[導讀] 對工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設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)冷卻水處理設施如同主工藝生產的生命線，循環(huán)水處理設施的正常運行對于主工藝正常的生產和維護設備的安全起著至關重要的作用。而水處理的每一個環(huán)節(jié)總是與相應的儀表及自控技術有關。
儀表能連續(xù)檢測各水系統(tǒng)參數，并根據這些參數進行手動或自動控制，協(xié)調供需之間、系統(tǒng)各組成部分之間、各水處理工藝之間的關系，以便使各種設備與設施得到更充分、合理的使用；同時，檢測儀表測定的數值與設定值可連續(xù)進行比較，發(fā)生偏差時，立即進行調整，從而保證水處理質量。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)水處理設施中各種常用儀表的選型
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、磁翻轉液位計等。上述液位計的原理、特點及應用范圍如下。
（1）連通器式液位計
原理：普通的玻璃管液位計。
特點：結構簡單、價廉、直觀，適于現場使用，但易破損，內表面易沾染污物，造成讀數困難，不便于遠傳和調節(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，浮球將產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）%，其輸出端有開關控制和連續(xù)輸出。它結構簡單、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來測量兩種介質的界面，
特點：精確度為±0.5%。此類儀表精度高、反應快，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，浮球內永久磁體的束性磁場將磁翻柱翻轉180°，液位上升時，翻柱由白色轉為紅色，液位下降時，翻柱由紅色轉為白色，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4～20mA或0～10mA電流信號遠傳輸出；配上液位報警開關，還可實現液位的上下限報警。
特點：除現場指示，還可配遠傳變送器、報警開關、控制開關，檢測功能齊全。指示新穎、讀數直觀、醒目。指示機構與被測介質完全隔離，因而密封性好，可靠性高，使用安全。結構簡單，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。
根據各種液位計的特性，在工業(yè)循環(huán)水處理設施中，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用于不太重要的室內區(qū)域或是作為其它液位計的備用，例如在工藝主車間內平臺上的安全水箱上可設該種液位計，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水箱或水池旁，如工藝主車間內平臺上的安全水箱上設有該種液位計，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，以檢驗水處理設施的供水能力是否滿足了主工藝正常生產的要求；另一種用于流量的計量，計量的結果送企業(yè)的能源中心，作為企業(yè)耗水技術經濟指標計算的依據。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。現分別敘述其原理與特點。
（1）電磁流量計
原理：應用法拉第電磁感應定律，由傳感器和轉換器組成。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生。線圈由交流或直流電源勵磁，磁場作用于管道內流動的液體，在管道中產生一個與被測流體平均流速V相對應的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關。
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；與流速分布無關；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)；變送器導管內壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性；轉換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強，便于現場觀察。
（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)射到接收而產生的時間差，據此測出流速。
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，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，應采用超聲波流量計，其余水質的循環(huán)水兩種流量計均可使用。
其介質本身性質包括溫度、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的檢測，也送能源中心或可反饋信號控制冷卻塔風機的轉速。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象。
溫度測量儀表按設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，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構簡單、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)水處理設施中，壓力表設于循環(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變成標準的電流電壓信號，以供給指示報警儀、記錄儀、調節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調節(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制成的全動態(tài)惠斯頓電橋在外部電流源驅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換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經電壓電流轉換變換成相應的電流信號，再經過非線性校正，最后產生與輸入壓力成線性對應關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、解調器、溫度補償、過載保護和電流轉換等單元組成。
由于電解質溶液與金屬導體一樣的電的良導體，因此電流流過電解質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，電解質溶液的導電能力用電導（電阻的倒數）或電導率（電阻率的倒數）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關系。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、雷達液位計應安裝在最高水面以上，在一定范圍內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筑物上方，安裝時應考慮便于檢修，必要時應設置檢修平臺。
3.2 流量計的安裝
流量計應盡量設置在明裝管道上，大口徑流量計一般都要安裝在地下，因此需設置儀表井。儀表井通常采用鋼筋混凝土結構，不應有任何滲漏。室外的儀表井還需加蓋，并應防止雨水或其它水流從蓋口淌入井內，必要時，儀表井應設置自動排水設施。在設計儀表井時，還應注意儀表井檢修孔的大小必須滿足儀表吊裝的需求。變送器應設在不受水氣侵蝕處，如流量計引出線有足夠長度，最好將變送器設在有良好環(huán)境的室內。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，特別是在應用于濁循環(huán)水時。安裝時應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)，防止顆粒雜質沉積，影響電極工作。測量管內應為滿管，不允許大量氣泡通過傳感器，當不能滿足條件時，應采取相應措施。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，傳感器應有良好的單獨接地線，且接地電阻應小于10Ω，尤其是安裝在陰極保護管道上時。轉換器應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、管道內壁結垢、防腐層均勻與否，這些因素對測量結果影響很大。另據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設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)水處理設施冷熱水池內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置在地下儀表井內。
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設有阻尼裝置，以利于測到穩(wěn)定的壓力數值；還應注意傳感器安裝高度對測量數值的影響，并在顯示數值上加上傳感器到測壓點的高差轉換成的壓力值。
3.5 電導率儀的安裝
電導率儀的電導池部分設于水池內，其余部分均設于水池上。電導率儀的電導池應設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相對較好，電導率值較低。電導池設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、強制排污等水質穩(wěn)定工作帶來影響。
4 小結
檢測儀表的好壞直接關系到工業(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、質量、價格、備件情況、售后服務等方面進行反復比較。要精確度高；響應時間快；輸出信號可為模擬量或開關量（根據實際要求確定）；儀表的防護等級應滿足所在環(huán)境的要求，一般應不低于IP65；現場監(jiān)測儀表宜選用數顯儀；儀表的工作電源應獨立，不應和計算機共用電源，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；應選擇能夠提供可靠服務和有豐富經驗的儀表生產廠商。