合的防腐材料制造 。經(jīng)過一年多的連續(xù)使用 ,#近我們拆下一臺(tái)流量計(jì), 觀察處在氯氣中的傳感探頭 , 沒有發(fā)現(xiàn)它受到腐蝕的任何痕跡,依舊充滿著金屬的光澤。這充分證明了 PBF型流量計(jì), 是適合用來測(cè)量各種腐蝕性氣體流量的流量計(jì)。

4　 結(jié)束語(yǔ)

由于加氨加氯量的準(zhǔn)確度 , 對(duì)自來水質(zhì)有很大影響 。筆者認(rèn)為測(cè)量它們的質(zhì)量流量比測(cè)量它們的重量流量更有實(shí)質(zhì)性的意義 。而就我國(guó)自來水廠目前使用自動(dòng)化儀表的現(xiàn)狀來說, 采用無須溫度 、壓力補(bǔ)償就能測(cè)量質(zhì)量流量的 ;具有輸出電流信號(hào) ,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(jì)來測(cè)量氨、氯氣的質(zhì)量流量 ,是合理的選擇。這一設(shè)計(jì), 同樣適合于對(duì)其它腐蝕性氣體的流量測(cè)量 。

 

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