引言

众所周知, 自来水厂在制水过程中 ,为了使自来水的水质达到一定的要求 ,常常加入微量的氨气和一定量的氯气。显然 ,这两种气体的流量的大小 ,将对自来水水质优劣产生较大的影响。过去自来水厂大多采用传统的玻璃转子流量计来测量这两种气体的流量 。由于转子流量计只测量体积流量 ,而氨 、氯气在供气过程中 ,其工作压力是不断地变化的,显而易见, 这种无温度、压力补偿的流量测量, 其测量准确度是不高的。

 

如上所述, 利用无须温度、压力补偿的PBF 型热式气体质量流量计(以下简称 PBF 型流量计),来测量氨、氯气的质量流量 , 是合理的、先金的方案。特别是对氯气流量的测量, 由于其腐蚀性强 ,使许多流量计望而生畏 ,但对 PBF 型流量计却是轻而易举的事。我们在上海某自来水厂, 使用了 3 台 PBF 型流量计 ,测量氨气流量 。使用了 4 台PBF 型流量计(防腐型),测量氯气流量。通过一年多的运行, 获得了相当满意的结果。

2 　 PBF 型流量计的结构及其工作原理

图1 是 PBF 型流量计的结构及工作原理示意图 。它利用流体(气体)与固体(传感探头)之间的热传导原理,使气体流量的变化, 以温度变化的形式检测出来, 再转换成电信号 , 经放大线性处理后, 输出与瞬时流量相对应的420mA 电流信号、3-1/2LCD瞬时流量显示和六位 LCD 累积流量显示。图 1 中,流量计由传感探头和电子组件组成 。传感探头由两个传感器组成, 一个是流体速度传感器 ,另一个是流体温度传感器。测量时, 传感探头插入流体中 ,感受流体的流速和温度。它们同时是电子组件桥路的两上桥臂,形成一个不平衡电桥 。通电时 ,桥臂电流将速度传感器加热到高于流体温度 T 2 一个湿差ΔT 的 T 1 , 即 T 1 -T 2 =ΔT 。不平衡电桥就变成平衡电桥。此时电桥便输出一个对应零流量的电压, 经放大电路处理, 输出流量计的下限信号 4mA ;瞬时流量显示为 000;且累积流量无累积动作发生 ,累积显示保持着原来的累积数字不变。当流体流经加热的速度传感器时, 根据热传导原理 ,将会带走速度传感器的一部分热量, 使其温度T 1 下降,而且流量越大, 带走的热量越多 ,其温度 T 1下降也越大, 电桥又变成一个不平衡电桥。由于桥路的反馈控制作用, 总要回到平衡电桥状态 。为此,电桥必须在速度传感器上流过与流量大小成正比的电流, 使速度传感器回到平衡状态时的温度 T 1 。这时桥路便输出一个正比于流量大小的电压信号 。经电路放大、线性化处理, 使输出与流量成正比的 4-20mA之间的一个电流信号 、瞬时流量显示为直到#大刻度流量的一个值 、累积动作将以与瞬时流量成正比的速度进行累积 。按上所述, 设速度传感器的加热功率为 P ,速度传感器与流体的温差为 T 1 -T 2 =ΔT , 流体的质量流速为ρV。根据 L .V .King 定理 ,即流体流经加热的速度传感器时所带走的热量 Q , 与对速度传感器加热到温度T 1 的电功率 P 相等。得下列关系式:

式中,A,B 是取决于速度传感器和流体性质的常数。ρ为标准状态下流体的密度 。由于桥路的反馈控制作用 T 1 -T 2 =ΔT 为一恒定的常数。所以桥路的输出(决定流量计输出的量)与流体的质量流速ρV 成单值函数关系 。特别要指出的是, 由于速度传感器的热量是被流体中的分子所带走的 , 所以速度传感器测量的是流体的质量流速ρV。因此只要乘以流体管道的截面积S ,便可得到流体的质量流量Qm。即Qm=S ×ρV。

 

3　 氨气和氯气质量流量的测量

3.1 　 氨气流量的测量

3.1 .1　 测量流程图

图2是自来水厂的供氨管路系统示意图 。图中FZ 1 和 FZ 2 是厂里原先采用过的转子流量计的安装位置, 其旁边的 V 1 和 V 2 是测量氨气工作压力的真空压力表 。氨气是通过预先加满液态氨的钢瓶汽化后获得 ,然后流经 PBF 型流量计, 测量其流量, 再加入半成品的自来水中去的 。氨气在流动管道中是处于负压状态的, 在约为 Pa =6092kPa 的觉对压力, 由于在输氨气过程中, 钢瓶内的液态氨重量越来越轻,因此氨气的工作觉对压力, 也越来越接近大气压。也就是说 ,氨气的工作压力是不断地发生变化的 ,于是氨气的密度也是不断地发生变化的。在这种流体工况不断变化的情况下, 要测得准确的氨气流量 ,必须测量其质量流量。我们认为这样的流量测量方法才是一种合理的流量测量方法 。

3.2 　 氯气流量的测量

3.2 .1　 氯气流量测量的难度

虽然百分之百的干氯气, 不存在腐蚀性的问题。但由钢瓶中的液态氯获得的氯气却并非是完全的干氯气 , 因此自来水厂中的氯气是一种相当强的腐蚀性的气体 。其它一些流量计因结构上的原因, 无法胜任对氯气的测量。据反映有的流量计仅使用了三个月左右, 就或被腐蚀掉 、或显示误差大得吓人, 仅当参考流量而已 。而 PBF 型流量计由于结构上的特点,测量腐蚀性气体, 却是轻而易举的事。图 3 的结构可知 ,流量计只有传感探头保护罩部分接触腐蚀性气体 ,即使保护罩受到轻微的腐蚀也无害于罩内的传感体的正常工作 , 更何况保护罩可根据具体气体的腐蚀类型来选择适合的防腐材料制造 。经过一年多的连续使用 ,#近我们拆下一台流量计, 观察处在氯气中的传感探头 , 没有发现它受到腐蚀的任何痕迹,依旧充满着金属的光泽。这充分证明了 PBF型流量计, 是适合用来测量各种腐蚀性气体流量的流量计。

4　 结束语

由于加氨加氯量的准确度 , 对自来水质有很大影响 。笔者认为测量它们的质量流量比测量它们的重量流量更有实质性的意义 。而就我国自来水厂目前使用自动化仪表的现状来说, 采用无须温度 、压力补偿就能测量质量流量的 ;具有输出电流信号 ,瞬时流量显示和累积流量显示功能的 ;一体化的 PBF 型热式气体质量流量计来测量氨、氯气的质量流量 ,是合理的选择。这一设计, 同样适合于对其它腐蚀性气体的流量测量 。

 

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