外夾式超聲波流量計(jì)在東區(qū)污水處理廠的應(yīng)用實(shí)踐，結(jié)合工作實(shí)踐，介紹了外夾式超聲波流量計(jì)和超聲波明渠流量計(jì)在開封市東區(qū)污水處理廠的安裝注意事項(xiàng)，為類似流量計(jì)使用工程提供了參考。流量計(jì)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(jì)量，為運(yùn)行提供依據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)，出水流量計(jì)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(jì)規(guī)模為 15×10 4 m 3 /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(jí)標(biāo)準(zhǔn)，2015 年 8 月升級(jí)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）上等 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(jì)選擇上分別采用了外夾式超聲波流量計(jì)和超聲波明渠流量計(jì)。這兩種流量計(jì)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(xiàng)，以期為類似超聲波流量計(jì)使用工程提供參考。

1 外夾式超聲波流量計(jì)
1.1 選型
對(duì)于管道流量的測(cè)量，通常使用超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)。在選型時(shí)，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)是需要同時(shí)考慮的兩大因素。一般而言，口徑小于 DN800 的采用電磁流量計(jì)，口徑大于 DN800 的采用超聲波流量計(jì)。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(jì)。
1.2 優(yōu)勢(shì)
使用方便，只需將探頭按規(guī)定方式夾在管道上就可以測(cè)量，無需破管，而且測(cè)量精度比較準(zhǔn)確。
1.3 原理
測(cè)量系統(tǒng)基于時(shí)差法原理進(jìn)行測(cè)量。超聲波信號(hào)在兩個(gè)探頭間進(jìn)行雙向傳播。探頭既是聲波信號(hào)發(fā)生器，也是聲波信號(hào)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(hào)運(yùn)行時(shí)間差，該時(shí)間差與流體的流速成比例。基于聲波信號(hào)運(yùn)行時(shí)間差和管道橫截面積，測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算出流量。
1.4 設(shè)置
該廠選用德國某品牌超聲波流量計(jì)，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(chǎng)實(shí)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(chǎng)為碳鋼)、直徑（這里指外徑D1820，可實(shí)際用直尺測(cè)量管道外周長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)取計(jì)量部門實(shí)測(cè)值1824mm）、壁厚 （理論值 14mm，現(xiàn)場(chǎng)取計(jì)量部門實(shí)測(cè)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(shí)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(zhǎng)（系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)）。
1.4.3 探頭參數(shù)：包括安裝方式（現(xiàn)場(chǎng)為外夾式）、型號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)為 W-CL-1F-L-B）、電纜長(zhǎng)度（現(xiàn)場(chǎng)為 LEN.15m/45feet）。
1.5 安裝
外夾式超聲波流量計(jì)對(duì)安裝人員要求比較高，安裝的好壞直接影響測(cè)量精度，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，耦合劑失效，或探頭位置改變都會(huì)影響測(cè)量，需定期維護(hù)。
1.5.1 安裝條件：
a.要有足夠長(zhǎng)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**渠，該段管道相當(dāng)于處在兩個(gè)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(chǎng)人員操作。現(xiàn)場(chǎng)建有地下流量計(jì)井長(zhǎng) 6 米，寬 4 米。
d. 所選管段應(yīng)避開電磁干擾這兩種對(duì)測(cè)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(shí)二次表中系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)，即探頭距離或線長(zhǎng)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?yàn)槭撬焦艿?，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(hào)，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(hào)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(cè)出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對(duì)稱點(diǎn)，安裝鋼帶。如圖 1 所示。
Z 法安裝
b.確定探頭位置之后，把兩個(gè)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(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(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(xiàng)：
a.進(jìn)口耦合劑價(jià)格較貴，該廠嘗試使用上等黃油代替，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(huì)造成信號(hào)逐漸衰減直至不能測(cè)量。
b.季節(jié)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(cè)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(chǎng)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(hào)強(qiáng)度，從而確定信號(hào)強(qiáng)度*大的探頭位置。信號(hào)強(qiáng)度越大，變化范圍越小，數(shù)字穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，流量就越準(zhǔn)確。理論上信號(hào)強(qiáng)度在 30dB 以上即可正常測(cè)量流量，但實(shí)際使用過程中，只有信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到 45dB，瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變現(xiàn)象。
d.探頭安裝時(shí)要注意方向。該廠流量計(jì)一度頻頻歸零，起先找了很多原因，如給流量計(jì)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(hào)強(qiáng)度*好僅能達(dá)到 44dB，且信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定，浮動(dòng)較大，導(dǎo)致流量不夠準(zhǔn)確。有時(shí)甚至涂抹一次耦合劑只能正常顯示數(shù)據(jù)**時(shí)間。后來發(fā)現(xiàn)一個(gè)探頭在兩根鋼帶內(nèi)側(cè)，另一個(gè)探頭在兩根鋼帶外側(cè)，而兩個(gè)探頭應(yīng)該同在兩根鋼帶內(nèi)側(cè)，如圖 2 所示。錯(cuò)誤安裝方式的結(jié)果是聲波信號(hào)接收效果不好。將安裝方式更改之后，信號(hào)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。
探頭安裝方式
e.該廠流量計(jì)井后是紫外**渠，暴雨情況下瞬時(shí)流量激增達(dá)到 10000m 3 /h 以上，紫外**渠出水堰板打開不足，導(dǎo)致出水不暢，流量計(jì)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(jì)數(shù)選項(xiàng)。但*終需解決出水問題。
2 超聲波明渠流量計(jì)
2.1 選型
該廠改造后出水經(jīng)二氧化氯**后直接排放，為節(jié)省占地，出水明渠與接觸**池合建，位于接觸池末端。**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(jì)量明渠。如圖 3 所示。采用巴式計(jì)量槽+超聲波液位計(jì)測(cè)定流量。
巴式計(jì)量槽示意圖
2.2 優(yōu)勢(shì)
超聲波探頭不與水體接觸，免受腐蝕和粘污。巴式計(jì)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(jì)與巴式計(jì)量槽配合使用，超聲波探頭固定安裝在巴式計(jì)量槽水位觀測(cè)點(diǎn)位置的水面上方。巴式計(jì)量槽把明渠內(nèi)流量的大小轉(zhuǎn)成液位的高低。流量計(jì)通過測(cè)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(xiàng)
2.4.1 巴式計(jì)量槽安裝位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件實(shí)際選取。雖然計(jì)量槽的上下游直線段均符合設(shè)計(jì)手冊(cè)的規(guī)定，但工程完工后，計(jì)量槽上游液位波動(dòng)非常大，下游在水量大時(shí)會(huì)出現(xiàn)壅水現(xiàn)象。當(dāng)上游水位波動(dòng)劇烈時(shí)，流量數(shù)值也隨之波動(dòng)，造成測(cè)量不準(zhǔn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核算后，通過減小**池出水渠至計(jì)量槽渠的過洞流速（流速由 2.55m/s 降為 1.33m/s）、加長(zhǎng)巴式計(jì)量槽上游直線段長(zhǎng)度（上游長(zhǎng)度由 6.28m 增為 7.8m）、降低巴式計(jì)量槽后堰板高度(堰板高度降低 0.4m,實(shí)現(xiàn)自由出流)的辦法進(jìn)行重新施工，實(shí)現(xiàn)了出水流量的準(zhǔn)確計(jì)量。 [3]
2.4.2 超聲波探頭應(yīng)安裝在量程范圍內(nèi)離巴式計(jì)量槽水面較高的位置。該廠雨季瞬時(shí)流量可能達(dá)到 10000m 3 /h,水量增大，超過*大設(shè)計(jì)流量 8125 m 3 /h，流量計(jì)出現(xiàn)失波報(bào)警，從而導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)。這是因?yàn)樗簧呋蛴兴?，?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(jì)量準(zhǔn)確。
2.4.3 超聲波探頭應(yīng)安裝在巴氏槽測(cè)量點(diǎn)的空校值務(wù)必測(cè)量準(zhǔn)確，此值影響流量的準(zhǔn)確。
結(jié)束語
超聲波流量計(jì)因其*的優(yōu)勢(shì)有著廣泛的應(yīng)用，但為了達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)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(shí)際情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而充分發(fā)揮儀表的功能。