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一种超声波流量计在污水计量中的应用

发布日期:2018-07-27 17:58:53  来源:  作者:  浏览次数:
【导读】: 摘要:结合具体项目中的应用经验,简要介绍了一种新型国产超声波流量计的测量原理、系统构成、性能指标及安装要求。实际应用表明,该超声波流量计能够克服常用流量计量程范......

 摘要:结合具体项目中的应用经验,简要介绍了一种新型国产超声波流量计的测量原理、系统构成、性能指标及安装要求。实际应用表明,该超声波流量计能够克服常用流量计量程范围窄、精度较低,及进口超声波流量计价格高、安装条件苛刻及售后服务不及时等缺点,具有运行稳定、安全、准确度高、操作简单等优点,特别适合高精度要求下的终端用户贸易结算。

 
污水处理厂接收工业园区内企业排放工业废水的主管管径一般在600mm以上,水质污浊,成分复杂,流量变化大。针对此工况,流量计量在设选型时,要求测量仪表具有良好的耐腐蚀和大量程比。污水流量计量多采用涡轮流量计电磁流量计[1]或孔板流量计等,但此类流量计都需要将其传感器安装在管道内[2],压损大、易磨损、寿命短,对涡流和速度分布敏感。实际应用中常因传感器被杂物覆盖或缠绕而影响正常使用,无法提供准确数据[3]。进口超声流量计因价格高、售后服务不及
时、安装要求苛刻等因素,其应用受到很大限制。在某市污水处理厂项目设计中采用了一种新型国产超声波流量计,它具有准确度高、量程大、无水头损失、安装方便等优点[4],解决了精确计量的难题。
 
1、仪表测量原理
超声波流量计是利用超声波传播的声速差原理进行测量(如图1所示)。超声波在流体中的传播速度与流体流动速度有关[5],仪表通过测量超声波沿介质顺向和逆向传播的声速差,算出介质在现场的流速,进而计算得出工作状况下的流量,即:
超声波测量原理
20180727180152.jpg式中:Q为流量,m3/h;L为传感器间距离,m;t1为顺流传播时间,s;t2为逆流传播时间,s;θ为超声波与流体流向间的夹角;A为管道截面积,m2。
 
2、系统构成及性能指标
项目进水管管径为DN1200mm,设计采用了超声流量计。项目设计采用的超声波流量计为V字型一次反射双声道分体型流量计,所选仪表口径为DN1200mm,精度为0.5级,测量管材质为碳钢内衬聚四氟乙烯。仪表主要由4部分组成:流量计表体、转换器、压力变送器(可选,用于补偿)、温度变送器(可选,用于补偿)等,结构如图2所示。
超声波流量计结构
由于项目中进水主管道流量测量点距离监控中心较远,要求流量计具有现场显示瞬时流量、累积流量、工作状态等参数,历史数据记录、储存,数据自动检查和检验,运行状况诊断和故障报警等多项功能,其中最主要的是要能够将信号传送至监控中心。综合实际需求,设计选用的流量计采用RS485接口MODBUS协议,以主从问答方式将采集的信号以通讯模式上传到监控中心控制站。超声波流量计通讯数据信息传输为异步方式,以字节为单位。主机(监控中心控制站)和从机(流量计)之间传递的通讯信息使用11位字格式,位数分配如表1所示。
 
数据位(信息帧)采用地址码+功能码+数据区+错误校检的格式,数据位格式及长度如表2所示。当通讯命令由发送设备(主机)发送至接收设备(从机)时,符合相应地址码的从机接收通讯命令,并根据功能码及相关要求读取信息,如果CRC校验无误,则执行相应的任务,然后把执行结果(数据)返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错,数据区就返回0x83。
20180727180237.jpg
3安装与应用
3.1安装及注意事项
(1)周围环境要求。环境温度满足-25~+55℃,相对湿度小于85%;避免强振动源,避免强电磁或电子干扰;仪表防护等级为IP68,可以安装在仪表井内。
(2)管道安装要求。流量计的上、下游直管段分别为10D和5D[6](双向计量上、下游直管段均不少于10D)。测量介质含有粉尘颗粒时,在表体上游30D之外的直管段位置加装过滤器(过滤器为80目磁性过滤器)。表体吊装时,利用在法兰顶部位置的吊环,流量计表体的内径与直管段的内径一致,尺寸差值控制在公称直径的0.6%~1.0%,避免垫片突入管道。仪表测量管段内腔清洁度,要求无油脂及灰尘,且要保证流经仪表处介质满管。
(3)电源及接线。仪表电源采用UPS供电,电压等级220VAC±10%,电源线缆为三芯1.5mm2电缆,数据通信线采用屏蔽线,线径为1.5mm2。
(4)接地。仪表外壳在安装地点就近单独接地,接地电阻小于4Ω。接地棒打入潮湿的地下75cm以上,与其他接地棒或金属导体相距10cm以上。接地线的地上部分用护套管套住,防止与其他金属或接地线相接触,信号电缆屏蔽层在流量计侧接地。
(5)温度、压力变送器安装。温度变送器安装在流量计标准短截(表体)的下游远离表体约3D~4D(单向流)或5D~9D(双向流)的位置;压力变送器安装在流量计标准短截上。
(6)转换器安装。仪表安装于空旷场地,转换器安装在专门的支架上,将转换器外壳与支架联结牢固,以起到有效防雷击作用;同时在接线端配置仪表侧防浪涌保护器。
 
3.2性能比较与实际应用效果
超声波流量计安装完成后,经调试、联运及投产运行的多次测试,均达到了精度要求,性能优良。
(1)不同类型流量计比较。双声道超声流量计具有测量精准、量程比宽、运行稳定、工作压力低、压力变化范围广、抗干扰性强、维护量少、安装方便等明显优势,是一种比较理想的节能型流量计,在大管径流量测量方面更具优越性[7]。不同类型流量计性能对比如表3所示。
(2)与国外同类产品对比。当前进口超声流量计未得到广泛使用的主要原因是: 价格高(随口径不同, 价格区间在十几万至几十万元人民币); 仪表使用所要满足的压力底限值大(通常要求介质压力不低于 500 kPa ), 在低压条件下无法正常使用;安装要求苛刻, 对国内一些特殊地域或工况适应性差。 另外, 进口超声流量计的技术服务费也非常昂贵, 售后服务响应时间长, 零部件订货周期长。
 
针对国外产品的众多弊端, 选用该国产流量计使问题得到了解决。 自项目竣工投产以来, 流量计性能指标满足用户的预期使用要求, 仪表本身自带故障诊断功能和开放的通讯协议, 在实际应用时更加方便。
 
4 结语
双声道超声波流量计投用后, 各项性能指标均达到设计要求, 大大提升了计量精度和复现性, 提高了输差原因分析的科学性, 同时降低了维护成本。 与同类产品相比, 在相同的工况下, 系统性价比突出。 实际应用数据表明, 设计采用的超声波流量计, 具有测流费用少、 运行稳定、 准确度高、 操作简单、 不破坏流场、 没有压力损失、 不影响系统中其他设备正常工作等优点, 特别适合大口径高精度要求下的污水计量及终端用户贸易结算。

 

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