外夾式超聲波流量計在汙水處理廠安裝注意事項

摘要₪╃·✘│：結合工作實踐•▩，介紹了外夾式超聲波流量計和超聲波明渠流量計在開封市東區汙水處理廠的安裝注意事項•▩，為類似流量計使用工程提供了參考↟✘•│。
流量計在汙水處理廠具有重要的作用•▩，汙水量│✘、汙泥量│✘、加藥量及風量都需要計量•▩，為執行提供依據•▩，指導生產•▩，出水流量計更兼有企業與政府結算依據的功能↟✘•│。開封市東區汙水處理廠設計規模為15×10 4m³/d•▩，2008年9月投入執行•▩，出水排放執行《汙水綜合排放標準》（GB8976-1996）二級標準•▩，2015年8月升級改造後出水排放執行《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準↟✘•│。改造前後處理水量及佔地面積不變•▩，排放方式由管道出水改為明渠排放•▩，相應的在流量計選擇上分別採用了外夾式超聲波流量計和超聲波明渠流量計↟✘•│。這兩種流量計在汙水處理廠都有廣泛的應用•▩，本文介紹了安裝使用過程中的注意事項•▩，以期為類似超聲波流量計使用工程提供參考↟✘•│。
1│✘、外夾式超聲波流量計
1.1 選型
對於管道流量的測量•▩，通常使用超聲波流量計和汙水流量計↟✘•│。在選型時•▩，技術和經濟是需要同時考慮的兩大因素↟✘•│。一般而言•▩，口徑小於DN800的採用汙水流量計•▩，口徑大於DN800的採用超聲波流量計↟✘•│。該廠出水管徑DN1800•▩，屬於大口徑•▩，因此確定採用外夾式超聲波流量計↟✘•│。
1.2 優勢
使用方便•▩，只需將探頭按規定方式夾在管道上就可以測量•▩，無需破管•▩，而且測量精度比較準確↟✘•│。
1.3 原理
測量系統基於時差法原理進行測量↟✘•│。超聲波訊號在兩個探頭間進行雙向傳播↟✘•│。探頭既是聲波訊號發生器•▩，也是聲波訊號接收器↟✘•│。順流方向上聲波的傳播速度高於逆流方向上聲波的傳播速度↟✘•│。因此•▩，會產生聲波訊號執行時間差•▩，該時間差與流體的流速成比例↟✘•│。基於聲波訊號執行時間差和管道橫截面積•▩，測量系統計算出流量↟✘•│。
1.4 設定
該廠選用德國某品牌超聲波流量計•▩，在安裝前需要在二次表中進行引數設定•▩，務必根據現場實際操作•▩，從而保證流量的準確↟✘•│。主要設定分為三大部分↟✘•│。
1.4.1 管道引數₪╃·✘│：包括材質(現場為碳鋼)│✘、直徑（這裡指外徑D1820•▩，可實際用直尺測量管道外周長•▩，現場取計量部門實測值1824mm）│✘、壁厚 （理論值14mm•▩，現場取計量部門實測值13.6mm）↟✘•│。
1.4.2 流體引數₪╃·✘│：包括介質（水）│✘、水溫（採用安裝設定時溫度•▩，考慮到當地年汙水水溫變化•▩，5月至9月可設定為25℃•▩，10月至次年4月設定為14℃）│✘、探頭距離或線長（系統自動計算資料）↟✘•│。
1.4.3 探頭引數₪╃·✘│：包括安裝方式（現場為外夾式）│✘、型號（現場為W-CL-1F-L-B）│✘、電纜長度（現場為 LEN.15m/45feet）↟✘•│。
1.5 安裝
外夾式超聲波流量計對安裝人員要求比較高•▩，安裝的好壞直接影響測量精度•▩，長時間執行後•▩，耦合劑失效•▩，或探頭位置改變都會影響測量•▩，需定期維護↟✘•│。
1.5.1 安裝條件₪╃·✘│：
a.要有足夠長的直管段•▩，安裝點上游直管段必須要大於10D(即18米)•▩，下游要大於5D（即9米）↟✘•│。該段管道上游距離為20米•▩，下游距離為11米•▩，滿足要求↟✘•│。
b.流體應充滿管道↟✘•│。該段管道一端連線二沉池集配水井•▩，另一端連線紫外消毒渠•▩，該段管道相當於處在兩個開口容器之間的U形管底部部位•▩，從而滿足滿流條件↟✘•│。
c.管道周圍要有足夠的空間便於現場人員操作↟✘•│。現場建有地下流量計井長6米•▩，寬4米↟✘•│。
d. 所選管段應避開電磁干擾這兩種對測量精度影響較大的情況↟✘•│。周圍是空地•▩，沒有大功率的變頻裝置•▩，二次表與探頭之間穿鋼管遮蔽↟✘•│。
1.5.2 安裝步驟₪╃·✘│：
a.根據引數設定時二次表中系統計算資料•▩，即探頭距離或線長進行定位↟✘•│。實際操作時取探頭距離較為簡單↟✘•│。探頭距離取探頭支架兩個銷子之間的距離較為合適•▩，是保證流量資料準確的重要因素↟✘•│。因為是水平管道•▩，要選擇管道軸面的水平方向•▩，避開頂部和底部•▩，從而消除氣泡和沉澱的影響↟✘•│。為了取得最好的訊號•▩，該廠採用Z法安裝•▩，超聲波在管道中直接傳輸•▩，沒有反射•▩，因而訊號衰減小↟✘•│。具體方法是•▩，先確定一個點•▩，按安裝距離在水平位置量出另一個點•▩，然後測出此點在管道另一側的對稱點•▩，安裝鋼帶↟✘•│。如圖1所示↟✘•│。

b.確定探頭位置之後•▩，把兩個安裝點±100mm 範圍內的區域清理乾淨•▩，除去一切鏽跡油漆•▩，使用砂紙將管道打磨至光亮平滑無蝕坑•▩，再用乾淨抹布蘸酒精擦去油汙和灰塵•▩，然後在探頭的中心部分和管壁上均勻塗上足夠的耦合劑•▩，務必使整個探頭面厚薄一致↟✘•│。將探頭貼於管外壁•▩，稍用力•▩，檢查探頭面•▩，酌情添補耦合劑•▩，再次貼於管外壁•▩，保證在探頭和管壁之間沒有空氣泡及沙礫•▩，然後把探頭緊貼在管壁上固定好↟✘•│。

1.5.3 安裝注意事項₪╃·✘│：

a.進口耦合劑價格較貴•▩，該廠嘗試使用優質黃油代替•▩，也取得了良好的效果↟✘•│。耦合劑的均勻塗抹及定期檢查更換是流量準確的重要保證•▩，否則會造成訊號逐漸衰減直至不能測量↟✘•│。

b.季節變化時•▩，鋼帶再緊•▩，在大管徑上使用•▩，也會產生鬆動•▩，從而造成測量誤差增大•▩，因此應定期緊固•▩，一年一次即可↟✘•│。

c.安裝完畢需要現場除錯↟✘•│。具體方法是₪╃·✘│：一人在井下緩慢微調探頭位置•▩，一人在井上觀察二次表訊號強度•▩，從而確定訊號強度最大的探頭位置↟✘•│。訊號強度越大•▩，變化範圍越小•▩，數字穩定時間越長•▩，流量就越準確↟✘•│。理論上訊號強度在30dB以上即可正常測量流量•▩，但實際使用過程中•▩，只有訊號強度達到45dB•▩，瞬時流量資料才能穩定•▩，不會出現資料突變現象↟✘•│。

d.探頭安裝時要注意方向↟✘•│。該廠流量計一度頻頻歸零•▩，起先找了很多原因•▩，如給流量計井做防水•▩，更換耦合劑等•▩，但是效果並沒有大的改善↟✘•│。結果是雖然頻頻更換耦合劑•▩，但二次表中訊號強度最好僅能達到44dB•▩，且訊號強度不穩定•▩，浮動較大•▩，導致流量不夠準確↟✘•│。有時甚至塗抹一次耦合劑只能正常顯示資料一天時間↟✘•│。後來發現一個探頭在兩根鋼帶內側•▩，另一個探頭在兩根鋼帶外側•▩，而兩個探頭應該同在兩根鋼帶內側•▩，如圖2所示↟✘•│。錯誤安裝方式的結果是聲波訊號接收效果不好↟✘•│。將安裝方式更改之後•▩，訊號強度最好能達到70dB•▩，並穩定在60-70dB之間•▩，從而保證了流量資料的準確性↟✘•│。

e.該廠流量計井後是紫外消毒渠•▩，暴雨情況下瞬時流量激增達到10000m³/h 以上•▩，紫外消毒渠出水堰板開啟不足•▩，導致出水不暢•▩，流量計量管道出現回水衝擊•▩，流量出現歸零現象•▩，可在設定中選擇雙向計數選項↟✘•│。但最終需解決出水問題↟✘•│。

2│✘、超聲波明渠流量計

2.1 選型

該廠改造後出水經二氧化氯消毒後直接排放•▩，為節省佔地•▩，出水明渠與接觸消毒池合建•▩，位於接觸池末端↟✘•│。消毒池出水經堰板跌水後透過2.3米的孔洞180°轉彎流入出水計量明渠↟✘•│。如圖3所示↟✘•│。採用巴式計量槽+超聲波液位計測定流量↟✘•│。

2.2 優勢

超聲波探頭不與水體接觸•▩，免受腐蝕和粘汙↟✘•│。巴式計量槽精度高•▩，水頭損失小•▩，不易沉積雜物↟✘•│。

2.3 原理

超聲波液位計與巴式計量槽配合使用•▩，超聲波探頭固定安裝在巴式計量槽水位觀測點位置的水面上方↟✘•│。巴式計量槽把明渠內流量的大小轉成液位的高低↟✘•│。流量計透過測量槽內的水位•▩，再按相應的水位流量關係反算出流量↟✘•│。

2.4 安裝注意事項

2.4.1 巴式計量槽安裝位置應根據現場條件實際選取↟✘•│。雖然計量槽的上下游直線段均符合設計手冊的規定•▩，但工程完工後•▩，計量槽上游液位波動非常大•▩，下游在水量大時會出現壅水現象↟✘•│。當上游水位波動劇烈時•▩，流量數值也隨之波動•▩，造成測量不準↟✘•│。經現場核算後•▩，透過減小消毒池出水渠至計量槽渠的過洞流速（流速由2.55m/s降為1.33m/s）│✘、加長巴式計量槽上游直線段長度（上游長度由6.28m增為7.8m）│✘、降低巴式計量槽後堰板高度(堰板高度降低0.4m•▩，實現自由出流)的辦法進行重新施工•▩，實現了出水流量的準確計量↟✘•│。

2.4.2 超聲波探頭應安裝在量程範圍內離巴式計量槽水面較高的位置↟✘•│。該廠雨季瞬時流量可能達到10000m³/h•▩，水量增大•▩，超過最大設計流量8125m³/h•▩，流量計出現失波報警•▩，從而導致計量不準↟✘•│。這是因為水位升高或有水花•▩，導致聲波進入盲區↟✘•│。將探頭垂直提高0.6米後•▩，保證了計量準確↟✘•│。

2.4.3 超聲波探頭應安裝在巴氏槽測量點的縱向中央•▩，空校值務必測量準確•▩，此值影響流量的準確↟✘•│。

結束語

超聲波流量計因其獨特的優勢有著廣泛的應用•▩，但為了達到準確測量流量的要求•▩，需要技術人員依據儀表說明書•▩，結合本廠實際情況•▩，不斷總結經驗•▩，從而充分發揮儀表的功能↟✘•│。