外夾式超聲波流量計在污水處理廠安裝注意事項

摘要：結(jié)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(qū)污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。
流量計在污水處理廠具有重要的作用，污水量、污泥量、加藥量及風(fēng)量都需要計量，為運(yùn)行提供依據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)，出水流量計更兼有企業(yè)與政府結(jié)算依據(jù)的功能。開封市東區(qū)污水處理廠設(shè)計規(guī)模為15×10 4m³/d，2008年9月投入運(yùn)行，出水排放執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8976-1996）二級標(biāo)準(zhǔn)，2015年8月升級改造后出水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)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都有廣泛的應(yīng)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，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)是需要同時考慮的兩大因素。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(guī)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(zhǔn)確。
1.3 原理
測量系統(tǒng)基于時差法原理進(jìn)行測量。超聲波信號在兩個探頭間進(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，會產(chǎn)生聲波信號運(yùn)行時間差，該時間差與流體的流速成比例?；诼暡ㄐ盘栠\(yùn)行時間差和管道橫截面積，測量系統(tǒng)計算出流量。
1.4 設(shè)置
該廠選用德國某品*超聲波流量計，在安裝前需要在二次表中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，務(wù)必根據(jù)現(xiàn)場實際操作，從而保證流量的準(zhǔn)確。主要設(shè)置分為三大部分。
1.4.1 管道參數(shù)：包括材質(zhì)(現(xiàn)場為碳鋼)、直徑（這里指外徑D1820，可實際用直尺測量管道外周長，現(xiàn)場取計量部門實測值1824mm）、壁厚 （理論值14mm，現(xiàn)場取計量部門實測值13.6mm）。
1.4.2 流體參數(shù)：包括介質(zhì)（水）、水溫（采用安裝設(shè)置時溫度，考慮到當(dāng)?shù)啬晡鬯疁刈兓?月至9月可設(shè)置為25℃，10月至次年4月設(shè)置為14℃）、探頭距離或線長（系統(tǒng)自動計算數(shù)據(jù)）。
1.4.3 探頭參數(shù)：包括安裝方式（現(xiàn)場為外夾式）、型號（現(xiàn)場為W-CL-1F-L-B）、電纜長度（現(xiàn)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，長時間運(yùn)行后，耦合劑失效，或探頭位置改變都會影響測量，需定期維護(hù)。
1.5.1 安裝條件：
a.要有足夠長的直管段，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，滿足要求。
b.流體應(yīng)充滿管道。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(dāng)于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于現(xiàn)場人員操作?，F(xiàn)場建有地下流量計井長6米，寬4米。
d. 所選管段應(yīng)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，沒有大功率的變頻設(shè)備，二次表與探頭之間穿鋼管屏蔽。
1.5.2 安裝步驟：
a.根據(jù)參數(shù)設(shè)置時二次表中系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)，即探頭距離或線長進(jìn)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，是保證流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)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，從而消除氣泡和沉淀的影響。為了取得*好的信號，該廠采用Z法安裝，超聲波在管道中直接傳輸，沒有反射，因而信號衰減小。具體方法是，先確定一個點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個點(diǎn)，然后測出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對稱點(diǎn)，安裝鋼帶。如圖1所示。

b.確定探頭位置之后，把兩個安裝點(diǎn)±100mm 范圍內(nèi)的區(qū)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(bǔ)耦合劑，再次貼于管外壁，保證在探頭和管壁之間沒有空氣泡及沙礫，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)口耦合劑價格較貴，該廠嘗試使用優(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(zhǔn)確的重要保證，否則會造成信號逐漸衰減直至不能測量。

b.季節(jié)變化時，鋼帶再緊，在大管徑上使用，也會產(chǎn)生松動，從而造成測量誤差增大，因此應(yīng)定期緊固，一年一次即可。

c.安裝完畢需要現(xiàn)場調(diào)試。具體方法是：一人在井下緩慢微調(diào)探頭位置，一人在井上觀察二次表信號強(qiáng)度，從而確定信號強(qiáng)度*大的探頭位置。信號強(qiáng)度越大，變化范圍越小，數(shù)字穩(wěn)定時間越長，流量就越準(zhǔn)確。理論上信號強(qiáng)度在30dB以上即可正常測量流量，但實際使用過程中，只有信號強(qiáng)度達(dá)到45dB，瞬時流量數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變現(xiàn)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，但是效果并沒有大的改善。結(jié)果是雖然頻頻更換耦合劑，但二次表中信號強(qiáng)度*好僅能達(dá)到44dB，且信號強(qiáng)度不穩(wěn)定，浮動較大，導(dǎo)致流量不夠準(zhǔn)確。有時甚至涂抹一次耦合劑只能正常顯示數(shù)據(jù)一天時間。后來發(fā)現(xiàn)一個探頭在兩根鋼帶內(nèi)側(cè)，另一個探頭在兩根鋼帶外側(cè)，而兩個探頭應(yīng)該同在兩根鋼帶內(nèi)側(cè)，如圖2所示。錯誤安裝方式的結(jié)果是聲波信號接收效果不好。將安裝方式更改之后，信號強(qiáng)度*好能達(dá)到70dB，并穩(wěn)定在60-70dB之間，從而保證了流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

e.該廠流量計井后是紫外消毒渠，暴雨情況下瞬時流量激增達(dá)到10000m³/h 以上，紫外消毒渠出水堰板打開不足，導(dǎo)致出水不暢，流量計量管道出現(xiàn)回水沖擊，流量出現(xiàn)歸零現(xiàn)象，可在設(shè)置中選擇雙向計數(shù)選項。但*終需解決出水問題。

2、超聲波明渠流量計

2.1 選型

該廠改造后出水經(jīng)二氧化氯消毒后直接排放，為節(jié)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2.3米的孔洞180°轉(zhuǎn)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測點(diǎn)位置的水面上方。巴式計量槽把明渠內(nèi)流量的大小轉(zhuǎn)成液位的高低。流量計通過測量槽內(nèi)的水位，再按相應(yīng)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(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件實際選取。雖然計量槽的上下游直線段均符合設(shè)計手冊的規(guī)定，但工程完工后，計量槽上游液位波動非常大，下游在水量大時會出現(xiàn)壅水現(xiàn)象。當(dāng)上游水位波動劇烈時，流量數(shù)值也隨之波動，造成測量不準(zhǔn)。經(jīng)現(xiàn)場核算后，通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）、降低巴式計量槽后堰板高度(堰板高度降低0.4m，實現(xiàn)自由出流)的辦法進(jìn)行重新施工，實現(xiàn)了出水流量的準(zhǔn)確計量。

2.4.2 超聲波探頭應(yīng)安裝在量程范圍內(nèi)離巴式計量槽水面較高的位置。該廠雨季瞬時流量可能達(dá)到10000m³/h，水量增大，超過*大設(shè)計流量8125m³/h，流量計出現(xiàn)失波報警，從而導(dǎo)致計量不準(zhǔn)。這是因為水位升高或有水花，導(dǎo)致聲波進(jìn)入盲區(qū)。將探頭垂直提高0.6米后，保證了計量準(zhǔn)確。

2.4.3 超聲波探頭應(yīng)安裝在巴氏槽測量點(diǎn)的縱向中央，空校值務(wù)必測量準(zhǔn)確，此值影響流量的準(zhǔn)確。

結(jié)束語

超聲波流量計因其獨(dú)特的優(yōu)勢有著廣泛的應(yīng)用，但為了達(dá)到準(zhǔn)確測量流量的要求，需要技術(shù)人員依據(jù)儀表說明書，結(jié)合本廠實際情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗，從而充分發(fā)揮儀表的功能。