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一種超聲波流量計在汙水計量中的應用

發布日期:2018-07-27 17:58:53  來源:  作者:  瀏覽次數:
【導讀】: 摘要:結合具體項目中的應用經驗,簡要介紹了一種新型國產超聲波流量計的測量原理、係統構成、性能指標及安裝要求。實際應用表明,該超聲波流量計能夠克服常用流量計量程範......

 摘要:結合具體項目中的應用經驗,簡要介紹了一種新型國產超聲波流量計的測量原理、係統構成、性能指標及安裝要求。實際應用表明,該超聲波流量計能夠克服常用流量計量程範圍窄、精度較低,及進口超聲波流量計價格高、安裝條件苛刻及售後服務不及時等缺點,具有運行穩定、安全、準確度高、操作簡單等優點,特別適合高精度要求下的終端用戶貿易結算。

 
汙水處理廠接收工業園區內企業排放工業廢水的主管管徑一般在600mm以上,水質汙濁,成分複雜,流量變化大。針對此工況,流量計量在設選型時,要求測量儀表具有良好的耐腐蝕和大量程比。汙水流量計量多采用渦輪流量計電磁流量計[1]或孔板流量計等,但此類流量計都需要將其傳感器安裝在管道內[2],壓損大、易磨損、壽命短,對渦流和速度分布敏感。實際應用中常因傳感器被雜物覆蓋或纏繞而影響正常使用,無法提供準確數據[3]。進口超聲流量計因價格高、售後服務不及
時、安裝要求苛刻等因素,其應用受到很大限製。在某市汙水處理廠項目設計中采用了一種新型國產超聲波流量計,它具有準確度高、量程大、無水頭損失、安裝方便等優點[4],解決了精確計量的難題。
 
1、儀表測量原理
超聲波流量計是利用超聲波傳播的聲速差原理進行測量(如圖1所示)。超聲波在流體中的傳播速度與流體流動速度有關[5],儀表通過測量超聲波沿介質順向和逆向傳播的聲速差,算出介質在現場的流速,進而計算得出工作狀況下的流量,即:
超聲波測量原理
20180727180152.jpg式中:Q為流量,m3/h;L為傳感器間距離,m;t1為順流傳播時間,s;t2為逆流傳播時間,s;θ為超聲波與流體流向間的夾角;A為管道截麵積,m2。
 
2、係統構成及性能指標
項目進水管管徑為DN1200mm,設計采用了超聲流量計。項目設計采用的超聲波流量計為V字型一次反射雙聲道分體型流量計,所選儀表口徑為DN1200mm,精度為0.5級,測量管材質為碳鋼內襯聚四氟乙烯。儀表主要由4部分組成:流量計表體、轉換器、壓力變送器(可選,用於補償)、溫度變送器(可選,用於補償)等,結構如圖2所示。
超聲波流量計結構
由於項目中進水主管道流量測量點距離監控中心較遠,要求流量計具有現場顯示瞬時流量、累積流量、工作狀態等參數,曆史數據記錄、儲存,數據自動檢查和檢驗,運行狀況診斷和故障報警等多項功能,其中最主要的是要能夠將信號傳送至監控中心。綜合實際需求,設計選用的流量計采用RS485接口MODBUS協議,以主從問答方式將采集的信號以通訊模式上傳到監控中心控製站。超聲波流量計通訊數據信息傳輸為異步方式,以字節為單位。主機(監控中心控製站)和從機(流量計)之間傳遞的通訊信息使用11位字格式,位數分配如表1所示。
 
數據位(信息幀)采用地址碼+功能碼+數據區+錯誤校檢的格式,數據位格式及長度如表2所示。當通訊命令由發送設備(主機)發送至接收設備(從機)時,符合相應地址碼的從機接收通訊命令,並根據功能碼及相關要求讀取信息,如果CRC校驗無誤,則執行相應的任務,然後把執行結果(數據)返送給主機。返回的信息中包括地址碼、功能碼、執行後的數據以及CRC校驗碼。如果CRC校驗出錯,數據區就返回0x83。
20180727180237.jpg
3安裝與應用
3.1安裝及注意事項
(1)周圍環境要求。環境溫度滿足-25~+55℃,相對濕度小於85%;避免強振動源,避免強電磁或電子幹擾;儀表防護等級為IP68,可以安裝在儀表井內。
(2)管道安裝要求。流量計的上、下遊直管段分別為10D和5D[6](雙向計量上、下遊直管段均不少於10D)。測量介質含有粉塵顆粒時,在表體上遊30D之外的直管段位置加裝過濾器(過濾器為80目磁性過濾器)。表體吊裝時,利用在法蘭頂部位置的吊環,流量計表體的內徑與直管段的內徑一致,尺寸差值控製在公稱直徑的0.6%~1.0%,避免墊片突入管道。儀表測量管段內腔清潔度,要求無油脂及灰塵,且要保證流經儀表處介質滿管。
(3)電源及接線。儀表電源采用UPS供電,電壓等級220VAC±10%,電源線纜為三芯1.5mm2電纜,數據通信線采用屏蔽線,線徑為1.5mm2。
(4)接地。儀表外殼在安裝地點就近單獨接地,接地電阻小於4Ω。接地棒打入潮濕的地下75cm以上,與其他接地棒或金屬導體相距10cm以上。接地線的地上部分用護套管套住,防止與其他金屬或接地線相接觸,信號電纜屏蔽層在流量計側接地。
(5)溫度、壓力變送器安裝。溫度變送器安裝在流量計標準短截(表體)的下遊遠離表體約3D~4D(單向流)或5D~9D(雙向流)的位置;壓力變送器安裝在流量計標準短截上。
(6)轉換器安裝。儀表安裝於空曠場地,轉換器安裝在專門的支架上,將轉換器外殼與支架聯結牢固,以起到有效防雷擊作用;同時在接線端配置儀表側防浪湧保護器。
 
3.2性能比較與實際應用效果
超聲波流量計安裝完成後,經調試、聯運及投產運行的多次測試,均達到了精度要求,性能優良。
(1)不同類型流量計比較。雙聲道超聲流量計具有測量精準、量程比寬、運行穩定、工作壓力低、壓力變化範圍廣、抗幹擾性強、維護量少、安裝方便等明顯優勢,是一種比較理想的節能型流量計,在大管徑流量測量方麵更具優越性[7]。不同類型流量計性能對比如表3所示。
(2)與國外同類產品對比。當前進口超聲流量計未得到廣泛使用的主要原因是: 價格高(隨口徑不同, 價格區間在十幾萬至幾十萬元人民幣); 儀表使用所要滿足的壓力底限值大(通常要求介質壓力不低於 500 kPa ), 在低壓條件下無法正常使用;安裝要求苛刻, 對國內一些特殊地域或工況適應性差。 另外, 進口超聲流量計的技術服務費也非常昂貴, 售後服務響應時間長, 零部件訂貨周期長。
 
針對國外產品的眾多弊端, 選用該國產流量計使問題得到了解決。 自項目竣工投產以來, 流量計性能指標滿足用戶的預期使用要求, 儀表本身自帶故障診斷功能和開放的通訊協議, 在實際應用時更加方便。
 
4 結語
雙聲道超聲波流量計投用後, 各項性能指標均達到設計要求, 大大提升了計量精度和複現性, 提高了輸差原因分析的科學性, 同時降低了維護成本。 與同類產品相比, 在相同的工況下, 係統性價比突出。 實際應用數據表明, 設計采用的超聲波流量計, 具有測流費用少、 運行穩定、 準確度高、 操作簡單、 不破壞流場、 沒有壓力損失、 不影響係統中其他設備正常工作等優點, 特別適合大口徑高精度要求下的汙水計量及終端用戶貿易結算。

 

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