摘要：針對(dui)大口徑流(liu)量計 的現(xian)場量值(zhi)溯(su)源，結合實(shi)例，設計了(le)一套指導(dao)換能(neng)器現場安裝的(de)輔尺，較好(hao)地解(jie)決了(le)直徑測量(liang)不準、換(huan)能(neng)器定(ding)位問(wen)題(ti);提出了(le)針對檢(jian)測井、流(liu)量計上(shang)遊(you)處理(li)、管道安裝(zhuang)等三個方(fang)面的設計(ji)建議(yi)，可爲(wei)污水處理(li)工藝設計(ji)和大口徑(jing)流量(liang)計量(liang)值溯源提(ti)供有益的指導(dao)與幫助。
0引言
　　大(da)口徑(jing)流量(liang)計在(zai)水資源計(ji)量場(chang)合應(ying)用非(fei)常多(duo)， 電磁(ci)流量計 因(yin)其無壓力(li)損失(shi)且不(bu)受管(guan)道内(nei)流體(ti)密度(du)、溫度(du)等因(yin)素的影響(xiang)，成爲污水(shui)處理(li)企業(ye)的首(shou)選”。用(yong)于污水計量的電磁流(liu)量(liang)計口(kou)徑多爲1000mm以(yi)上口(kou)，貿易(yi)結(jie)算量和(he)涉及金(jin)額巨大(da)田由(you)于大(da)口徑(jing)流量(liang)計安(an)裝後(hou)一般(ban)無備(bei)用管(guan)路“,無(wu)法拆(chai)卸送檢，多(duo)數情況下(xia)隻能采(cai)用(yong)外夾(jia)式超(chao)聲流量計(ji)進行現(xian)場(chang)校準(zhun)。
　　在校(xiao)準(zhun)過程中(zhong)，難免會(hui)遇到現場檢(jian)測條件不(bu)足的情(qing)況(kuang)，包括(kuo)檢測(ce)井(jing)空間或(huo)前後直(zhi)管(guan)段不(bu)足，換能(neng)器定位(wei)不準(zhun)，流量(liang)計不滿管(guan)和(he)介質氣(qi)泡多(duo)等問題。本(ben)文将(jiang)針(zhen)對.上述(shu)問題進(jin)行研究(jiu)并提(ti)出設計建(jian)議。
1現場校(xiao)準方(fang)法
1.1 外(wai)夾式(shi)超聲(sheng)流量計(ji) 工(gong)作原(yuan)理
　　超(chao)聲波流量(liang)計 以測(ce)量(liang)聲波(bo)在流動介質中(zhong)傳播的時(shi)間與流速(su)的(de)關系爲(wei)原理。如圖1所示(shi)，A和B爲換能器,L爲(wei)聲道長度(du),D爲管(guan)道外(wai)徑,h爲管壁(bi)厚度.`?爲超(chao)聲流(liu)量計(ji)測得(de)的管(guan)道平均(jun)流速。通(tong)過D與(yu)h可得到管(guan)道過流面積s,其計算(suan)公(gong)式如式(shi)(1)，體積流量(liang)qv如式(shi)(2)


1.2标準器(qi)
　　用(yong)作标(biao)準器的外(wai)夾式(shi)超聲流量計精(jing)度等級較(jiao)高,多爲0.5級(ji)，一般(ban)需送(song)至權威檢(jian)定機(ji)構在(zai)實驗(yan)室條(tiao)件下(xia)進(jin)行(hang)标定。
2換能(neng)器定位方(fang)法的(de)研究(jiu)
　　換能(neng)器安(an)裝(zhuang)位置的(de)正确與(yu)否直接關系(xi)到測量結(jie)果,難點(dian)有兩個(ge):一是(shi)兩(liang)個換能(neng)器之間的(de)連線應與管道中心(xin)軸線平行(hang);二是(shi)确定平(ping)均管徑(jing)位置。如(ru)圖(tu)2所示,管道(dao)口徑(jing)爲DN1800.以(yi)2聲程V法測(ce)量爲(wei)例。AB爲超聲流量(liang)計給出(chu)的(de)兩個換能(neng)器之(zhi)間的(de)安裝距離(li)(1325mm)。在實(shi)際安裝過(guo)程中(zhong)，如果(guo)沒有(you)其它(ta)的輔助手段，難(nan)以做到AB連線與(yu)管道(dao)中心(xin)軸線(xian)平行(hang)。假若偏離角α爲(wei)1°,右側(ce)換能(neng)器的偏離距離(li)近似(si)等于(yu)弧長(zhang)B′B,B′B=11.5mm。若管道口徑爲(wei)DN2000，以表1中(zhong)最長換(huan)能器(qi)安裝(zhuang)間距(ju)計算(suan)，AB=2984mm,則(ze)B′B=26mm,對測量(liang)結果将帶來不(bu)可忽(hu)略的(de)影響(xiang)。

　　由于(yu)待測管徑(jing)巨大(da)，管道截面(mian)爲非标(biao)準(zhun)圓形。以DN1800管道爲例，不(bu)同位置(zhi)的(de)外徑(jing)最大(da)可差35mm,極限(xian)情況下(xia),若(ruo)傳感(gan)器安(an)裝(zhuang)位置的(de)直徑與平均直(zhi)徑的(de)差(cha)值恰好(hao)爲外徑最(zui)大差即35mm,僅截面(mian)面積(ji)一項帶(dai)來(lai)的誤(wu)差就達3.8%。，傳統的(de)圍尺(chi)測(ce)量直徑(jing)的方(fang)法獲得的(de)是平(ping)均管(guan)徑，但無法指(zhi)導(dao)檢測(ce)人員将換(huan)能器安裝在(zai)平(ping)均管(guan)徑位置;即使在換能器(qi)之間增(zeng)加滑(hua)軌，也(ye)隻能保證(zheng)換(huan)能器安(an)裝間(jian)距準(zhun)确，不(bu)能保(bao)證換能器(qi)連線的投(tou)影與(yu)軸線(xian)平行。因此(ci),本文設計(ji)了一(yi)套便(bian)于攜帶、易(yi)于現(xian)場組裝的輔助(zhu)設備即輔(fu)尺,用于定(ding)位、安(an)裝換(huan)能器，基本(ben)結構(gou)如(ru)圖(tu)3、圖4所示。輔(fu)尺測量管(guan)徑範圍:800~2200mm,其主尺測.量(liang)不确定度(du)U=0.5mm(k=2)。能夠(gou)測量(liang)管道截面(mian)任(ren)意位置(zhi)的外(wai)徑(jing),保(bao)證換(huan)能器連線(xian)平行(hang)于管道軸(zhou)心，較好地(di)解(jie)決(jue)換能(neng)器安裝(zhuang)位(wei)置不(bu)精準(zhun)帶來(lai)的問(wen)題,盡可能地降(jiang)低測量過(guo)程中(zhong)的人爲(wei)影(ying)響,實(shi)用性(xing)強(qiang)。


3排水設(she)施的(de)設計
3.1檢測(ce)井的設(she)計(ji)
　　一般(ban)情況下(xia),污(wu)水排放管(guan)道(dao)及用于(yu)計量的(de)大(da)口徑流量(liang)計均置于(yu)地下。現(xian)場校準(zhun)需有(you)檢(jian)測井才(cai)能正常進(jin)行。由(you)于外(wai)夾(jia)式(shi)超聲(sheng)流量(liang)計不(bu)能獲(huo)得流體剖面的(de)信息，并受流速(su)不對(dui)稱和流态(tai)變化影(ying)響，易産生測(ce)量(liang)誤(wu)差121。爲(wei)盡量減小流體(ti)擾動帶(dai)來的影(ying)響，現(xian)場測(ce)量時應選取(qu)較長的(de)前後(hou)直(zhi)管(guan)段進(jin)行檢(jian)測(ce)，因此，檢(jian)測井的(de)位(wei)置選取十分(fen)重(zhong)要，一(yi)般靠(kao)近流(liu)量計的.上(shang)遊位置.直(zhi)管段(duan)盡量保證(zheng)至少(shao)前10D後(hou)5D(D爲管(guan)道公稱通徑),若上遊(you)存在(zai)泵或(huo)彎頭(tou)、閥(fa)門時,應(ying)盡可能地(di)延長(zhang)直管(guan)段(duan)的距離13,控制在(zai)20D以，上。
　　通(tong)常井(jing)底(di)離(li)管底(di)不少(shao)于0.2m,兩側井(jing)壁距管(guan)壁(bi)不少(shao)于1m。對于(yu)檢測井(jing)的長(zhang)度(du)，當(dang)管徑(jing)範圍爲(wei)DN1000~DN2000時(shi)，以FLEXIM601超(chao)聲流量(liang)計(ji)爲例，配套(tao)CDK型換能器(qi)，分别(bie)采用(yong)V法和(he)Z法以及不同的(de)聲程測量(liang)時,換能器(qi)的安(an)裝間(jian)距如表(biao)1所示，其(qi)範圍(wei)對應(ying)管道(dao)内徑約(yue)爲0.27D~1.5D.考慮現場檢測的人(ren)員活動(dong)空(kong)間，因(yin)此檢(jian)測(ce)井長度(du)以2D爲(wei)宜(yi)。
3.2流(liu)量計.上遊(you)處理設計(ji)
　　在排水管道中(zhong)由于(yu)管道落差(cha)較大，按正(zheng)常管(guan)道坡(po)度(du)無(wu)法滿(man)足設計(ji)要(yao)求時，會采取(qu)建(jian)設跌(die)水井來(lai)滿(man)足設(she)計方案,同時還(hai)起到穩流和排氣的作(zuo)用。但若(ruo)設計考慮(lü)不周，水流(liu)經過跌水(shui)井後.上遊(you)帶來的大(da)量(liang)氣(qi)泡依(yi)然會存在甚至(zhi)增加(jia)，導緻(zhi)流量(liang)計無法(fa)正(zheng)常工作。以長沙嶽麓(lu)某污水處(chu)理廠爲例(li)，如圖(tu)5所示(shi)，該跌(die)水(shui)井(jing)尺寸(cun)爲4m×3m×5m,流(liu)量計(ji)爲DN1800電(dian)磁流(liu)量計(ji)。.上遊(you)水源含有(you)大量(liang)氣泡(pao),流速(su)約1.2m/s,水(shui)流方向如箭頭(tou)所示，從入(ru)口處直沖下遊(you)管道(dao)入口,夾帶(dai)大量新産(chan)生的氣泡(pao)進入測量管道(dao),導緻電(dian)磁流量(liang)計數(shu)據(ju)極(ji)不穩(wen)定，外(wai)夾(jia)式(shi)超聲(sheng)流量計(ji)無(wu)論采(cai)用V法(fa)還是(shi)Z法,均(jun)無法獲取測量(liang)信号(hao)，無法進行(hang)校準工作。

　　檢測(ce)人員建(jian)議污水(shui)處理廠對(dui)跌水井進行(hang)改造，如(ru)圖6所示(shi)，在(zai)井中(zhong)部增(zeng)加一(yi)道鋼(gang)制擋(dang)水闆(pan)，厚度(du)爲5mm,鋼(gang)闆采用Q235C鋼(gang)材,槽鋼(gang)采(cai)用熱(re)軋普(pu)通槽鋼(型(xing)号6.3),井(jing)壁預(yu)埋件(jian)施工(gong)采(cai)用植筋(jin)處理(li),鋼筋采用(yong)HRB400。擋闆(pan)底部(bu)在下(xia)遊入(ru)口(kou)中(zhong)心線(xian)位置(zhi)，擋(dang)闆距離(li)右壁(bi)約1.5m。改造後(hou)，上遊水流(liu)沖擊(ji)在擋闆(pan)處(chu)，起到(dao)了良好的(de)排氣(qi)和穩流作(zuo)用。再次測(ce)量(liang)時,超聲(sheng)流量(liang)計(ji)信号正(zheng)常，被測(ce)電(dian)磁流(liu)量計(ji)示(shi)值(zhi)穩定(ding),較好(hao)地解(jie)決了(le)現場污水(shui)的計(ji)量和流(liu)量計的(de)量值(zhi)溯(su)源(yuan)問題(ti)。



3.3管道設計(ji)
　　爲保(bao)證大口(kou)徑(jing)流量(liang)計正常計量，其(qi)前後直管(guan)段、介(jie)質滿管(guan)、不(bu)能存(cun)氣等要求是需要滿足(zu)的。但現(xian)場安裝條(tiao)件各(ge)不相(xiang)同(tong)，針(zhen)對不(bu)同情況(kuang)，從正确(que)計量(liang)的(de)角(jiao)度出(chu)發,本文提(ti)出了(le)兩種管道鋪設(she)及流量計安裝的建(jian)議(yi),分(fen)别如(ru)圖7和(he)圖8所(suo)示。管道直(zhi)徑爲(wei)D,跌水(shui)井長度爲L，配置擋水(shui)牆(qiang)，擋(dang)水牆(qiang)底部距井(jing)底約(yue)0.5D,牆體(ti)距離右壁(bi)約0.4L,;排污排氣井(jing)爲正(zheng)方形,尺寸(cun)爲1.5D×1.5D.即圖示(shi)L2=1.5D.内置(zhi)擋水牆,擋水牆(qiang)頂與(yu).上遊(you)管頂平齊(qi)，牆體距離(li)右壁(bi)約(yue)0.4L2。
　　圖7爲場地空間(jian)較充裕(yu)時，流量計(ji)所在的管(guan)道較長,管(guan)道的水(shui)平夾角(jiao)較小，約爲(wei)5°。圖8則(ze)爲場(chang)地空(kong)間較(jiao)小時(shi)的類U型設(she)計，流(liu)量計(ji)在底部，所在(zai)管道的(de)水平夾(jia)角約8°~10°,出(chu)口夾角(jiao)爲(wei)120°~135°。
4總結(jie)
1)本文設計的用于換能(neng)器安裝(zhuang)的輔(fu)尺(chi)，結構簡(jian)單,便于攜(xie)帶，能(neng)幫助(zhu)檢(jian)測(ce)人員(yuan)提升(sheng)管徑測量(liang)和換能(neng)器(qi)定位水平(ping)，提(ti)高了測(ce)量工(gong)作效(xiao)率，并(bing)通過(guo)現(xian)場(chang)實驗(yan)驗證了該方法良好的使(shi)用效(xiao)果。該工(gong)裝(zhuang)的主尺爲(wei)全鋼材質(zhi)，重量(liang)較大,可進(jin)一步(bu)研(yan)究精簡(jian)結構和重量的(de)方法。
2)大(da)口徑流(liu)量計(ji)的(de)正(zheng)常工(gong)作和(he)現場量值(zhi)溯源(yuan)會受到安裝位置和(he)上、下(xia)遊工況條(tiao)件的(de)影響(xiang).這(zhe)些問題(ti)需要(yao)在設(she)計階(jie)段就(jiu)進(jin)行考慮(lü)并解決,一(yi)旦施(shi)工完成再改進(jin)則成本(ben)巨大且不一(yi)定能(neng)達到(dao)預期(qi)的(de)效果。本文針(zhen)對檢測井(jing)、流量計上遊處理、管(guan)道(dao)安(an)裝等(deng)三個(ge)方(fang)面提出(chu)的設(she)計建議，可(ke)爲污水處理及(ji)水資(zi)源計量提(ti)供一定的參考(kao)。

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