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浅谈污水处理厂计量监测仪表的配置和管理
[导读] 本文阐述了在污水处理工艺流程的每个环节中，应怎样合理配置工艺和设备所需仪表；主要仪表的安装调试应注意的事项；以及保证仪表正常运行，应建立的计量、校准体系和仪表的管理手段。
&&&&& 随着城市经济的发展，无论是生活污水量还是工业污水量都越来越大。因此，国家加强了对水环境治理的投资，各城市大大小小的污水处理厂，象雨后春笋不断建成投运，从而改善我们所处的生态环境。怎样保证污水处理设备、工艺的正常运行；保证污水处理的水质、水量达到国家排放标准，这就对计量检测仪表的配置和管理提出了新的要求。主要体现在以下几个方面：企业改制加强内部核算，以及环保部门进出水水质水量的监视，需合理配置进出水，进出水；污水处理普遍实现了，对检测仪表的性能提出了更高的要求；高稳定性和较低的维护量，对提出安全防护的要求；企业全面质量管理，要求建立必须的检定、校准系统，使现场为数较多、而对重要设备起着监控作用的仪表，确保周期检定，保证正确的量质传递。本文根据本人多年来从事污水处理厂计量检测仪表的选型、维护和配置、管理谈一些体会，以供同行参考。
&&&&& 根据工艺流程和工厂管理的需要，如何配置多级流量计量仪表，保证进、出水水量的准确计量，以及工艺流程中流量参数的需求。
&&&&& 1.1 进水流量计的配置
&&&&& 目前测量液体的流量计主要有：；超声波多普勒流量计；明渠流量计等。污水处理厂进水流量计，一般安装在污水泵房到沉沙池之间的管道上。由于管道内的污水要压到初次沉砂池上，因此管道内有一定的静压。这样就排除了明渠流量计的选用。电磁流量计的特点是精度高，稳定性好。但是他的安装较难，不能在线安装，必须在空管的情况下安装。标定必须送到生产厂家，或由国家指定的开封流量计厂标定。超声波多普勒流量计的特点是精度高，易于安装，而且可以在不影响生产的情况下在线安装。但是稳定性相对于电磁流量计较差。进水流量不仅对工艺十分重要，有的厂还作为结算的依据。在选型上首先要考虑精度和稳定性。两种流量计比较之下，选用电磁流量计为最佳选择。选用电磁流量计仪表时，在同类产品中要尽量选用精度高、性能好仪表。这样由于安装条件及工艺条件限制，实际精度降低后还能满足使用要求。同时可以弥补一些标定的困难。电磁流量计直管段和最低流速的要求也不是很高，一般的污水处理厂基本能满足，最低流速的要求。选用高精度的仪表其中还有一个好处，一个10万吨规模的污水处理厂，在这一段管道上的管径一般都设置两根直径1米左右的管道。大口径的在安装后存在拆卸困难，无法再次标定，精度保证只有依靠生产厂家出厂的标定结果。而高档次仪表的生产厂都具有高质量、高精度的标定装置，标定结果相对可靠。这些标定数据要长期在生产运行中作为流量计量的依据。目前国内外大公司所生产的高精度智能型的电磁流量计可测流速范围在0.2~12m/s。基本上都能满足进水流量测量的需要。
&&&&& 1.2 出水流量计的选型
&&&&& 出水流量计的选型原则上与进水流量计是一样的。如果出水工艺流程中不是管道，而是明渠，可选用进口的高精度的超声波明渠流量计。选用明渠流量计，不仅对仪表的精度、性能、稳定性有要求。同时对不同明渠具体堰槽的制作精度要求也非常高。因为无论采用哪一种堰槽，最终流量Q的大小由水位的高度h来确定的。其函数关系是Q=f（h）。出水的瞬时流量和累积流量，通过数据传送系统传到环保部门，由环保监测部门进行24小时监视。可见进出水流量计的选型的重要性。
&&&&& 1.3 工艺流程中流量计的选型
&&&&& 在污水处理工艺流程中，污泥的流量，沼气流量以及供氧曝气系统中压缩空气的流量，对工艺运行都具有重要意义。初沉污泥和活性污泥流量的测量一般选用稳定性好，精度较高的电磁流量计。考虑到被测介质污泥的浓度和粘度，以及泥泵不是连续运行，导致电磁流量计内壁结垢。因此，在选型时要考虑带清洗功能的电磁流量计。定期进行清洗，保证测量准确。
&&&&& 沼气和压缩空气的流量的测量一般选用差压式流量计，如威力巴（VERABAR）流量计，ITABAR流量计。这两种仪表都是插入式安装，可在带压情况下拆卸维护检查，不影响风机和压缩机运行。考虑到节流元件的差压信号比较小，约在几个mmH2O到几十个mmH2O之间。必要时，在保证满足前后直管段的情况下，可采取渐缩管道的方法，提高流速，增大差压信号。另外，选择适当的微差压对准确的测量也是十分必要的，建议选用国外高精度的（0.5%）微差压变送器。在进行气体流量测量时，需要进行温度和压力补偿。当工艺管道内温度和压力变化不大时，在满足测量准确度的情况下，可以在流量集算仪中输入一个固定的温度和压力值进行补偿。一个精度高，稳定性好的气体流量测量系统，对鼓风曝气系统节约电能，降低运行成本，起作积极的作用。
&&&&& 根据不同的工艺情况，和不同结构的污水、污泥池，合理选用液位计。
&&&&& <FONT color=#.1 开放式水池液位计的配置
&&&&& 液位计不仅要对各种水池的液位变化进行测量，同时还要根据液位的变化，控制泵阀的启、停。在污水处理厂，进水粗格栅栅前、栅后液位差的测量，污水泵房的集水井，初沉污泥池、重力浓缩池、气浮池、这些开放式的水池，选用超声波液位计是最佳选择。超声波液位计精度比较高，稳定性也比较好，在整个测量过程中探头不与被测介质接触。在选型时，量程的选择要考虑超声波信号的衰减特性，量程选择略比实际量程大一点。由于超声波在空气中传播的速度与温度有关，应考虑温度补偿。安装调试时要注意以下几点：
&&&&& ① 安装时要考虑测量信号盲区问题，正确确定液位计的定位高度。&&&&& ② 发射角内不能有干扰物体，否则产生错误的超声回波。&&&&& ③ 料位应用上要特别注意。对于液态、快速变化的液态、细粒固态等物面，设定的参数是不一样的。
&&&&& 特别要注意的是象初级污泥池，本来是液态污泥，由于此处的搅拌器只是断断续续搅拌，造成液面形成干泥，而干泥下面则是液态污泥。在这种情况下，料位参数设置应选用细粒固态，这样测量就相对准确一些。
&&&&& 2.2 消化池液位计的配置
&&&&& 消化池泥位的测量数据，对于工艺来说是一个至关重要的数据。而消化池是密闭的大型容器，内部又有相当数量的沼气搅拌管。由于沼气搅拌，泥面产生大量的泡沫。在这种情况下则不能选择超声波液位计测量。其原因是：
&&&&& ① 无论超声波探头安装在池顶哪个位置，超声波信号的发射角内都有大量的搅拌管，即便采取固定目标抑制手段，测量误差都会很大。&&&&& ② 由于沼气搅拌产生的大量泡沫，吸收大量的超声波能量，导致信号严重衰减，不能正常测量。&&&&& ③ 消化池内气体主要有甲烷、硫化氢、一氧化碳等，每一种气体所占的比例又不一样。而超声波在同一温度下，在不同的气体中传播的速度是不一样的，这样就很难确定消化池内超声波传播的速度。根据消化池的具体情况，采用差压式液位计测液位能保证稳定性好，成本低，精度高，信号便于远传等优点。
&&&&& 采用电容式差压液位计，由于消化池是密闭容器，容器底部压力等于液面高度乘以液体比重再加上密闭容器内气体的压力。为了测得真正的液位，应从测得的容器底部压力中减去容器内气体的压力。为此，在容器顶部开一个取压口，并将它接到变送器的低压侧。这样容器中液位产生的压力和气体所产生的压力就同时作用于变送器的高低压侧。所得到的差压就正比于液面高度和液体的比重的乘积了。差压变送器的正压测量点，选择在工艺所需液位的最低点下面。负压测量点选择在池顶。在负压端引压处，要根据具体情况采取相应的措施避免冷凝水存在。负压端引压是从池顶部引压，在实际情况中因季节性气温变化，在引压管内要沉积冷凝水。要考虑冷凝水的排放问题。为此，应增加了冷凝水排放装置。根据季节变化定期进行排放，这样确保负压端无冷凝水产生的压头，确保测量准确。
&&&&&&在线水质分析仪表的配置
&&&&& 在污水处理的整个流程中，根据不同工艺的要求，需配置一些。如：溶解氧测试仪（DO）、酸碱度测试仪（）、污泥浓度测试仪（SS）、氧化还原电位测试仪（ORP）、测试仪、氨氮测试仪（NH4+-N）等等。
&&&&& 3.1 进水的配置
&&&&& 在进水处，应配置PH计和氨氮测试仪（NH4+-N），以便工艺人员针对进水水质采取相应的控制调节手段。
&&&&& 3.2 生物处理池的配置
&&&&& 生物处理池是污水处理厂中重要的工艺设施。在该池进行生化处理时，溶解氧的测量是至关重要的。它显示鼓风机对生物处理池中微生物的供氧量。溶解氧直接参与对供氧设施的自动控制。可见溶解氧值的准确性直接影响供氧设备的调节。供氧设备的能耗约占全厂能源消耗的一半。因此，溶解氧的选型要特别谨慎。十多年来，我用过薄膜式和开放式电极两种溶解氧测定仪。根据多年的使用经验，认为开放式电极的是最佳的选择。这种仪表稳定性好，带自清洗功能，人工维护量小，便于校准。校准采用倾水饱和法进行定期校准。电极和磨石要定期清洗及更换。由于工艺的需要，在生物处理池还要进行污泥浓度的测量。根据污泥量的大小调节所需的回流污泥量以满足工艺运行的需要。污泥浓度采用污泥浓度仪测量。其测量原理为复合多光束红外线在水中散射光的强度，换算出水的浓度。这类仪表国外已有很成熟的产品。它与溶解氧一样稳定性好，带自清洗功能，便于校准。校准方法采用与已知浓度进行比较的方法。
&&&&& 3.3 出水口处的配置
&&&&& 出水口处，一般选择在接触池出口配置在线COD仪和NH4+-N测定仪。这是对污水处理厂出水水质是否达到国家规定的排放要求的监测，通过GPS数据传送系统传到环保监测部门，由环保监测部门进行24小时监视。
&&&&& 整个污水处理所用的在线水质分析仪表，国外在研制生产上比国内要早一些，技术也要成熟一些。为了保证正确的测量，特别是工艺要求很高的仪表，在选型时应考虑国外名牌产品。另外，在选型时要注意量程、精度、使用条件等主要参数，以及考虑耗材备件是否易购，保证仪表可持速使用。
&&&&& 4. 配置仪器仪表必须考虑必要的安全防护手段
&&&&& 在配置污水处理仪器仪表时，必须考虑到安全防护手段。污水处理环境比较恶劣，现场仪表一些在井下，一些在露天的水池上，更有些浸泡在污水里。井下仪表和浸泡在污水里的仪表防护等级应选IP68；水池上的仪表选IP65。仪表变送器的电源和传送信号到 的输出端应接防雷器，保证系统的安全可靠性。特别是在泥区的仪表，由于泥区内有可能产生沼气泄漏。仪表配置应选用本安型仪表，在进行电器连接时应与安全栅组成本爆系统。而且安全栅和电源置于安全区。安全栅在选型时一定要注意是否有防爆合格证。
&&&&& 5. 按企业质量管理体系的要求，建立健全必要的检定、校准系统，保证正确的量质传递
&&&&& 5.1 建立必要的计量检定系统
&&&&& 近年来，各企事业单位，为了扩展自己的生存空间，相继通过ISO9000质量认证考核。2002 年我们本着既节约运行成本，又能顺利通过ISO9000 质量认证考核，同时也提高我厂计量水平这一目的。根据我厂仪器仪表的数量，技术含量，建立三个企业内部计量检定标准。经成都市技术监督局考核通过，取得证书。力学方面建立“0.05 级二等活塞式压力计检定标准”、“0.025 级压力（差压）变送器计量标准”。温度方面建立“0.02 级温度变送器计量检定标准”。在整个污水处理工艺流程中；在污水处理的大型设备上；这三个标准能覆盖的两百多只仪表，全部按国家检定规程要求，进行周期检定。这样既增强了现场仪表的可靠性，又能节约一笔可观的检定经费。去年成都市又建成三个污水处理厂，并且全部由我们管理这就意味着这三个标准覆盖的范围更大了。我们三个标准的标准器及配套设备，按标准器考核的要求定期送到中测院或市计量测试研究所检定。
&&&&& 5.2 建立校准系统，制定科学的校准方法
&&&&& 按质量认证的要求，未开展检定的仪表都应检定或校准。对于为数较少的仪表，从送检费用和建标成本两方面考虑，我们选择送当地计量测试所检定。还有相当一部分仪表，本地计量机构未开展检定工作。而在污水处理中又起着非常重要的作用。如，各类液位计，流量计等。我们根据仪表说明书，结合生产工艺的需要，针对不同仪表的技术要求，编制具体的校准方法。校准方法的内容包括：适用范围、外观检查、校准步骤、校准结果处理、校准周期。属于校准的仪表严格按校准方法进行周期校准。
&&&&& 6. 建立健全检定、校准、测试、维护保养一体化管理制度
&&&&& 从进水到出水整个工艺过程配置好仪表以后，怎样使仪表正常运行，充分发挥测量、控制的作用。需要切实有效的制度来保证。为此我们制定了实验室管理制度、周期检定（校准）制度、岗位责任制度、计量标准及现场仪表的维护保养制度。这些制度覆盖了全厂仪表的维护保养、巡视检查、周期检定、周期校准等内容，并且责任落实到人头。正是有了这些切实可行的制度，十多年来我们仪器仪表的完好率一直保持在90%以上。
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智能电能表常见运行故障原因分析
&&& 摘要：本文介绍智能电能表运行中常发生的黑屏、乱码、电量无法抄读、电池欠压、走字快、电量数据突变等故障，分析、总结造成运行智能电能表故障的原因，旨在减小智能电能表运行故障率。
&&& 0 引言
&&& 随着智能电网的不断发展，智能电能表的应用越来越广泛，在电能计量工作中时常遇到各种类型的智能电能表运行故障。本文以多起智能电能表的运行故障为例，分析智能电能表故障原因并提出相应解决方法。
&&& 1 黑屏
&&& 黑屏即上电无显示，在现场运行智能电能表故障中出现最多。拆除黑屏表计进行检测，可发现黑屏表计DCDC小板上C2位置电容损坏，或电源板上稳压芯片被击穿，或UN零线脱落的情况。分析认为导致表计黑屏的故障原因有：线路上瞬间过电压（如雷击、电网波动等）或复杂运行环境产生的高次谐波引起电容损坏和稳压芯片被击穿；未按工艺流程操作，造成焊点虚焊、零线脱落。
&&& 2 乱码
&&& 乱码指智能电能表的液晶屏显示出现缺笔画的现象。产生乱码的可能原因有智能电能表的液晶管脚虚焊或智能电能表安装在户外受到太阳高温辐射。某公司三相智能电能表液晶屏显示正向有功总电量为702 610. 88kW&h，正向有功尖电量为700 451. 96kW&h，正向有功峰电量为700 987. 42kW&h，正向有功平电量为700 551. 59kWh，正向有功谷电量为700 619. 91kW&h。正常情况下，正向有功总电量＝正向有功尖电量＋正向有功峰电量＋正向有功平电量＋正向有功谷电量，然而该等式在该公司不成立。该三相智能电能表液晶屏显示条码号后8位为，而铭牌上条码号后8位为，因此可初步判断该三相智能电能表液晶屏的显示出现了缺笔画，本应为&0&，却显示为&7&，即出现了乱码故障。在现场用抄表器抄读电量，正向有功总电量为002 610.88，正向有功尖电量为000 451. 96，正向有功峰电量为000 987.42，正向有功平电量为000 551. 59，正向有功谷电量为000 619.91，抄表器抄读电量正向有功总电量＝正向有功尖电量＋正向有功峰电量＋正向有功平电量＋正向有功谷电量，进一步证明&乱码&故障判断是正确的。分析认为，导致此故障的主要原因是该三相智能电能表安装在户外，长期受到太阳高温辐射。
&&& 3 电量无法抄读
&&&&& &电量无法抄读&故障一般是指智能电能表液晶屏左下角显示&&&符号（功率反向提示符），正向有功总电量读数为零，反向有功总电量为非零读数。经查，导致&电量无法抄读&故障的主要原因是表计接线错误，而真实用电量即为接线错误智能电能表抄读到的反向有功总电量。纠正错误接线后，表计能恢复正常计量。
&&& 4 电池欠压
&&& 单相和三相智能电能表都装有设计在表计内部的时钟电池，用来给内部时钟芯片供电。三相智能电能表还装有设计在表计面板编程小门内部的停电抄表电池。当智能电能表出现电池欠压故障时，表计报警灯常亮，液晶屏上显示或符号。若显示符号，则为时钟电池欠压，由于时钟电池安装在表计内部，不能拆除厂家铅封，因此若该表计执行峰、谷、平分时电价，则需联系生产厂家到现场更换时钟电池。若显示符号，则为停电抄表电池欠压，可在现场进行处理，方法是拆除表计面板上的小门封印，打开小门，取出电池，用直流电压表测量电池&＋& &－&极间电压，若电压符合要求则将电池重新装人并调整位置，使其接触良好，若电压低于额定值则更换电池。
&&& 5 走字快
&&& 某用户单相智能电能表电量突增，经现场校验仪检测该表计误差合格。拆回该表计进行试验室检定，该表计合格，但校前起数为4 505. 21kW&h，校后止数为4 512.32kW&h，即整个检定过程走了7. 111kW&h电量，而通常检定一只单相智能电能表仅走1kW&h左右。经确认，该表计为走字快故障。
&&& 分析认为，该表计CPU供电电压明显高于设计的5V电压，造成了12C线路读写数据异常。进一步检查表计供电电源，发现表计供电回路C2电容损坏。造成电容损坏的可能原因有：电网波动或遭电网雷击出现的瞬间高电压；复杂用电坏境导致的高次谐波。
&&& 6 电量数据突变
&&& 案例一：某用户智能电能表显示的电量为935kW&h（如图1所示），不正确。智能电能表的电量显示格式应为6位整数位、2位小数位。使用抄表器抄读正确的电量为935. 94k&h。
&&& 案例二：某公司反映所用的三相智能电能表电量突增。用现场校验仪检测该表计误差合格；用抄表器抄读该表计内部存储的正向有功总、尖、峰、平、谷电量，并计算正向有功尖、峰、平、谷电量之和（即计算正向有功总电量），见表1。
&&& 由表1可知，在2014年9月前，正向有功尖、峰、平、谷电量之和等于正向有功总电量，表计计量正常；在2014年9月后，正向有功尖、峰、平、谷电量之和明显小于正向有功总电量，即正向有功总电量异常。
&&& 分析以上两个案例后认为，智能电能表内部程序设计存在缺陷，在受到外部干扰时，错误数据写人存储器，造成电量数据突变。
&&& 7 综合分析
&&& 智能电能表是多功能意义上的电能表，在电能计量基础上重点扩展了信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，可满足电能计量、营销管理、客户服务的需求，但是主要功能仍是电能计量，必须保证准确性和稳定性。鉴于此，除了充分利用电能采集系统，加强对智能电能表运行状况及异常事件的监测外，还要分析运行智能电能表发生故障的原因，并积极采取各种改进措施。
&&& 根据运行智能电能表故障案例分析，总结出造成表计故障的主要原因。
&&& （1）运行环境影响，包括电磁干扰、谐波、高电压、雷击、静电放电、温湿度超标、高频电磁场及电快速瞬变脉冲群等影响。
&&& （2）元器件质量差，包括电池、CPU、液晶屏、继电器、压敏电阻、电容、计量芯片、稳压芯片、时钟芯片、晶振、485光祸二极管、载波通信模块等元器件。
&&& （3）软件故障，包括死机、电量显示突变、时钟错误等故障。
&&& （4）工作质量问题，包括表计厂家焊接工艺水平不达标，造成脱焊、虚焊等质量问题及供电公司表计安装接线错误。
&&& 针对以上故障原因，可采取以下措施。
&&& （1）加强元器件选型，使智能电能表在极端运行环境下仍能正常运行。
&&& （2）加强软件检测，使智能电能表软件具有防错、抗干扰能力。
&&& （3）加强工作质量监管，对智能电能表内部装配质量和现场安装质量进行有效监督和考核。
&&& 8 结束语
&&& 国家电网公司在2014年相继出台了《国家电网公司电能表质量监督管理办法》和《国家电网公司电能表质量管控办法》，要求对电能表全过程进行质量监督管理，有效防范和控制电能表质量风险，使智能电能表在确保准确计量的基础上，充分发挥其智能化水平，为用电需求侧管理服务。
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