Máng đo lưu lượng - Nguyên lý thiết kế, chế tạo

PHƯƠNG PHẤP ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI QUA MÁNG CHẢY TRÀN

1 GIỚI THIỆU

Nếu muốn sử dụng một phương pháp gần đúng (nhưng rất đơn giản) để xác định lưu lượng dòng chảy, chúng ta sẽ đo vận tốc của một đối tượng nổi di động trên một đường thẳng của dòng chảy. Nếu chúng ta biết dạng hình học mặt cắt ngang của dòng chảy và đã xác định độ sâu của dòng chảy, chúng ta có thể tính lưu lượng dòng chảy. Từ các mối quan hệ Q = A × V, chúng ta có thể ước tính được Q. Vận tốc trung bình của dòng chảy khi đang chảy gần bằng thời gian qua của các đối tượng nổi dọc theo chiều dài đo được của dòng chảy.

Đây là một cách hữu ích để ước tính gần đúng cho lưu lượng dòng chảy trong nghiên cứu sơ bộ, tuy nhiên kỹ thuật này không thích hợp cho các phép đo định kỳ cần thiết trong hoạt động nhà máy xử lý nước thải. Bất kỳ nhà vận hành nước thải có kinh nghiệm nào cũng đều biết đo lưu lượng là một phần thiết yếu của xử lý nước thải. Quy trình riêng biệt được thiết kế cho các mức lưu lượng nhất định và điều chỉnh quá trình (ví dụ, thực hiện điều chỉnh về tốc độ bơm, mức độ khử trùng bằng clo, mưc độ sục khí ...) được dựa trên lưu lượng hiện tại của dòng chảy, và trong nhiều trường hợp, được kiểm soát bằng cách điều chỉnh lưu lượng dòng chảy. Đo lưu lượng chính xác là một yếu tố quan trọng để xác định chính xác, và ngăn ngừa các vấn đề hoạt động. Do đó, điều đó rất quan trọng đối với các nhà vận hành có nhiệm vụ điều hành nhà máy với hiệu suất tối ưu.

2 PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG

Một phương pháp đo lưu lượng, sử dụng công thức Q = AV. Khi sử dụng phương pháp này, chúng ta đo được vận tốc của dòng chảy và chiều rộng/chiều sâu mực nước của dòng chảy, sau đó sử dụng các công thức để tìm lưu lượng dòng chảy. Phương pháp này có thể được sử dụng trong bất kỳ vị trí mà bạn có thể đo diện tích mặt cắt ngang của nước và vận tốc.

Một phương pháp đơn giản được sử dụng để đo lưu lượng được gọi là và phương pháp làm đầy (fill) và phương pháp rút ra (draw). Thực hiện bằng cách đo lượng thời gian cần thiết để chuyển / bơm một khối lượng nước từ điểm này đến điểm khác, sử dụng các phương pháp làm đầy và rút ra vào bất kỳ vị trí mà sự thay đổi về khối lượng chất lỏng (hoặc chiều sâu) có thể đo được.

Từ các mô tả của hai kỹ thuật đo lường thô sơ vừa mô tả, chúng ta thấy rằng, ngay cả trong những trường hợp không đo được lưu lượng được cung cấp, một số phương pháp có thể được tìm thấy để đo hoặc ước tính lưu lượng dòng chảy. Tuy nhiên, phần lớn các nhà vận hành nước thải không đo dòng chảy bằng hai phương pháp này. Thay vào đó, nhà máy và quy trình xử lý hiện đại thường sử dụng các phương pháp the bucket và kỹ thuật stopwatch để thay thế các phương pháp khác, bao gồm các hệ thống điện tử phức tạp.

Có lẽ thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất để đo lưu lượng dòng chảy hở là đập tràn (weir), hình chữ nhật, đặt trong dòng để nước tràn lên phía sau và chảy qua nó Đối với các phép đo dòng chảy hở, đập tràn có thể được sử dụng cho các bể lắng hình chữ nhật và hình tròn. Đỉnh hoặc cạnh cho phép nước sạch của chảy qua các tấm đập và rơi tự do vào không khí. Trong đo lưu lượng, đo cột nước tĩnh tại khoảng cách đã được xác định phía sau một điểm hẹp (chỗ thu hẹp của dòng chảy hở), sau đó sử dụng cột nước tĩnh đó để tính toán lưu lượng, xác định lưu lượng sử dụng trong một bảng hoặc đồ thị. Một nhược điểm của một đập tràn là ở thượng nguồn của đập, nơi các chất rắn hữu cơ có thể lắng xuống gây ra mùi hôi.

Một thiết bị thường được sử dụng để đo dòng chảy trong dòng chảy hở là máng thủy lực (flume). một thiết bị đo máng thủy lực thông dụng nhất là Parshall. Trong phép đo lưu lượng, đo cột nước tĩnh tại khoảng cách đã được xác định phía sau điểm hẹp (phần cổ của máng), sau đó sử dụng các phép đo để tính toán dòng chảy, xác định lưu lượng bằng cách sử dụng một bảng hoặc đồ thị. Lợi thế của việc sử dụng máng Parshall là thiết kế và cấu trúc trơn mịn của nó thì chất rắn của nước thải không thể tập trung sau thiết bị.

Các lưu lượng kế venturi (một thiết bị trong đó dòng chảy phải đi qua một ống có đường kính nhỏ hơn) là một thiết bị tìm thấy trong các hệ thống đường ống, trong các hệ thống thu gom nước thải và nhà máy xử lý. Sự thay đổi áp suất xảy ra khi nước đi qua phần ống có đường kính nhỏ hơn là liên quan đến tốc độ dòng chảy qua các ống.

Máy đo từ tính (Magnetic meter) là một thiết bị thường được sử dụng để đo lưu lượng nguồn chất thải qua đường ống. Trong hoạt động, nước thải đi qua giữa các cực của một nam châm. Các dòng chảy tạo ra một dòng điện, đó là một phương pháp để đo. Số lượng dòng điện sinh ra là có liên quan đến số lượng dòng chảy.

3 TÍNH TOÁN ĐO DÒNG CHẢY

Trong khi sự thật rằng dòng chảy có thể được đo bằng điện tử hoặc bằng cách sử dụng nhiều bảng hay đồ thị, Người vận hành nước thải cần có kỹ năng trong việc tính toán dòng chảy. Ngay cả với việc sử dụng một biểu đồ hoặc đồ thị, thì việc chuyển đổi và tính toán thích hợp phải được thực hiện. Trong phần này, chúng tôi thảo luận về các tính toán cần thiết để xác định tỷ lệ lưu lượng dòng chảy đưa vào và lấy ra, đập hình tam giác, và máng Parshall. Chúng tôi cũng đưa ra một vài vấn đề ví dụ như tính toán dòng chảy đơn giản.

3.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH DÙNG CHO ĐẬP TAM GIÁC

Sử dụng biểu đồ/đồ thị và thực hiện chuyển đổi thích hợp, sau đó sử dụng các phương trình sau đây:

• Lưu lượng (Q), cfs = K X H2.5
• H = Cột nước tĩnh (feet)
  K= Hằng số liên quan đến các góc đập
• Đổi 22.50 đập tràn K = 0.497/Đổi 300 K = 0.676/Đổi 450 K = 1.035/Đổi 600 K= 1.443/Đổi 900 K = 2.500/Đổi 1200 K = 4.330

3.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHO MÁNG PARSHALL

Như với các đập tràn v-notch, tính toán dòng chảy qua máng thủy lực Parshall đòi hỏi việc sử dụng các biểu đồ / đồ thị và chuyển đổi thích hợp. Sau đó, các phương trình sau đây có thể được sử dụng.

(1) Đối với chều rộng cổ máng <12 "

• Lưu lượng (Q), cfs= K X Hn
• K = Hằng số liên quan đến chiều rộng cổ máng: 3"  K= 0.9920/ 6" 2.060/9" 3.070/
• n= hằng số mũ liên quan đến chiều rộng cổ máng: 3"  n= 1. 547- / 6" 1. 580 / 9" 1. 530

(2) Đối với chiều rộng cổ máng 1-8 ft

Lưu lượng (Q), cfs= 4 x W x H1,522     /L:  W = chiều rộng cổ   -  L=W0.026

6.3.5 THỰC HÀNH TÍNH TOÁN ĐO LƯU LƯỢNG

Các câu trả lời cho các ví dụ được cung cấp trong phần này được suy ra bằng cách sử dụng phương trình tiêu chuẩn Q = A x V, bao gồm cả những chuyển đổi thích hợp.

4 NHỮNG VẤN ĐỀ TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐO DÒNG CHẢY

Các nhà vận hành thường chịu trách nhiệm cho các vấn đề xử lý sự cố đo lưu lượng. Kinh nghiệm của chúng tôi thì cho rằng các vấn đề đo lưu lượng (các vấn đề với các phương pháp đo lưu lượng hoặc thiết bị được sử dụng) thường rơi vào hai loại:

(1) Giảm đột ngột hoặc tăng dòng chảy

(2) Đo lưu lượng sai hoặc không chính xác sử dụng một đập tràn.

Một số nguyên nhân có gây nên sự giảm đột ngột hoặc tăng dòng chảy. Ví dụ, vấn đề có thể được gây ra bởi sự tắc nghẽn do phao đo (nếu sử dụng). Vấn đề này được khắc phục bằng cách loại bỏ tắc nghẽn và/hoặc giữ phao luôn sạch không dầu mỡ. Thiết bị đo lưu lượng có thể trục trặc vì dòng không khí không đúng hoặc vì các thiết bị bị hư hỏng. Để điều chỉnh vấn đề này, các thiết bị nên được làm sạch, điều chỉnh dòng không khí, loại bỏ mỡ từ hệ thống. Trong thiết bị đo, các vấn đề có thể do sự tích tụ mỡ trên cuộn dây đo từ tính. Giải quyết vấn đề này thì đơn giản là loại bỏ sự tích tụ mỡ. Đập tràn bị tắc bởi các mảnh vỡ cũng có thể gây ra sự sụt giảm đột ngột dòng chảy. Để khắc phục vấn đề này, loại bỏ các mảnh vụn, và tăng tần số làm sạch đập. Đo lưu lượng không chính xác thì thường xuyên xảy ra trong sử dụng đập và cần phải được điều chỉnh.

Tổng hợp: ThS Nguyễn Hữu Tuyên – VINACEE Việt Nam