外夹式超声波流量计在污水处理厂安装注意事项

摘要：结合工作实践，介绍了外夹式超声波流量计和超声波明渠流量计在开封市东区污水处理厂的安装注意事项，为类似流量计使用工程提供了参考。
流量计在污水处理厂具有重要的作用，污水量、污泥量、加药量及风量都需要计量，为运行提供依据，指导生产，出水流量计更兼有企业与政府结算依据的功能。开封市东区污水处理厂设计规模为15×10 4m³/d，2008年9月投入运行，出水排放执行《污水综合排放标准》（GB8976-1996）二级标准，2015年8月升级改造后出水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。改造前后处理水量及占地面积不变，排放方式由管道出水改为明渠排放，相应的在流量计选择上分别采用了外夹式超声波流量计和超声波明渠流量计。这两种流量计在污水处理厂都有广泛的应用，本文介绍了安装使用过程中的注意事项，以期为类似超声波流量计使用工程提供参考。
1、外夹式超声波流量计
1.1 选型
对于管道流量的测量，通常使用超声波流量计和污水流量计。在选型时，技术和经济是需要同时考虑的两大因素。一般而言，口径小于DN800的采用污水流量计，口径大于DN800的采用超声波流量计。该厂出水管径DN1800，属于大口径，因此确定采用外夹式超声波流量计。
1.2 优势
使用方便，只需将探头按规定方式夹在管道上就可以测量，无需破管，而且测量精度比较准确。
1.3 原理
测量系统基于时差法原理进行测量。超声波信号在两个探头间进行双向传播。探头既是声波信号发生器，也是声波信号接收器。顺流方向上声波的传播速度高于逆流方向上声波的传播速度。因此，会产生声波信号运行时间差，该时间差与流体的流速成比例。基于声波信号运行时间差和管道横截面积，测量系统计算出流量。
1.4 设置
该厂选用德国某品牌超声波流量计，在安装前需要在二次表中进行参数设置，务必根据现场实际操作，从而保证流量的准确。主要设置分为三大部分。
1.4.1 管道参数：包括材质(现场为碳钢)、直径（这里指外径D1820，可实际用直尺测量管道外周长，现场取计量部门实测值1824mm）、壁厚 （理论值14mm，现场取计量部门实测值13.6mm）。
1.4.2 流体参数：包括介质（水）、水温（采用安装设置时温度，考虑到当地年污水水温变化，5月至9月可设置为25℃，10月至次年4月设置为14℃）、探头距离或线长（系统自动计算数据）。
1.4.3 探头参数：包括安装方式（现场为外夹式）、型号（现场为W-CL-1F-L-B）、电缆长度（现场为 LEN.15m/45feet）。
1.5 安装
外夹式超声波流量计对安装人员要求比较高，安装的好坏直接影响测量精度，长时间运行后，耦合剂失效，或探头位置改变都会影响测量，需定期维护。
1.5.1 安装条件：
a.要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须要大于10D(即18米)，下游要大于5D（即9米）。该段管道上游距离为20米，下游距离为11米，满足要求。
b.流体应充满管道。该段管道一端连接二沉池集配水井，另一端连接紫外消毒渠，该段管道相当于处在两个开口容器之间的U形管底部部位，从而满足满流条件。
c.管道周围要有足够的空间便于现场人员操作。现场建有地下流量计井长6米，宽4米。
d. 所选管段应避开电磁干扰这两种对测量精度影响较大的情况。周围是空地，没有大功率的变频设备，二次表与探头之间穿钢管屏蔽。
1.5.2 安装步骤：
a.根据参数设置时二次表中系统计算数据，即探头距离或线长进行定位。实际操作时取探头距离较为简单。探头距离取探头支架两个销子之间的距离较为合适，是保证流量数据准确的重要因素。因为是水平管道，要选择管道轴面的水平方向，避开顶部和底部，从而消除气泡和沉淀的影响。为了取得最好的信号，该厂采用Z法安装，超声波在管道中直接传输，没有反射，因而信号衰减小。具体方法是，先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点，然后测出此点在管道另一侧的对称点，安装钢带。如图1所示。

b.确定探头位置之后，把两个安装点±100mm 范围内的区域清理干净，除去一切锈迹油漆，使用砂纸将管道打磨至光亮平滑无蚀坑，再用干净抹布蘸酒精擦去油污和灰尘，然后在探头的中心部分和管壁上均匀涂上足够的耦合剂，务必使整个探头面厚薄一致。将探头贴于管外壁，稍用力，检查探头面，酌情添补耦合剂，再次贴于管外壁，保证在探头和管壁之间没有空气泡及沙砾，然后把探头紧贴在管壁上固定好。

1.5.3 安装注意事项：

a.进口耦合剂价格较贵，该厂尝试使用优质黄油代替，也取得了良好的效果。耦合剂的均匀涂抹及定期检查更换是流量准确的重要保证，否则会造成信号逐渐衰减直至不能测量。

b.季节变化时，钢带再紧，在大管径上使用，也会产生松动，从而造成测量误差增大，因此应定期紧固，一年一次即可。

c.安装完毕需要现场调试。具体方法是：一人在井下缓慢微调探头位置，一人在井上观察二次表信号强度，从而确定信号强度最大的探头位置。信号强度越大，变化范围越小，数字稳定时间越长，流量就越准确。理论上信号强度在30dB以上即可正常测量流量，但实际使用过程中，只有信号强度达到45dB，瞬时流量数据才能稳定，不会出现数据突变现象。

d.探头安装时要注意方向。该厂流量计一度频频归零，起先找了很多原因，如给流量计井做防水，更换耦合剂等，但是效果并没有大的改善。结果是虽然频频更换耦合剂，但二次表中信号强度最好仅能达到44dB，且信号强度不稳定，浮动较大，导致流量不够准确。有时甚至涂抹一次耦合剂只能正常显示数据一天时间。后来发现一个探头在两根钢带内侧，另一个探头在两根钢带外侧，而两个探头应该同在两根钢带内侧，如图2所示。错误安装方式的结果是声波信号接收效果不好。将安装方式更改之后，信号强度最好能达到70dB，并稳定在60-70dB之间，从而保证了流量数据的准确性。

e.该厂流量计井后是紫外消毒渠，暴雨情况下瞬时流量激增达到10000m³/h 以上，紫外消毒渠出水堰板打开不足，导致出水不畅，流量计量管道出现回水冲击，流量出现归零现象，可在设置中选择双向计数选项。但最终需解决出水问题。

2、超声波明渠流量计

2.1 选型

该厂改造后出水经二氧化氯消毒后直接排放，为节省占地，出水明渠与接触消毒池合建，位于接触池末端。消毒池出水经堰板跌水后通过2.3米的孔洞180°转弯流入出水计量明渠。如图3所示。采用巴式计量槽+超声波液位计测定流量。

2.2 优势

超声波探头不与水体接触，免受腐蚀和粘污。巴式计量槽精度高，水头损失小，不易沉积杂物。

2.3 原理

超声波液位计与巴式计量槽配合使用，超声波探头固定安装在巴式计量槽水位观测点位置的水面上方。巴式计量槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。流量计通过测量槽内的水位，再按相应的水位流量关系反算出流量。

2.4 安装注意事项

2.4.1 巴式计量槽安装位置应根据现场条件实际选取。虽然计量槽的上下游直线段均符合设计手册的规定，但工程完工后，计量槽上游液位波动非常大，下游在水量大时会出现壅水现象。当上游水位波动剧烈时，流量数值也随之波动，造成测量不准。经现场核算后，通过减小消毒池出水渠至计量槽渠的过洞流速（流速由2.55m/s降为1.33m/s）、加长巴式计量槽上游直线段长度（上游长度由6.28m增为7.8m）、降低巴式计量槽后堰板高度(堰板高度降低0.4m，实现自由出流)的办法进行重新施工，实现了出水流量的准确计量。

2.4.2 超声波探头应安装在量程范围内离巴式计量槽水面较高的位置。该厂雨季瞬时流量可能达到10000m³/h，水量增大，超过最大设计流量8125m³/h，流量计出现失波报警，从而导致计量不准。这是因为水位升高或有水花，导致声波进入盲区。将探头垂直提高0.6米后，保证了计量准确。

2.4.3 超声波探头应安装在巴氏槽测量点的纵向中央，空校值务必测量准确，此值影响流量的准确。

结束语

超声波流量计因其独特的优势有着广泛的应用，但为了达到准确测量流量的要求，需要技术人员依据仪表说明书，结合本厂实际情况，不断总结经验，从而充分发挥仪表的功能。