[導讀] 對工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)施中常用儀表的選型及安裝進行了分析和探討，可作為實際工程的參考。
1 概述
工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)施如同主工藝生產(chǎn)的生命線，循環(huán)水處理設(shè)施的正常運行對于主工藝正常的生產(chǎn)和維護設(shè)備的安全起著至關(guān)重要的作用。而水處理的每一個環(huán)節(jié)總是與相應(yīng)的儀表及自控技術(shù)有關(guān)。
儀表能連續(xù)檢測各水系統(tǒng)參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)進行手動或自動控制，協(xié)調(diào)供需之間、系統(tǒng)各組成部分之間、各水處理工藝之間的關(guān)系，以便使各種設(shè)備與設(shè)施得到更充分、合理的使用；同時，檢測儀表測定的數(shù)值與設(shè)定值可連續(xù)進行比較，發(fā)生偏差時，立即進行調(diào)整，從而保證水處理質(zhì)量。另外儀表還具有連續(xù)檢測、越限報警的功能，便于及時處理事故，也是實現(xiàn)計算機控制的前提條件。所以在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)施中自動化儀表具有非常重要的作用。
工業(yè)循環(huán)水處理設(shè)施常用的儀表有液位計、流量計、溫度計、壓力表、電導率儀等。本文就上述儀表的選型及安裝進行了分析和探討，可作為實際工程的參考。
2 循環(huán)水處理設(shè)施中各種常用儀表的選型
2.1 液位計
常用的液位計有連通器式、浮球式、超聲波液位計、雷達液位計、磁翻轉(zhuǎn)液位計等。上述液位計的原理、特點及應(yīng)用范圍如下。
（1）連通器式液位計
原理：普通的玻璃管液位計。
特點：結(jié)構(gòu)簡單、價廉、直觀，適于現(xiàn)場使用，但易破損，內(nèi)表面易沾染污物，造成讀數(shù)困難，不便于遠傳和調(diào)節(jié)。
（2）浮球式液位計
原理：在液體中放入一個空心的浮球，當液位變化時，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移，可用機械或電的方法來測得浮球的位移。
特點：精確度為±（1~2）%，其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出。它結(jié)構(gòu)簡單、價格較低，不適用于高粘度的液體。
（3）超聲波液位計
原理：利用超聲波在氣體、液體的衰減、穿透能力和聲阻抗不同的性質(zhì)來測量兩種介質(zhì)的界面，
特點：精確度為±0.5%。此類儀表精度高、反應(yīng)快，無機械可動部分，可靠性高，安裝簡單、方便，屬于非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影響，但成本高、維護維修困難。
（4）磁翻轉(zhuǎn)液位計
原理：由磁性指示器和浮球兩部分組成。磁性指示器由裝有小磁鋼的紅白相間的磁翻柱及護板等組成。裝有磁鋼的浮球隨液體上下移動時，浮球內(nèi)永久磁體的束性磁場將磁翻柱翻轉(zhuǎn)180°，液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，從而指示出液面的高度。當需要變送輸出時，安裝一個平行于磁性指示器的干簧管變送器，便可實現(xiàn)4～20mA或0～10mA電流信號遠傳輸出；配上液位報警開關(guān)，還可實現(xiàn)液位的上下限報警。
特點：除現(xiàn)場指示，還可配遠傳變送器、報警開關(guān)、控制開關(guān)，檢測功能齊全。指示新穎、讀數(shù)直觀、醒目。指示機構(gòu)與被測介質(zhì)完全隔離，因而密封性好，可靠性高，使用安全。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護費用低。耐腐蝕、無需電源、防爆。
（5）雷達液位計
基本原理與超聲波液位計相近。特點：精度較高，可靠性也高，使用方便，但價格比超聲波液位計略高。
根據(jù)各種液位計的特性，在工業(yè)循環(huán)水處理設(shè)施中，各種液位計的選型通常按照如下的原則：①連通器式液位計通常應(yīng)用于不太重要的室內(nèi)區(qū)域或是作為其它液位計的備用，例如在工藝主車間內(nèi)平臺上的安全水箱上可設(shè)該種液位計，以便于點檢人員的檢查，另外也作為安全水箱上磁翻板液位計的備用；②浮球式液位計在工程中主要可用于與潛水泵相連鎖，控制普通集水井中潛水泵的運行與停止，并可將集水井液位信號輸出；③超聲波液位計適用于各水處理構(gòu)筑物，如冷水池、熱水池、污泥槽、污泥濃縮池、純水或軟化水補水池等；④磁鋼翻板液位計適用于既要求便于人工觀察，又要求有信號輸出的室內(nèi)水箱或水池旁，如工藝主車間內(nèi)平臺上的安全水箱上設(shè)有該種液位計，安全水箱平臺環(huán)境較差，人工觀察較為困難，因此采用了這種液位計；⑤雷達液位計使用于重要性較高的場合，如主工藝車間內(nèi)的水池或水箱，如果有水從水池或水箱中大量溢出會造成嚴重后果的場合。
2.2 流量計
流量測量的用途有兩種，一種用于流量檢測，參與過程控制，以檢驗水處理設(shè)施的供水能力是否滿足了主工藝正常生產(chǎn)的要求；另一種用于流量的計量，計量的結(jié)果送企業(yè)的能源中心，作為企業(yè)耗水技術(shù)經(jīng)濟指標計算的依據(jù)。在目前自動化程度較高的工程中，采用最多的是電磁流量計和超聲流量計。現(xiàn)分別敘述其原理與特點。
（1）電磁流量計
原理：應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。在測量中，液體本身為導體，磁場通過安裝在管路中的兩個線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵磁，磁場作用于管道內(nèi)流動的液體，在管道中產(chǎn)生一個與被測流體平均流速V相對應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關(guān)。
特點：測量不受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響；沒有壓力損失；能連續(xù)測量，測量精確度高；口徑范圍和測量范圍大，測量范圍連續(xù)可調(diào)；與流速分布無關(guān)；前后直管段較短，前置直管段為5D（D為儀表的直徑），后置直管段為3D；穩(wěn)定性好，輸出為標準化信號，可方便地進入自控系統(tǒng)；變送器導管內(nèi)壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性；轉(zhuǎn)換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強，便于現(xiàn)場觀察。
（2）超聲波流量計
原理：超聲波測量管道上安裝兩個換能器，因順流與逆流流速差別的影響，測量從發(fā)射到接收而產(chǎn)生的時間差，據(jù)此測出流速。
特點：安裝維護方便；隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護超聲流量計時不需在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應(yīng)用場合很方便地進行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測系統(tǒng)；口徑范圍大，且價格不受管徑影響；測量可靠性高；無壓力損失；不受流體參數(shù)影響；輸出標準化直流信號，可方便地進入自控系統(tǒng)；在流量計的上下游要有足夠的直管段，要求上游最少不小于10D，下游大于5D。
工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中，決定采用電磁流量計或超聲波流量計的首要條件是水質(zhì)，工業(yè)循環(huán)水包括工業(yè)凈循環(huán)水、軟化水循環(huán)水、純水循環(huán)水、濁循環(huán)水、含氧化鐵皮粉末顆粒的泥漿水，其中軟化水循環(huán)水、純水循環(huán)水的電導率極低，應(yīng)采用超聲波流量計，其余水質(zhì)的循環(huán)水兩種流量計均可使用。
其介質(zhì)本身性質(zhì)包括溫度、濁度、pH、含油量等指標對流量計的要求相對較低。在小口徑管道中，超聲波流量計的價格比電磁流量計高，而安裝的直管段的長度比電磁流量計長。目前的水處理設(shè)施中，小口徑管道上通常選用電磁流量計；而大口徑管道上因流量計拆裝比較困難，且電磁流量計的前后須安裝檢修切斷閥門，且大口徑管道通常為循環(huán)供水的總干管，因此大口徑管道上可選用超聲波流量計。
2.3 溫度計
溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)中，水溫不高，采用的均為接觸式溫度計，將被測水溫送水處理主控室進行供水水質(zhì)的檢測，也送能源中心或可反饋信號控制冷卻塔風機的轉(zhuǎn)速。通常來說接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進行充分的熱交換，需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象。
溫度測量儀表按設(shè)備的集成方式可以分為一體化和分體式兩類。循環(huán)水處理系統(tǒng)中一般使用一體化溫度計。一體化溫度計一般由測溫探頭（熱電偶或熱電阻傳感器）和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測溫探頭直接安裝在接線盒內(nèi)，從而形成一體化的變送器。一體化溫度計一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。一體化溫度計具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省引線、輸出信號大、抗干擾能力強、線性好、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮、有反接保護和限流保護、工作可靠等優(yōu)點。一體化溫度計的輸出為統(tǒng)一的4～20mA信號；可與微機系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。
2.4 壓力表
在工業(yè)循環(huán)水處理設(shè)施中，壓力表設(shè)于循環(huán)給水、回水總管、水泵出水管以及過濾器、換熱器等設(shè)備的進出水管上。壓力表主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標準的電流電壓信號，以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。
壓力表測量原理是：流程壓力和參考壓力分別作用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形（位移很小，僅μm級），以使硅片上用半導體技術(shù)制成的全動態(tài)惠斯頓電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強性極佳，所以輸出信號的線性度及變差指標均很高。工作時，壓力表將被測物理量轉(zhuǎn)換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號，再經(jīng)過非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標準電流電壓信號。
壓力表輸出信號至水處理控制室，主工藝循環(huán)供水管上的壓力信號還要直接送至主工藝的操作室。
2.5 電導率儀
電導率儀是通過測量溶液的電導值來間接測量離子濃度的流程儀表（一體化變送器），可在線連續(xù)檢測工業(yè)過程中水溶液的電導率。電導率儀主要由電導池、電子模塊、顯示表頭和殼體組成。電子模塊電路則由激勵電源、電導池、電導放大器、相敏整流器、解調(diào)器、溫度補償、過載保護和電流轉(zhuǎn)換等單元組成。
由于電解質(zhì)溶液與金屬導體一樣的電的良導體，因此電流流過電解質(zhì)溶液時必有電阻作用，且符合歐姆定律。但液體的電阻溫度特性與金屬導體相反，具有負向溫度特性。為區(qū)別于金屬導體，電解質(zhì)溶液的導電能力用電導（電阻的倒數(shù)）或電導率（電阻率的倒數(shù)）來表示。當兩個互相絕緣的電極組成電導池時，若在其中間放置待測溶液，并通以恒壓交變電流，就形成了電流回路。如果將電壓大小和電極尺寸固定，則回路電流與電導率就存在一定的函數(shù)關(guān)系。這樣，測了待測溶液中流過的電流，就能測出待測溶液的電導率。
在工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)中，電導率儀輸出信號與凈循環(huán)、濁循環(huán)系統(tǒng)的冷水池強制排污電動閥門連鎖，當冷水池中的水的電導率達到某一數(shù)值時，強制排污電動閥門開啟，水池開始強制排污。
3 循環(huán)水處理設(shè)施中各種常用儀表的安裝
3.1 液位計的安裝
連通器式、浮球式液位計、磁鋼翻板式液位計無特殊的安裝要求。
超聲波、雷達液位計應(yīng)安裝在最高水面以上，在一定范圍內(nèi)向下至水面不得有任何障礙物（包括池壁），防止障礙物反射聲波干擾測量數(shù)值。超聲波、雷達液位計一般安裝在冷熱水池、污泥槽或污泥濃縮池等構(gòu)筑物上方，安裝時應(yīng)考慮便于檢修，必要時應(yīng)設(shè)置檢修平臺。
3.2 流量計的安裝
流量計應(yīng)盡量設(shè)置在明裝管道上，大口徑流量計一般都要安裝在地下，因此需設(shè)置儀表井。儀表井通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不應(yīng)有任何滲漏。室外的儀表井還需加蓋，并應(yīng)防止雨水或其它水流從蓋口淌入井內(nèi)，必要時，儀表井應(yīng)設(shè)置自動排水設(shè)施。在設(shè)計儀表井時，還應(yīng)注意儀表井檢修孔的大小必須滿足儀表吊裝的需求。變送器應(yīng)設(shè)在不受水氣侵蝕處，如流量計引出線有足夠長度，最好將變送器設(shè)在有良好環(huán)境的室內(nèi)。與變送器連接的引出線不允許有任何形式的接頭。屏蔽線應(yīng)進行良好的接地。
電磁流量計的襯里材料多選用氯丁橡膠，因其有較好的耐磨性，特別是在應(yīng)用于濁循環(huán)水時。安裝時應(yīng)注意遠離外界的電磁場源，以免影響傳感器的工作磁場及流量信號，傳感器水平安裝時，要求兩個電極的中心軸線處于水平狀態(tài)，防止顆粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作。測量管內(nèi)應(yīng)為滿管，不允許大量氣泡通過傳感器，當不能滿足條件時，應(yīng)采取相應(yīng)措施。為使儀表可靠地工作，提高測量精確度，不受外界寄生電勢的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨接地線，且接地電阻應(yīng)小于10Ω，尤其是安裝在陰極保護管道上時。轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在符合其防護等級要求的場所，在滿足安裝環(huán)境、使用要求的前提下，轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好，以節(jié)約投資，減少可能產(chǎn)生的強電信號的干擾。
如選用超聲流量計要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁結(jié)垢、防腐層均勻與否，這些因素對測量結(jié)果影響很大。另據(jù)超聲流量計的測量原理，只有流速分布均勻時才能保證測量的精確度。因此超聲波流量計不應(yīng)設(shè)置在管路變化較大處。
3.3 溫度計的安裝
由于工業(yè)循環(huán)水處理設(shè)施冷熱水池內(nèi)不同的水位或是不同的平面位置之間的溫度差別較大，因此建議溫度計一般安裝在循環(huán)冷卻給回水管、冷卻塔進水總管上，以確保對循環(huán)水系統(tǒng)溫度測量的準確性。埋地管道上的溫度計也可以設(shè)置在地下儀表井內(nèi)。
3.4 壓力表的安裝
壓力表在安裝時，測壓管進入傳感器以前應(yīng)設(shè)有阻尼裝置，以利于測到穩(wěn)定的壓力數(shù)值；還應(yīng)注意傳感器安裝高度對測量數(shù)值的影響，并在顯示數(shù)值上加上傳感器到測壓點的高差轉(zhuǎn)換成的壓力值。
3.5 電導率儀的安裝
電導率儀的電導池部分設(shè)于水池內(nèi)，其余部分均設(shè)于水池上。電導率儀的電導池應(yīng)設(shè)置在遠離冷熱水池補水管的地方，距離補水管近的地方水質(zhì)相對較好，電導率值較低。電導池設(shè)置在離冷熱水池補水管近的地方，會造成對整個循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)判斷的不準確，從而對循環(huán)水系統(tǒng)的加藥、強制排污等水質(zhì)穩(wěn)定工作帶來影響。
4 小結(jié)
檢測儀表的好壞直接關(guān)系到工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行是否正常。在儀表的選用時，從儀表的性能、質(zhì)量、價格、備件情況、售后服務(wù)等方面進行反復比較。要精確度高；響應(yīng)時間快；輸出信號可為模擬量或開關(guān)量（根據(jù)實際要求確定）；儀表的防護等級應(yīng)滿足所在環(huán)境的要求，一般應(yīng)不低于IP65；現(xiàn)場監(jiān)測儀表宜選用數(shù)顯儀；儀表的工作電源應(yīng)獨立，不應(yīng)和計算機共用電源，以保證發(fā)生故障和檢修時電源互不干擾，使各自都能穩(wěn)定可靠地運行；應(yīng)選擇能夠提供可靠服務(wù)和有豐富經(jīng)驗的儀表生產(chǎn)廠商。