[导读] 对工业循环冷却水处理设施中常用仪表的选型及安装进行了分析和探讨，可作为实际工程的参考。
1 概述
工业循环冷却水处理设施如同主工艺生产的生命线，循环水处理设施的正常运行对于主工艺正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。而水处理的每一个环节总是与相应的仪表及自控技术有关。
仪表能连续检测各水系统参数，并根据这些参数进行手动或自动控制，协调供需之间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间的关系，以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用；同时，检测仪表测定的数值与设定值可连续进行比较，发生偏差时，立即进行调整，从而保证水处理质量。另外仪表还具有连续检测、越限报警的功能，便于及时处理事故，也是实现计算机控制的前提条件。所以在工业循环冷却水处理设施中自动化仪表具有非常重要的作用。
工业循环水处理设施常用的仪表有液位计、流量计、温度计、压力表、电导率仪等。本文就上述仪表的选型及安装进行了分析和探讨，可作为实际工程的参考。
2 循环水处理设施中各种常用仪表的选型
2.1 液位计
常用的液位计有连通器式、浮球式、超声波液位计、雷达液位计、磁翻转液位计等。上述液位计的原理、特点及应用范围如下。
（1）连通器式液位计
原理：普通的玻璃管液位计。
特点：结构简单、价廉、直观，适于现场使用，但易破损，内表面易沾染污物，造成读数困难，不便于远传和调节。
（2）浮球式液位计
原理：在液体中放入一个空心的浮球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同的位移，可用机械或电的方法来测得浮球的位移。
特点：精确度为±（1~2）%，其输出端有开关控制和连续输出。它结构简单、价格较低，不适用于高粘度的液体。
（3）超声波液位计
原理：利用超声波在气体、液体的衰减、穿透能力和声阻抗不同的性质来测量两种介质的界面，
特点：精确度为±0.5%。此类仪表精度高、反应快，无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响，但成本高、维护维修困难。
（4）磁翻转液位计
原理：由磁性指示器和浮球两部分组成。磁性指示器由装有小磁钢的红白相间的磁翻柱及护板等组成。装有磁钢的浮球随液体上下移动时，浮球内永久磁体的束性磁场将磁翻柱翻转180°，液位上升时，翻柱由白色转为红色，液位下降时，翻柱由红色转为白色，从而指示出液面的高度。当需要变送输出时，安装一个平行于磁性指示器的干簧管变送器，便可实现4～20mA或0～10mA电流信号远传输出；配上液位报警开关，还可实现液位的上下限报警。
特点：除现场指示，还可配远传变送器、报警开关、控制开关，检测功能齐全。指示新颖、读数直观、醒目。指示机构与被测介质完全隔离，因而密封性好，可靠性高，使用安全。结构简单，安装方便，维护费用低。耐腐蚀、无需电源、防爆。
（5）雷达液位计
基本原理与超声波液位计相近。特点：精度较高，可靠性也高，使用方便，但价格比超声波液位计略高。
根据各种液位计的特性，在工业循环水处理设施中，各种液位计的选型通常按照如下的原则：①连通器式液位计通常应用于不太重要的室内区域或是作为其它液位计的备用，例如在工艺主车间内平台上的安全水箱上可设该种液位计，以便于点检人员的检查，另外也作为安全水箱上磁翻板液位计的备用；②浮球式液位计在工程中主要可用于与潜水泵相连锁，控制普通集水井中潜水泵的运行与停止，并可将集水井液位信号输出；③超声波液位计适用于各水处理构筑物，如冷水池、热水池、污泥槽、污泥浓缩池、纯水或软化水补水池等；④磁钢翻板液位计适用于既要求便于人工观察，又要求有信号输出的室内水箱或水池旁，如工艺主车间内平台上的安全水箱上设有该种液位计，安全水箱平台环境较差，人工观察较为困难，因此采用了这种液位计；⑤雷达液位计使用于重要性较高的场合，如主工艺车间内的水池或水箱，如果有水从水池或水箱中大量溢出会造成严重后果的场合。
2.2 流量计
流量测量的用途有两种，一种用于流量检测，参与过程控制，以检验水处理设施的供水能力是否满足了主工艺正常生产的要求；另一种用于流量的计量，计量的结果送企业的能源中心，作为企业耗水技术经济指标计算的依据。在目前自动化程度较高的工程中，采用最多的是电磁流量计和超声流量计。现分别叙述其原理与特点。
（1）电磁流量计
原理：应用法拉第电磁感应定律，由传感器和转换器组成。在测量中，液体本身为导体，磁场通过安装在管路中的两个线圈产生。线圈由交流或直流电源励磁，磁场作用于管道内流动的液体，在管道中产生一个与被测流体平均流速V相对应的电压，且该电压与流体的流速分布无关。
特点：测量不受被测液体的温度、压力或粘度的影响；没有压力损失；能连续测量，测量精确度高；口径范围和测量范围大，测量范围连续可调；与流速分布无关；前后直管段较短，前置直管段为5D（D为仪表的直径），后置直管段为3D；稳定性好，输出为标准化信号，可方便地进入自控系统；变送器导管内壁有衬里材料，具备良好的耐腐、耐磨性；转换器体积小，消耗功率小，抗干扰性能强，便于现场观察。
（2）超声波流量计
原理：超声波测量管道上安装两个换能器，因顺流与逆流流速差别的影响，测量从发射到接收而产生的时间差，据此测出流速。
特点：安装维护方便；随着夹装式传感器的广泛使用，在安装和维护超声流量计时不需在管道上打孔或切断流量，就可在已存在的应用场合很方便地进行安装，尤其适用于大口径管道检测系统；口径范围大，且价格不受管径影响；测量可靠性高；无压力损失；不受流体参数影响；输出标准化直流信号，可方便地进入自控系统；在流量计的上下游要有足够的直管段，要求上游最少不小于10D，下游大于5D。
工业循环水系统中，决定采用电磁流量计或超声波流量计的首要条件是水质，工业循环水包括工业净循环水、软化水循环水、纯水循环水、浊循环水、含氧化铁皮粉末颗粒的泥浆水，其中软化水循环水、纯水循环水的电导率极低，应采用超声波流量计，其余水质的循环水两种流量计均可使用。
其介质本身性质包括温度、浊度、pH、含油量等指标对流量计的要求相对较低。在小口径管道中，超声波流量计的价格比电磁流量计高，而安装的直管段的长度比电磁流量计长。目前的水处理设施中，小口径管道上通常选用电磁流量计；而大口径管道上因流量计拆装比较困难，且电磁流量计的前后须安装检修切断阀门，且大口径管道通常为循环供水的总干管，因此大口径管道上可选用超声波流量计。
2.3 温度计
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。在工业循环冷却水处理系统中，水温不高，采用的均为接触式温度计，将被测水温送水处理主控室进行供水水质的检测，也送能源中心或可反馈信号控制冷却塔风机的转速。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象。
温度测量仪表按设备的集成方式可以分为一体化和分体式两类。循环水处理系统中一般使用一体化温度计。一体化温度计一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度计一般分为热电阻和热电偶型两种类型。一体化温度计具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。一体化温度计的输出为统一的4～20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。
2.4 压力表
在工业循环水处理设施中，压力表设于循环给水、回水总管、水泵出水管以及过滤器、换热器等设备的进出水管上。压力表主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
压力表测量原理是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯顿电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力表将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。
压力表输出信号至水处理控制室，主工艺循环供水管上的压力信号还要直接送至主工艺的操作室。
2.5 电导率仪
电导率仪是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。电导率仪主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。
由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。
在工业循环水处理系统中，电导率仪输出信号与净循环、浊循环系统的冷水池强制排污电动阀门连锁，当冷水池中的水的电导率达到某一数值时，强制排污电动阀门开启，水池开始强制排污。
3 循环水处理设施中各种常用仪表的安装
3.1 液位计的安装
连通器式、浮球式液位计、磁钢翻板式液位计无特殊的安装要求。
超声波、雷达液位计应安装在最高水面以上，在一定范围内向下至水面不得有任何障碍物（包括池壁），防止障碍物反射声波干扰测量数值。超声波、雷达液位计一般安装在冷热水池、污泥槽或污泥浓缩池等构筑物上方，安装时应考虑便于检修，必要时应设置检修平台。
3.2 流量计的安装
流量计应尽量设置在明装管道上，大口径流量计一般都要安装在地下，因此需设置仪表井。仪表井通常采用钢筋混凝土结构，不应有任何渗漏。室外的仪表井还需加盖，并应防止雨水或其它水流从盖口淌入井内，必要时，仪表井应设置自动排水设施。在设计仪表井时，还应注意仪表井检修孔的大小必须满足仪表吊装的需求。变送器应设在不受水气侵蚀处，如流量计引出线有足够长度，最好将变送器设在有良好环境的室内。与变送器连接的引出线不允许有任何形式的接头。屏蔽线应进行良好的接地。
电磁流量计的衬里材料多选用氯丁橡胶，因其有较好的耐磨性，特别是在应用于浊循环水时。安装时应注意远离外界的电磁场源，以免影响传感器的工作磁场及流量信号，传感器水平安装时，要求两个电极的中心轴线处于水平状态，防止颗粒杂质沉积，影响电极工作。测量管内应为满管，不允许大量气泡通过传感器，当不能满足条件时，应采取相应措施。为使仪表可靠地工作，提高测量精确度，不受外界寄生电势的干扰，传感器应有良好的单独接地线，且接地电阻应小于10Ω，尤其是安装在阴极保护管道上时。转换器应安装在符合其防护等级要求的场所，在满足安装环境、使用要求的前提下，转换器与传感器之间的距离和连接电缆越短越好，以节约投资，减少可能产生的强电信号的干扰。
如选用超声流量计要特别注意传感器的安装误差、管道内壁结垢、防腐层均匀与否，这些因素对测量结果影响很大。另据超声流量计的测量原理，只有流速分布均匀时才能保证测量的精确度。因此超声波流量计不应设置在管路变化较大处。
3.3 温度计的安装
由于工业循环水处理设施冷热水池内不同的水位或是不同的平面位置之间的温度差别较大，因此建议温度计一般安装在循环冷却给回水管、冷却塔进水总管上，以确保对循环水系统温度测量的准确性。埋地管道上的温度计也可以设置在地下仪表井内。
3.4 压力表的安装
压力表在安装时，测压管进入传感器以前应设有阻尼装置，以利于测到稳定的压力数值；还应注意传感器安装高度对测量数值的影响，并在显示数值上加上传感器到测压点的高差转换成的压力值。
3.5 电导率仪的安装
电导率仪的电导池部分设于水池内，其余部分均设于水池上。电导率仪的电导池应设置在远离冷热水池补水管的地方，距离补水管近的地方水质相对较好，电导率值较低。电导池设置在离冷热水池补水管近的地方，会造成对整个循环水系统水质判断的不准确，从而对循环水系统的加药、强制排污等水质稳定工作带来影响。
4 小结
检测仪表的好坏直接关系到工业循环冷却水系统的运行是否正常。在仪表的选用时，从仪表的性能、质量、价格、备件情况、售后服务等方面进行反复比较。要精确度高；响应时间快；输出信号可为模拟量或开关量（根据实际要求确定）；仪表的防护等级应满足所在环境的要求，一般应不低于IP65；现场监测仪表宜选用数显仪；仪表的工作电源应独立，不应和计算机共用电源，以保证发生故障和检修时电源互不干扰，使各自都能稳定可靠地运行；应选择能够提供可靠服务和有丰富经验的仪表生产厂商。