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閱讀：149發(fā)布時(shí)間：2025-1-22
引言
煉油廠新鮮水外供交接計(jì)量使用的大多數(shù)是機(jī)械式水表，漏損率一直是影響經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，漏損率高的主要因素是機(jī)械式水表始動流量較高造成的。用戶在實(shí)際用水過程中經(jīng)常使機(jī)械式水表處在臨界或低于始動流量狀態(tài)下工作，造成用水量丟失導(dǎo)致漏損率提高。新鮮水外供耗電量是影響經(jīng)濟(jì)效益的另一個(gè)指標(biāo)，機(jī)械式水表較大的壓損會造成新鮮水外供耗電量的增加。由于水資源和能源日趨緊缺，水價(jià)和電價(jià)不斷提高，改善上述兩項(xiàng)指標(biāo)不僅可以提高煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對煉油廠節(jié)能、節(jié)水也有著深遠(yuǎn)的意義，選用電池供電超聲水表可從根本上解決計(jì)量丟量方面的問題，真正實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理。
1 電池供電超聲水表特點(diǎn)和測量原理及安裝要求
1.1 水表特點(diǎn)
電池供電超聲水表介質(zhì)流速范圍0.01～32.00 m/s,準(zhǔn)確度±(0.5%～ 1%),無任何活動的機(jī)械部件，無壓力損失和磨損，具有測量精度長期不發(fā)生變化且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，用戶無需設(shè)置參數(shù)，可任意角度安裝。標(biāo)準(zhǔn)單節(jié)電池可連續(xù)工作6 年，選配電池可連續(xù)工作10年以上?？展軤顟B(tài)自動進(jìn)入省電模式，滿管狀態(tài)自動進(jìn)入正常測量模式。
1.2 水表結(jié)構(gòu)和測量原理
電池供電超聲水表的測量原理是利用超聲波換能器產(chǎn)生超聲波并使其在水中傳播，聲波在水中傳播，順流方向傳播速度增大，逆流方向則減小，同一傳播距離有不同的傳播時(shí)間，當(dāng)超聲波在流動的水中傳播時(shí)產(chǎn)生傳播速度差， 該速度差與水的流速成正比。水表由換能器、電子線路及流量顯示、累積等系統(tǒng)組成，超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算，實(shí)現(xiàn)了流量的測量。
電池供電超聲水表的測量原理如圖1所示
圖1 電池供電超聲水表的測量原理
注：t1 ，t2 ——超聲波傳播時(shí)間；D——管道內(nèi)徑；v——管道中水的流速。
由數(shù)學(xué)模型可推出v∝f(t2 -t1)。由于vc>>vsinθ (其中vc為超聲波在水中的傳播流速), 所以時(shí)間差t2 -t1 很短。因此時(shí)間檢測分辨率小于1ns , 該指標(biāo)是決定超聲水表始動流量的重要因素。
1.3 水表安裝及應(yīng)用注意事項(xiàng)
安裝超聲水表，要選擇流體流場分布均勻的部位，保證有足夠的直管段長度，使流體形成穩(wěn)定的速度分布。一般要求前直管段長度為10倍管徑、后直管段長度為5倍管徑。另外，要盡量遠(yuǎn)離機(jī)泵和閥門，如果有機(jī)泵，前直管段長度一般要求50倍管徑，如果有流量控制閥，前直管段長度一般要求30倍管徑，如果直管段長度達(dá)不到要求，測量準(zhǔn)確度將會下降。
a)管道參數(shù)。在舊管線上安裝超聲水表時(shí),一定要準(zhǔn)確地得到管道的參數(shù)，如管道的外徑、壁厚等，以求得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
b)安裝方式。由于管道中的氣泡和雜質(zhì)會反射和衰減超聲波信號，給測量帶來很大誤差，所以在安裝時(shí)一定要選擇正確的安裝方式。超聲水表在傾斜和水平管道上安裝時(shí)，應(yīng)該水平安裝，這樣可使氣泡聚集在管道上方，大的雜質(zhì)則沿著管道的底部流動，盡可能使超聲水表探頭處于和水平面成45°角的范圍內(nèi)。另外，超聲水表安裝的部位要有一定的背壓，保證管道內(nèi)充滿流體，沒有氣泡或者氣泡較少以保證測量精度。
c)信號強(qiáng)度和信號良度檢查。信號強(qiáng)度表示上下游探頭的信號強(qiáng)度，信號良度表示上下兩個(gè)傳輸方向的信號峰值，可以輔助判斷接受信號的優(yōu)良程度。
d)傳輸時(shí)間和傳輸時(shí)差的檢查。傳輸時(shí)間表示超聲波平均的傳輸時(shí)間，傳輸時(shí)差表示超聲波上下游傳輸時(shí)間差。這兩個(gè)信號是超聲水表計(jì)算流速的主要依據(jù)，特別是傳輸時(shí)間差最能反映超聲水表工作是否穩(wěn)定。如果這兩個(gè)信號不穩(wěn)定，應(yīng)檢查傳感器探頭安裝點(diǎn)是否合適，設(shè)置數(shù)據(jù)是否正確。
e)應(yīng)用注意事項(xiàng)。安裝不合理是超聲水表不能正常工作的主要原因。安裝時(shí)需要考慮位置的確定，除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速器、機(jī)泵等污染電源的場合。
及時(shí)核校是確保超聲波準(zhǔn)確計(jì)量的前提：堅(jiān)持一裝一校，即對每一臺新安裝超聲水表在調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測量準(zhǔn)；對在線運(yùn)行的超聲水表發(fā)生流量突變時(shí)，利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變的原因，確定是超聲水表發(fā)生故障還是流量發(fā)生了變化。
定期維護(hù)是確保超聲波長期運(yùn)行的基礎(chǔ)工作，與其他流量儀表相比，超聲水表的維護(hù)量比較小，定期檢查水表與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響等，確保超聲水表的長期穩(wěn)定運(yùn)行。
2 電池供電超聲水表與機(jī)械水表的對比
電池供電超聲水表與機(jī)械式水表重要技術(shù)性能指標(biāo)(以DN200為例)對比見表1 所列。
3 經(jīng)濟(jì)效益（以DN200水表為例）
3.1 節(jié)水效果
電池供電超聲水表的始動流量0.6m3/h，機(jī)械式水表始動流量2m3/h，其差值1.4m3/h，每天以6h小流量(小于2m3/h)計(jì)算，每年煉油廠新鮮水外供計(jì)量損失最多可達(dá)3 066m3，平均以3.8元/m3水價(jià)計(jì)算，每年煉油廠外供新鮮水將損失11 651元。
3.2 節(jié)電效果
機(jī)械式水表工作在常用流速1m/s(流量113 m3/h)時(shí)，產(chǎn)生的壓力損失約0.07MPa。而超聲水表壓力損失幾乎為0；當(dāng)供水泵效率為80%，年供水時(shí)間約6 500h，按表2所給條件計(jì)算，超聲水表每年可節(jié)電能17 534度。按電價(jià)0.8元/度計(jì)算可節(jié)省資金14 027元。機(jī)械式水表和電池型超聲水表節(jié)電效果對比見表2所列（以DN200水表為例)。
表1 電池供電超聲水表與機(jī)械水表主要技術(shù)性能指標(biāo)對比
表2 機(jī)械式水表和電池型超聲水表節(jié)電效果對比
由上述可知, 電池型超聲水表替換機(jī)械水表后，僅節(jié)水、節(jié)電兩項(xiàng)每年經(jīng)濟(jì)效益保守估計(jì)應(yīng)在25 678元。
4 電池供電超聲水表的實(shí)際應(yīng)用
煉油廠外供新鮮水目前使用的計(jì)量儀表大多數(shù)是機(jī)械式水表。由于機(jī)械式水表始動流量較高, 用戶在實(shí)際用水過程中經(jīng)常使機(jī)械式水表處在臨界或低于始動流量狀態(tài)下工作，造成用水量丟失，導(dǎo)致漏損率提高，影響了煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益。然而機(jī)械式水表較大的壓損會造成新鮮水外供耗電量的增加。為節(jié)能、節(jié)水提高煉油廠新鮮水外供的經(jīng)濟(jì)效益，該廠在黑龍江龍鳳鎮(zhèn)安裝了一臺DN200口徑電池供電超聲水表，從2008年1月投入使用到2008年6月，觀察中發(fā)現(xiàn)用戶在正常用水時(shí)，機(jī)械水表和電池供電超聲水表相差不大、在22:00～0:00點(diǎn)用水流量大多處于2m3/h左右，機(jī)械式水表間斷性計(jì)量，而電池供電超聲水表正常計(jì)量；在0:00～6:30點(diǎn)用水流量基本處于2m3/h以下，低于機(jī)械式水表的始動流量，機(jī)械式水表無計(jì)量顯示。由于電池供電超聲水表在0.6m3/h以上是正常測量的，所以電池供電超聲水表仍在正常計(jì)量。經(jīng)過6個(gè)月的比對和觀察，電池供電超聲水表可為煉油廠挽回新鮮水外供損失近6千元。按這個(gè)數(shù)字統(tǒng)計(jì)每年可為煉油廠挽回經(jīng)濟(jì)損失近7萬元。電池供電超聲水表的應(yīng)用不但解決了原機(jī)械式水表計(jì)量丟量問題，提高了煉油廠新鮮水外供的經(jīng)濟(jì)效益，還解決了煉油廠邊遠(yuǎn)地區(qū)新鮮水外供計(jì)量儀表的供電問題，同時(shí)為計(jì)量儀表安裝節(jié)省了大量的材料（儀表電源、電纜等）和維修費(fèi)用。
5 結(jié)束語
在水資源和能源日趨緊缺的今天，電池供電超聲水表在龍鳳鎮(zhèn)新鮮水交接計(jì)量上的應(yīng)用，解決了機(jī)械式水表始動流量高、漏損率高、壓損大、準(zhǔn)確度低、使用壽命短等諸多問題，提高了煉油廠新鮮水外供計(jì)量的準(zhǔn)確度，解決了煉油廠邊遠(yuǎn)地區(qū)新鮮水外供計(jì)量儀表的供電問題，大大提高了煉油廠節(jié)能、節(jié)水及能源計(jì)量方面的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文章摘自：于慶河,楊易朋,于,林濤.電池供電超聲水表在水計(jì)量上的應(yīng)用.石油化工自動化,2010,2:66-68
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