超聲波流量計(jì)在某灌區(qū)總干渠工程中的應(yīng)用

李海峰

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊 830000)

0 引言

某灌區(qū)總干渠工程全長約168 km，設(shè)計(jì)流量74 m3/s，加大流量85 m3/s，屬大(Ⅰ)型Ⅰ等工程，承擔(dān)160萬畝的灌區(qū)灌溉供水任務(wù)，是一項(xiàng)具有灌溉、發(fā)電、防洪、生態(tài)等綜合社會(huì)效益的工程。工程沿線水閘建筑物布設(shè)共計(jì)62座，為引水閘1座、節(jié)制閘13座、退水閘8座、揚(yáng)水泵站4座、分水閘35座，在工程運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。分水閘包括明渠式和干管式分水閘，其中干管式分水閘32座，管道結(jié)構(gòu)有鋼管結(jié)合PCCP管，閘門形式為蝴蝶閥，管徑DN600，DN800，DN1 000，是主要布設(shè)流量計(jì)量設(shè)備的閘站。

總干渠工程渠線長、輸水流量大，建筑物多，需要建立一套科學(xué)、有效的自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)，來為工程安全調(diào)度、運(yùn)行管理服務(wù)。而分水口水量計(jì)量系統(tǒng)是自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是現(xiàn)場(chǎng)采集各分水口流量數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控中心，為運(yùn)行調(diào)度管理提供必要的決策依據(jù);同時(shí)計(jì)量系統(tǒng)可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)用水戶的用水情況，使供水和用水雙方隨時(shí)明確供水及用水水量，算清水賬。因此，在工程發(fā)揮效益前完成各分水口水量計(jì)量設(shè)施的建設(shè)是非常必要和緊迫的。

1 工程運(yùn)行方式及設(shè)備選型

1.1 工程運(yùn)行與控制

總干渠工程采用明渠結(jié)合隧洞、渡槽輸水，目前工程的配套灌區(qū)的建設(shè)屬于起步階段，工程引水未達(dá)到設(shè)計(jì)水位，為了滿足分水閘進(jìn)水高程要求，利用節(jié)制閘將干渠分成多個(gè)渠段，每個(gè)渠段相當(dāng)于一個(gè)小水庫，在引水調(diào)度時(shí)，通過控制這些小水庫來控制整個(gè)干渠水位，以達(dá)到分水閘供水的目的。此外，從干渠的安全考慮，沿線設(shè)置8個(gè)退水閘，用于退出多余引水及緊急事故退水。

工程運(yùn)行選用干渠水位及閘前水位的方式作為渠道的運(yùn)行控制方式，以流量作為控制輸出，確保了工程的調(diào)度運(yùn)行安全。

1.2 設(shè)備選型

1.2.1 選型原則

選擇流量計(jì)的原則首先是要深刻地了解各種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理和流體特性等方面的知識(shí)，同時(shí)還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況及考察周邊的環(huán)境條件進(jìn)行選擇。也要考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素。一般情況下，主要應(yīng)從下面四個(gè)方面進(jìn)行選擇:

1)流量計(jì)的性能要求;2)流體特性;3)安裝要求;4)環(huán)境條件。

1.2.2 設(shè)備選型

由于總干渠工程已建成，渠道、閘房、管道、閥門的總體布置已固定，分水口計(jì)量設(shè)施的安裝受現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，不宜做較大的土建改造，因此要盡量選擇投資小、效果好、精度高的實(shí)施方案，來實(shí)現(xiàn)各分水口水量計(jì)量的功能。

在設(shè)備選型前，我們針對(duì)水量計(jì)量系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行了前期調(diào)研、設(shè)備考察、方案優(yōu)選等工作，并結(jié)合選型原則反復(fù)對(duì)比分析最終選用插入式超聲波流量計(jì)，插入式超聲波流量計(jì)優(yōu)點(diǎn):1)廣泛應(yīng)用于大直徑管道，不會(huì)因管徑大而增加投資;2)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，免維護(hù)，使用壽命持久;3)設(shè)備計(jì)量的可靠性高，計(jì)量精度高;4)具有不停產(chǎn)安裝、無壓力損失等特點(diǎn);5)設(shè)備價(jià)格不高，安裝簡(jiǎn)單，投資較少;6)無需校定，簡(jiǎn)單調(diào)試就可以正常使用。

在確立設(shè)備選型方案的基礎(chǔ)上，我們還針對(duì)設(shè)備應(yīng)用環(huán)境、安裝要求、性能等方面，進(jìn)行了數(shù)次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，逐步補(bǔ)充和完善了分水口計(jì)量實(shí)施方案，為方案實(shí)施后取得較好的效果奠定了基礎(chǔ)。

2 流量計(jì)的安裝與校驗(yàn)

2.1 流量計(jì)安裝

超聲波流量計(jì)的安裝工序簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，關(guān)鍵步驟是選取測(cè)量點(diǎn)，然后將傳感器安裝在管道上，最后把測(cè)量點(diǎn)的水管參數(shù)輸入流量計(jì)中，開始計(jì)量。超聲波流量計(jì)的測(cè)量點(diǎn)宜選擇距上游10倍管徑長度、距下游5倍管徑長度的均勻直管段，即選擇水流分布均勻的管段，要充滿水(無論垂直或水平管段)，另外測(cè)量點(diǎn)應(yīng)充分遠(yuǎn)離閥門、泵、高壓電和變頻器等干擾源，以減少測(cè)量誤差達(dá)到測(cè)量精度的要求。

超聲波流量計(jì)傳感器的安裝質(zhì)量直接影響水流量測(cè)量的準(zhǔn)確性、可信度和運(yùn)行可靠性。對(duì)于本工程中采用的低壓PCCP管道，管材由多種材質(zhì)組成(見圖1)，對(duì)流量計(jì)的安裝造成了一定的難度。前期方案階段，經(jīng)咨詢PCCP管道供應(yīng)廠家、專家，反復(fù)技術(shù)論證、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終采用人工剝離管道表面水泥砂漿保護(hù)層，將鋼筒表面的纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲分離，分離的范圍滿足球閥底座可以焊接要求，在鋼筒上焊接底座，連接球閥，利用專用鉆孔工具在不停產(chǎn)狀態(tài)下采用Z方式安裝傳感器，達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖1 管材的組成部分示意圖

2.2 流量計(jì)調(diào)試

流量計(jì)調(diào)試是對(duì)感應(yīng)器的正確安裝進(jìn)行調(diào)校，主要是使得發(fā)射感應(yīng)器的聲波信號(hào)經(jīng)流體中傳播以后能正常地被接收感應(yīng)器所接收，以確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。調(diào)校主要是通過檢查接收信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量來確定的。信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量直接關(guān)系到流量值的準(zhǔn)確性。對(duì)于上述兩個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目，都是用0～99的數(shù)值大小來反映的，數(shù)值越大越穩(wěn)定可信，反之，就要逐級(jí)排查安裝環(huán)節(jié)，找出數(shù)值偏小的原因，一般是由發(fā)射、接收信號(hào)的傳感器錯(cuò)位引起的。

2.3 流量計(jì)校驗(yàn)

分水口流量計(jì)安裝調(diào)試完成后，對(duì)各分水口進(jìn)行了校驗(yàn)，主要采用如下方法:1)結(jié)合工程實(shí)際，運(yùn)用體積比對(duì)法;2)利用外夾式超聲波流量計(jì)比對(duì)法;3)使用流速儀比對(duì)法。

在實(shí)踐中，作者對(duì)安裝的32臺(tái)超聲波流量計(jì)進(jìn)行了比對(duì)校驗(yàn)，針對(duì)不同的閘后連接條件采取不同的方法，部分采用多種方法聯(lián)合校驗(yàn)比對(duì)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，在滿足安裝要求的條件下，超聲波流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，經(jīng)多次測(cè)量誤差基本控制在±5%以內(nèi)，可以滿足本工程農(nóng)業(yè)灌溉供水的要求。

3 工程使用中的維護(hù)和檢修

對(duì)于插入式超聲波流量計(jì)，要定期清理傳感器上沉積的雜質(zhì)、水垢等，檢查有無漏水現(xiàn)象，定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。另外，結(jié)合超聲波流量計(jì)在本工程的使用中常見故障總結(jié)出解決辦法，以供大家參考。

1)讀數(shù)不穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)大。管理人員在檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)在蝶閥開度接近全開時(shí)，超聲波儀表盤顯示的測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，上下浮動(dòng)大，經(jīng)咨詢廠家、現(xiàn)場(chǎng)排查，分析主要是由于管道振動(dòng)引起的，因此在管道采取防振措施，現(xiàn)象消失。

2)流量計(jì)顯示流量數(shù)據(jù)誤差大或流量顯示為零。由于本工程采用的是單通道的超聲波流量計(jì)，對(duì)于管內(nèi)液體滿管要求較高，若管內(nèi)液體不能達(dá)到滿管或者含有大量氣泡，影響測(cè)量精度;對(duì)于管內(nèi)水位不能達(dá)到半管條件時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)流量顯示為零的情況，遇到上述情況，需要采取抬高分水閘閘前水位，使管道充滿液體，達(dá)到計(jì)量精度。另外也不排除誤差較大，輸入管道內(nèi)徑時(shí)輸入錯(cuò)誤的情況。

3)流量計(jì)信號(hào)強(qiáng)度降低。流量計(jì)在使用過程中，發(fā)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度降低，出現(xiàn)這種情況時(shí)要檢查傳感器方向是否發(fā)生偏移或傳感器表面是否存在雜草、雜物、水垢等，如果有要及時(shí)調(diào)整傳感器位置或清洗傳感器發(fā)射面。

4)其他問題。如發(fā)現(xiàn)儀表無顯示、儀表僅有背光時(shí)，要及時(shí)檢查電源連接情況，檢查保險(xiǎn)絲是否燒斷，如排除以上因素，建議把儀器返廠由專業(yè)技術(shù)人員檢查。另外在電源不穩(wěn)定的情況下使用時(shí)，要配備穩(wěn)壓電源，避免發(fā)生不必要的損失。

4 結(jié)語

流量計(jì)是灌溉供水計(jì)量過程中非常重要的計(jì)量?jī)x表，它的計(jì)量是否準(zhǔn)確、可靠，關(guān)系到水量的精確計(jì)算、水費(fèi)征收和水量調(diào)度安全，所以做好流量計(jì)選型、安裝調(diào)試及校驗(yàn)工作非常重要。某灌區(qū)總干渠工程分水口均采用插入式超聲波流量計(jì)進(jìn)行水量計(jì)量，通過兩年多的實(shí)際使用，現(xiàn)場(chǎng)反映情況良好，故障率低，具有較高的穩(wěn)定性，在工程使用中取得了較好的效果，對(duì)工程的控制、調(diào)度與計(jì)量發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

［1］SL 61-2003，水文自動(dòng)化測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范［S］.

［2］GB 11830-1999，水文測(cè)報(bào)裝置流量計(jì)［S］.

［3］SL/T 232-1999，動(dòng)態(tài)測(cè)量、流速標(biāo)準(zhǔn)裝置校驗(yàn)方法［S］.

［4］超聲波流量計(jì)使用說明［Z］.

［5］北京菲格瑞思儀表有限公司.分析超聲波流量計(jì)的常見故障［Z］.