自來水水廠（以下簡稱水廠）水處理系統(tǒng)中所涉及的在線儀表主要指與水處理工藝設(shè)備設(shè)施相關(guān)聯(lián)，并通過水處理設(shè)備設(shè)施獲取重要供水數(shù)據(jù)的設(shè)備。在線儀表主要由各類傳感器及二次儀表組成，通過傳感器來實現(xiàn)供水重要數(shù)據(jù)的采集，并通過二次儀表轉(zhuǎn)換輸出成可以接收的模擬信號或數(shù)字信號，在一些高性能的在線儀表中甚至會將可編程控制器集成在內(nèi)，從而實現(xiàn)更加豐富的功能控制與綜合應(yīng)用。在線儀表根據(jù)功能不同可分為不同種類。如：壓力變送器、液位儀、流量計，水質(zhì)分析儀表等，可分別實現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)、液位數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)等參數(shù)的實時監(jiān)測。其中在水廠運行系統(tǒng)中非常為常用的在線儀表主要為壓力儀表、流量儀表、液位儀表及水質(zhì)分析儀表。

 

1、壓力儀表

壓力儀表也稱壓力表或壓力變送器，是水廠中非常為常用的儀表之一。這類儀表主要通過傳感器中壓力敏感元件采集壓力信號并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號輸出的原理，來實現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的監(jiān)測。壓力儀表在水廠中主要應(yīng)用于加藥系統(tǒng)壓力監(jiān)測，各工藝段進出水及水廠輸配水干管壓力的監(jiān)測。壓力數(shù)據(jù)是水廠生產(chǎn)運行中重要的參數(shù)指標，它不單單起到了自動化采集壓力數(shù)據(jù)的作用，在一些水處理工藝上，運行人員可以通過壓力數(shù)據(jù)的變化，直接了解到該工藝段的運行情況。比如監(jiān)測炭砂濾池的濾后水出管道上的壓力數(shù)值時，當濾池正常過濾時在水量不變的情況下，濾后水壓力低于正常值時，可以初步判斷為濾池截污能力下降，特別是剛沖洗完后的濾池濾后水壓力低于正常值時，可初步判斷為濾池有板結(jié)風險。因此壓力儀表在整個水處理中是非常為重要的在線儀表之一。

 

2、流量計儀表

在水處理工藝中，流量計儀表應(yīng)用廣泛，不僅僅安裝的輸配水管線上，往往根據(jù)水廠自動化運行系統(tǒng)的要求，還會安裝在凈水工藝各工藝段的進出水管及藥劑投加管上，通過流量計采集的水量數(shù)據(jù)及藥劑瞬時投加量數(shù)據(jù)，運行人員可以更直觀的了解設(shè)備的運行狀態(tài)和提前對水廠運行狀態(tài)做出預(yù)判。水廠常用的流量計主要是超聲波流量計和電磁流量計，其中超聲波流量計又可分為時差式超聲波流量計和多普勒超聲波流量計等，在輸配水管道上通常采用時差式超聲波流量計，這類流量計，一共兩個探頭，這兩個探頭安裝在管壁兩側(cè)，兩探頭相距距離就是管徑的直徑，其中非常好個探頭發(fā)射信號穿過管壁、介質(zhì)及另一側(cè)管壁，第二個探頭接收信號，同時第二個探頭同樣發(fā)射信號穿過管壁、介質(zhì)及另一側(cè)管壁被非常好個探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時間差 Δt，根據(jù)公式 V=（C2/2L）×Δt，進而可以得到該管段的流量數(shù)據(jù)。超聲波流量計由于不需與被測介質(zhì)接觸，所以廣泛應(yīng)用于具有腐蝕性強、非導電性、放射性等介質(zhì)的流量測量，其測量精準度高，安裝維護方便，不受管徑限制。應(yīng)盡量在滿管狀態(tài)下使用，否則將影響其測量精度，同時超聲波流量計易受電磁干擾，不適用于在復(fù)雜的電磁環(huán)境中工作。電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進行流量測量的流量計，其工作性能優(yōu)越，測量精度高，耗電量低，零點不易發(fā)生漂移。但要注意在進行非滿管狀態(tài)下測量時，其測量精度會有所下降，電磁流量計在測量過程中，電極會跟被測介質(zhì)接觸，若電極堆積大量污垢，會降低測量的精度及數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，因此在實際應(yīng)用過程中，要經(jīng)常對管道內(nèi)壁進行除垢維護工作。

 

3、液位儀表

液位計儀表種類繁多，應(yīng)用在水廠的液位儀表主要是壓力式液位儀表和超聲波式液位儀表。一般來說壓力式液位計主要應(yīng)用于測量吸揚井和清水池液位及儲存相對靜態(tài)且無腐蝕性液體構(gòu)筑物的液位。超聲波液位計用于測量儲存具有一定腐蝕性液體構(gòu)筑物的液位，主要應(yīng)用于儲藥池、廢水回收池及污泥池。壓力式液位計是以傳感器所采集的靜壓值與傳感器安裝位置的液體深度成正比為原理，將靜壓信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過液體溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標準電信號的一種測量液位的液位儀表。該儀表工作性能穩(wěn)定，測量精度高，使用壽命長，抗電磁干擾能力強，耗電量小，但由于該類儀表需要直接投入被測介質(zhì)中，所以要求被測介質(zhì)密度均勻且無腐蝕性，同時因探頭易發(fā)生堵塞，所以探頭需要及時清潔，若清潔不到位，會影響該液位計的測量精度及使用壽命。超聲波液位計是超聲傳感器在微處理器的控制下，發(fā)射和接收超聲波，由于聲波在空中傳播的速度 c 不變，根據(jù) s=ct/2 和h=H-s，通過微處理器計算而得出液位數(shù)據(jù)的液位計。其優(yōu)點是該儀表為非接觸式儀表可用于腐蝕性介質(zhì)的測量、測量精度高、使用壽命長、性能穩(wěn)定可靠，維護方便。但需注意環(huán)境對設(shè)備的影響，如粉塵、溫度會影響其測量精度，抗電磁干擾能力弱；電耗量比壓力式儀表大；被測液體中不能產(chǎn)生大量氣泡，懸浮物，如儲藥池在攪拌時，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生大量氣泡，從而影響測量精度。

 

4、水質(zhì)分析儀表

水質(zhì)數(shù)據(jù)是水處理中非常為重要的質(zhì)量指標，在線水質(zhì)數(shù)據(jù)可以實時的、準確的反映水廠水處理運行工況。因此為了保證水廠水處理工藝安全運行和出廠水水質(zhì)的合格，必須在自來水水廠各工藝段安裝各類在線水質(zhì)儀表。在線水質(zhì)儀表種類繁多，在自來水水廠自動化系統(tǒng)中較為常用的在線水質(zhì)儀表主要為余氯儀、濁度儀、pH 計、溫度計、電導率儀、氨氮儀和COD 儀等儀表。在線水質(zhì)儀表屬于高精密儀表，價格較高，初期建設(shè)費用高，整個在線水質(zhì)儀表的建設(shè)工程量較其它在線儀表建設(shè)工程量大，需要獨立的進水與排水系統(tǒng)。對安裝環(huán)境要求較高，需要專業(yè)人員對其進行定期維護保養(yǎng)。

 

二、儀表的選型與安裝

由于在線儀表根據(jù)原理、結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境的不同，在選擇型號與安裝調(diào)試上也各有要求。

1、儀表的選型

在選擇儀表型號時要需考慮下面幾個方面。首先是儀表量程和儀表測量精度的要求，這是儀表型號選擇的重要條件。應(yīng)根據(jù)被測數(shù)據(jù)的范圍及測量過程中根據(jù)實際生產(chǎn)需要所允許的測量偏差要求選擇儀表型號。量程范圍的選擇影響著測量的精度，測量的精度直接影響測量數(shù)據(jù)的準確性。在選擇中應(yīng)按實際情況選擇在線儀表。如測量水質(zhì)參數(shù)時由于原水的濁度不穩(wěn)定且數(shù)值較高，因此可以采用高量程儀表，出廠水的濁度以北京地區(qū)為例基本控制在 0.3NTU 以下，為了取得更精準的數(shù)據(jù)應(yīng)選擇低量程儀表。其次是經(jīng)濟與精度的要求。一般來說測量數(shù)據(jù)的精度級別越高越好，但過高的精度則往往需要投入更大的建設(shè)成本，同時對供水管理來說并不會帶來更多的效益。許多在線儀表的建設(shè)投資都比較大，因此經(jīng)濟與精度的平衡也是在線儀表選擇的一個重要因素。如在原水預(yù)處理階段需要選擇在線水質(zhì)儀表測定余氯數(shù)據(jù)。

 

一般來說，在原水預(yù)處理水質(zhì)檢測過程中余氯數(shù)據(jù)精度要求不高，可以選擇電極法余氯檢測儀表。而在配水泵房則需要安裝比色法余氯儀表以保證實時精準的掌握出廠水余氯數(shù)據(jù)。再次在線儀表的選擇還要考慮運維成本，運維成本包括時間成本以及經(jīng)濟成本。時間成本可以理解為維護工作量，工作量越小在線儀表的故障臺時越短，對水廠運行影響越小。

 

比如在安裝濾池在線液位儀表時，一般從前期建設(shè)成本上考慮，選擇的都是靜壓式液位儀表。以某水廠為例在實際運行過程發(fā)現(xiàn)靜壓式儀表的傳感器探頭經(jīng)常被埋入砂層或碳層下面，在處理這類事件中往往需要將濾池先退出運行，再由人工下到砂面或碳面上將其挖出，調(diào)整好安裝位置后，要先對濾池進行反沖洗才能投入使用，整個處理過程不僅時間長，且無形中增加了其他濾池的運行負荷，從而對水廠的整體運行產(chǎn)生了影響。在后期改造過程中，該水廠將濾池上應(yīng)用靜壓式液位儀表全部更換為無需接觸的超聲波儀表。

 

經(jīng)濟成本取決于在線儀表的穩(wěn)定性及運行中的損耗，比如剛才講的電極法余氯儀和比色法余氯儀的運維成本就有很大的不同，電極法余氯儀表的常規(guī)維護一般情況下只需 6 個月更換電極棒內(nèi)的滲透膜及電解液即可，而比色法余氯儀表除每月的藥劑損耗外，每年還需要更換加藥管路等配件，所以比色法余氯檢測儀表的維護費用遠高于電極法余氯檢測儀表。

 

2、儀表的安裝調(diào)試要求

在線儀表基于其工作原理及內(nèi)外部構(gòu)造等方面的因素制約，對現(xiàn)場安裝調(diào)試工作及現(xiàn)場運行環(huán)境情況都有著嚴格的技術(shù)要求。如在安裝調(diào)試過程中沒有達到設(shè)備安裝的技術(shù)要求，會對在線儀表的正常運行產(chǎn)生影響，這種影響不僅體現(xiàn)在在線儀表的使用壽命上，更體現(xiàn)在所測數(shù)據(jù)的精準性和穩(wěn)定性上。因在線儀表供電方式一般為市電供電，在安裝過程中不僅需要做好防雷接地措施，也要做好對地絕緣工作。

 

除此之外，在壓力儀表的安裝調(diào)試過程中還做好管道的防凍保暖，防止因結(jié)冰而導致管道壓力增加造成的儀表損壞；在流量儀表的安裝中除了需確保流量傳感器前后管段為直管段外，根據(jù)儀表的安裝環(huán)境情況，有些安裝位置不方便檢修或檢修時影響生產(chǎn)的，應(yīng)建有用于檢修儀表的檢修井和跨越管道；在液位儀表安裝中還需要注意傳輸信號的屏蔽防護，特別是超聲波液位儀表對諧波干擾很敏感，安裝過程中可加入濾波器；在水質(zhì)分析儀表的安裝調(diào)試中需注意工作環(huán)境溫度、濕度及被測水樣的水環(huán)境的要求，通常應(yīng)使用專業(yè)的水質(zhì)儀表柜，且水質(zhì)儀表柜應(yīng)安裝在室內(nèi)，若現(xiàn)場條件不允許安裝在室內(nèi)，應(yīng)做好設(shè)備的防寒保暖工作。在安裝過程中，可結(jié)合實際情況將不同分析儀表進行組合應(yīng)用。

 

三、在線儀表的綜合應(yīng)用

隨著水處理技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)自動化水平的提高，在線儀表的應(yīng)用已不再局限于簡單的顯示測量數(shù)據(jù)，也開始逐漸參與到自動化控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用中。通過這些在線儀表的監(jiān)測運行人員可快速掌握全廠水壓、水量、水質(zhì)狀況，為優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度和節(jié)能降耗提供了可能，同時對水質(zhì)自動化及水量管理也帶來了技術(shù)支撐。下面簡單介紹目前一些在線儀表在供水管理中的應(yīng)用。

 

1、自動加藥系統(tǒng)

水廠的藥劑投加系統(tǒng)一般分為混凝劑投加系統(tǒng)、助凝劑投加系統(tǒng)、臭氧投加系統(tǒng)，消毒劑投加系統(tǒng)，酸堿投加系統(tǒng)及粉碳投加系統(tǒng)等。為了保證藥劑投加量的精準度，藥劑投加系統(tǒng)通常采用可編程控制器控制，利用在線流量計將進水量數(shù)據(jù)上傳至可編程控制器，可編程控制器根據(jù)設(shè)定好的投加率，結(jié)合進水量的數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時地精準藥劑投加。在一些生產(chǎn)自動化水平較高的水廠，在線水質(zhì)分析儀表也會參與到藥劑投加系統(tǒng)中，比如在次氯酸鈉投加系統(tǒng)中，在線水質(zhì)分析儀表余氯數(shù)據(jù)可以實時上傳至次氯酸鈉投加系統(tǒng)的可編程控制器，當檢測余氯數(shù)值高于預(yù)警值時，次氯酸鈉投加系統(tǒng)的可編程控制器可以根據(jù)程序設(shè)定，結(jié)合實時的進水量相應(yīng)的自動降低藥劑投加率，從而保證水質(zhì)指標合格。

 

2、Ⅴ型濾池自動運行系統(tǒng)

在Ⅴ型濾池自動運行系統(tǒng)中，濾池的液位數(shù)據(jù)起著至關(guān)重要的作用，濾池的整體運行是通過可編程控制器實現(xiàn)自動控制的，無論是正向過濾時還是反沖洗時，濾池各個閥門的開閉狀態(tài)，都是通過液位儀表實時地向可編程控制提供液位數(shù)據(jù)，從而對閥門狀態(tài)實現(xiàn)控制，保證濾池運行安全。

 

3、高密度澄清池排泥系統(tǒng)

高密度澄清池排泥系統(tǒng)的運行方式，是根據(jù)在線進水流量儀表向可編程控制器提供的流量數(shù)據(jù)，并結(jié)合人工設(shè)定的累計進水量和排泥時間，從而進行自動排泥的。為防止污泥回收池泥位溢流，往往在排泥系統(tǒng)中還將污泥回收池的在線液位儀表與高密度澄清池的控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)排泥泵與污泥回收池液位聯(lián)動的狀態(tài)，如當污泥回收池泥位超過預(yù)警時，排泥泵若處在運行狀態(tài)時，排泥泵應(yīng)自動停泵且在泥位未下降到安全泥位時排泥泵無法自動運行。

 

綜上所述，隨著自動化技術(shù)在水廠運行管理中的大量應(yīng)用，在線儀表作為自動化技術(shù)的感知層，它的作用也變得越來越重要，隨著傳感器及芯片技術(shù)的發(fā)展，在線儀表的精密度在提高，安裝環(huán)境的要求也在提高，調(diào)試工作隨著在線儀表功能的增強而變得復(fù)雜化，所以當進行在線儀表選型時及安裝調(diào)試時，要進行全方位的思考，既要滿足測量目的的要求，又要合理的進行成本控制，在精度、穩(wěn)定性、運維成本以及建設(shè)成本中尋找平衡點，從而保證水廠可以即安全又經(jīng)濟的生產(chǎn)運行。