外夾式超聲波流量計在污水處理廠(chǎng)安裝注意事項

摘要：結合工作實(shí)踐，介紹了外夾式超聲波流量計和超聲波明渠流量計在開(kāi)封市東區污水處理廠(chǎng)的安裝注意事項，為類(lèi)似流量計使用工程提供了參考。
流量計在污水處理廠(chǎng)具有重要的作用，污水量、污泥量、加藥量及風(fēng)量都需要計量，為運行提供依據，指導生產(chǎn)，出水流量計更兼有企業(yè)與政府結算依據的功能。開(kāi)封市東區污水處理廠(chǎng)設計規模為15×10 4m³/d，2008年9月投入運行，出水排放執行《污水綜合排放標準》（GB8976-1996）二級標準，2015年8月升級改造后出水排放執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。改造前后處理水量及占地面積不變，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采用了外夾式超聲波流量計和超聲波明渠流量計。這兩種流量計在污水處理廠(chǎng)都有廣泛的應用，本文介紹了安裝使用過(guò)程中的注意事項，以期為類(lèi)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
對于管道流量的測量，通常使用超聲波流量計和污水流量計。在選型時(shí)，技術(shù)和經(jīng)濟是需要同時(shí)考慮的兩大因素。一般而言，口徑小于DN800的采用污水流量計，口徑大于DN800的采用超聲波流量計。該廠(chǎng)出水管徑DN1800，屬于大口徑，因此確定采用外夾式超聲波流量計。
1.2 優(yōu)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(wú)需破管，而且測量精度比較準確。
1.3 原理
測量系統基于時(shí)差法原理進(jìn)行測量。超聲波信號在兩個(gè)探頭間進(jìn)行雙向傳播。探頭既是聲波信號發(fā)生器，也是聲波信號接收器。順流方向上聲波的傳播速度高于逆流方向上聲波的傳播速度。因此，會(huì )產(chǎn)生聲波信號運行時(shí)間差，該時(shí)間差與流體的流速成比例?；诼暡ㄐ盘栠\行時(shí)間差和管道橫截面積，測量系統計算出流量。
1.4 設置
該廠(chǎng)選用德國某品*超聲波流量計，在安裝前需要在二次表中進(jìn)行參數設置，務(wù)必根據現場(chǎng)實(shí)際操作，從而保證流量的準確。主要設置分為三大部分。
1.4.1 管道參數：包括材質(zhì)(現場(chǎng)為碳鋼)、直徑（這里指外徑D1820，可實(shí)際用直尺測量管道外周長(cháng)，現場(chǎng)取計量部門(mén)實(shí)測值1824mm）、壁厚 （理論值14mm，現場(chǎng)取計量部門(mén)實(shí)測值13.6mm）。
1.4.2 流體參數：包括介質(zhì)（水）、水溫（采用安裝設置時(shí)溫度，考慮到當地年污水水溫變化，5月至9月可設置為25℃，10月至次年4月設置為14℃）、探頭距離或線(xiàn)長(cháng)（系統自動(dòng)計算數據）。
1.4.3 探頭參數：包括安裝方式（現場(chǎng)為外夾式）、型號（現場(chǎng)為W-CL-1F-L-B）、電纜長(cháng)度（現場(chǎng)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(cháng)時(shí)間運行后，耦合劑失效，或探頭位置改變都會(huì )影響測量，需定期維護。
1.5.1 安裝條件：
a.要有足夠長(cháng)的直管段，安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D(即18米)，下游要大于5D（即9米）。該段管道上游距離為20米，下游距離為11米，滿(mǎn)足要求。
b.流體應充滿(mǎn)管道。該段管道一端連接二沉池集配水井，另一端連接紫外消毒渠，該段管道相當于處在兩個(gè)開(kāi)口容器之間的U形管底部部位，從而滿(mǎn)足滿(mǎn)流條件。
c.管道周?chē)凶銐虻目臻g便于現場(chǎng)人員操作?，F場(chǎng)建有地下流量計井長(cháng)6米，寬4米。
d. 所選管段應避開(kāi)電磁干擾這兩種對測量精度影響較大的情況。周?chē)强盏?，沒(méi)有大功率的變頻設備，二次表與探頭之間穿鋼管屏蔽。
1.5.2 安裝步驟：
a.根據參數設置時(shí)二次表中系統計算數據，即探頭距離或線(xiàn)長(cháng)進(jìn)行定位。實(shí)際操作時(shí)取探頭距離較為簡(jiǎn)單。探頭距離取探頭支架兩個(gè)銷(xiāo)子之間的距離較為合適，是保證流量數據準確的重要因素。因為是水平管道，要選擇管道軸面的水平方向，避開(kāi)頂部和底部，從而消除氣泡和沉淀的影響。為了取得*好的信號，該廠(chǎng)采用Z法安裝，超聲波在管道中直接傳輸，沒(méi)有反射，因而信號衰減小。具體方法是，先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)，然后測出此點(diǎn)在管道另一側的對稱(chēng)點(diǎn)，安裝鋼帶。如圖1所示。

b.確定探頭位置之后，把兩個(gè)安裝點(diǎn)±100mm 范圍內的區域清理干凈，除去一切銹跡油漆，使用砂紙將管道打磨至光亮平滑無(wú)蝕坑，再用干凈抹布蘸酒精擦去油污和灰塵，然后在探頭的中心部分和管壁上均勻涂上足夠的耦合劑，務(wù)必使整個(gè)探頭面厚薄一致。將探頭貼于管外壁，稍用力，檢查探頭面，酌情添補耦合劑，再次貼于管外壁，保證在探頭和管壁之間沒(méi)有空氣泡及沙礫，然后把探頭緊貼在管壁上固定好。

1.5.3 安裝注意事項：

a.進(jìn)口耦合劑價(jià)格較貴，該廠(chǎng)嘗試使用優(yōu)質(zhì)黃油代替，也取得了良好的效果。耦合劑的均勻涂抹及定期檢查更換是流量準確的重要保證，否則會(huì )造成信號逐漸衰減直至不能測量。

b.季節變化時(shí)，鋼帶再緊，在大管徑上使用，也會(huì )產(chǎn)生松動(dòng)，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(chǎng)調試。具體方法是：一人在井下緩慢微調探頭位置，一人在井上觀(guān)察二次表信號強度，從而確定信號強度*大的探頭位置。信號強度越大，變化范圍越小，數字穩定時(shí)間越長(cháng)，流量就越準確。理論上信號強度在30dB以上即可正常測量流量，但實(shí)際使用過(guò)程中，只有信號強度達到45dB，瞬時(shí)流量數據才能穩定，不會(huì )出現數據突變現象。

d.探頭安裝時(shí)要注意方向。該廠(chǎng)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，但是效果并沒(méi)有大的改善。結果是雖然頻頻更換耦合劑，但二次表中信號強度*好僅能達到44dB，且信號強度不穩定，浮動(dòng)較大，導致流量不夠準確。有時(shí)甚至涂抹一次耦合劑只能正常顯示數據一天時(shí)間。后來(lái)發(fā)現一個(gè)探頭在兩根鋼帶內側，另一個(gè)探頭在兩根鋼帶外側，而兩個(gè)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信號接收效果不好。將安裝方式更改之后，信號強度*好能達到70dB，并穩定在60-70dB之間，從而保證了流量數據的準確性。

e.該廠(chǎng)流量計井后是紫外消毒渠，暴雨情況下瞬時(shí)流量激增達到10000m³/h 以上，紫外消毒渠出水堰板打開(kāi)不足，導致出水不暢，流量計量管道出現回水沖擊，流量出現歸零現象，可在設置中選擇雙向計數選項。但*終需解決出水問(wèn)題。

2、超聲波明渠流量計

2.1 選型

該廠(chǎng)改造后出水經(jīng)二氧化氯消毒后直接排放，為節省占地，出水明渠與接觸消毒池合建，位于接觸池末端。消毒池出水經(jīng)堰板跌水后通過(guò)2.3米的孔洞180°轉彎流入出水計量明渠。如圖3所示。采用巴式計量槽+超聲波液位計測定流量。

2.2 優(yōu)勢

超聲波探頭不與水體接觸，免受腐蝕和粘污。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(guān)測點(diǎn)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。流量計通過(guò)測量槽內的水位，再按相應的水位流量關(guān)系反算出流量。

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(chǎng)條件實(shí)際選取。雖然計量槽的上下游直線(xiàn)段均符合設計手冊的規定，但工程完工后，計量槽上游液位波動(dòng)非常大，下游在水量大時(shí)會(huì )出現壅水現象。當上游水位波動(dòng)劇烈時(shí)，流量數值也隨之波動(dòng)，造成測量不準。經(jīng)現場(chǎng)核算后，通過(guò)減小消毒池出水渠至計量槽渠的過(guò)洞流速（流速由2.55m/s降為1.33m/s）、加長(cháng)巴式計量槽上游直線(xiàn)段長(cháng)度（上游長(cháng)度由6.28m增為7.8m）、降低巴式計量槽后堰板高度(堰板高度降低0.4m，實(shí)現自由出流)的辦法進(jìn)行重新施工，實(shí)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范圍內離巴式計量槽水面較高的位置。該廠(chǎng)雨季瞬時(shí)流量可能達到10000m³/h，水量增大，超過(guò)*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(jìn)入盲區。將探頭垂直提高0.6米后，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(diǎn)的縱向中央，空校值務(wù)必測量準確，此值影響流量的準確。

結束語(yǔ)

超聲波流量計因其獨特的優(yōu)勢有著(zhù)廣泛的應用，但為了達到準確測量流量的要求，需要技術(shù)人員依據儀表說(shuō)明書(shū)，結合本廠(chǎng)實(shí)際情況，不斷總結經(jīng)驗，從而充分發(fā)揮儀表的功能。