大流量污水超声流量计的方案设计和应用

　　0　引言

　　水资源的短缺已成为世界关注的问题,为此我国也新建了许多大中型水利工程,进行水资源的调剂。同时我国大多数城市为了防止现有的水环境污染,改善自身生存条件,保护紧缺的水资源,新建了许多引水工程和污水处理工厂进行污水处理。在污水处理和排放过程中势必涉及到大口径、大流量各类水的计量问题。随着超声波换能器、电子、计算机、数字处理等技术的迅猛发展,超声流量计在大口径、大流量的液体、气体计量方面得到广泛使用,技术日趋成熟和完善。超声流量计本身良好的性能价格比使得其应用日益广泛,目前不仅使用在各行各业过程控制中的流量计量,还被用于贸易结算的流量计量。

　　本文着重介绍上海已建成投运的170万吨/日城市污水处理厂中大型箱涵污水超声流量计的设计、安装、调试的实施。

　　1　超声流量计测量原理

　　1.1　多普勒式超声流量计

　　利用多普勒效应原理来测定流体的流量,如图1所示。换能器A向流体发射频率为fA的超声波连续信号,经照射管道内的悬浮物颗粒及气泡,超声波产生多普勒频率偏移,以fB的频率反射到接收换能器B,fA和fB之差即为多普勒频差fD。

　　设流体流速为V,超声波声速为C,多普勒频移fD正比于流体的流速V,即

　　当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后,C、fA、fB、θ即为常数,流体的流速和多普勒频移成正比,通过测量频移就可以测量流体的流速,进而求得流体的流量。

　　多普勒超声流量计的特点:仪表精度通常在±(3~7)%FS之间,适用于测量含有适量能给出强反射信号的颗粒和气泡。其悬浮物含量约在1g/L~5g/L为宜。一般用于工厂排放未处理的污水和回流污泥等流量计量,不宜用于洁净液体的流量计量。

　　1.2　时差式多声路超声流量计

　　测量原理:在封闭的满管中测量流体的瞬时流量Q,是根据超声波信号沿水流方向的传播速度会增大,逆流方向则减小;在同一传播距离的条件下,有着不同的传播速度和传播时间;由顺向传播时间t1和逆向传播时间t2可以计算出传播时间差,然后可计算出平均线流速。其原理如图2所示。

　　单声路流量方程式可表示为:

　　顺流方向,其传播时间为:t1=L/C+VCosθ

　　逆流方向,其传播时间为:t2=L/C-VCosθ

　　式中:V为测量声路上的线平均流速;L为测量声路的有效路长;t1为声波正向传播时间;t2为声波逆向传播时间;△t为声波流正向传播时间和逆向传播时间差;C为超声波声速;θ为声路和流道轴线间的夹角;S为测量断路截面积;q为体积流量。