迪纳声插入式多普勒超声流量计在污水流量计量方面的应用
摘要: 迪纳声插入式多普勒超声流量计可在线安装、维护，无须停线停产；探头抗污物能力强，如出现污物粘结，也可在线拆卸清洗，从而能长期有效地测量污水流量，弥补了电磁流量计在运行一段时间后因为电极被非导电污物粘结而导致流量偏小或工作失效的缺陷。

关键词：迪纳声，插入式，污水计量，多普勒 

 迪纳声插入式多普勒超声流量计在污水流量计量方面的应用

1绪论

进厂污水的流量计量对污水处理厂非常重要，也是污水处理厂经济效益指标的一个关键数据，如何长期、有效地测量污水厂进厂污水流量，并保证仪表工作的稳定是个相当头疼的难题，迪纳声经过多年的试验和现场总结，研发了“迪纳声插入式多普勒超声流量计”，很好地解决了以上难题。

2污水处理厂仪表使用概述

2.1污水处理行业流量仪表应用引述

绝大多数污水处理厂安装的进厂污水计量表为电磁流量计，而且，大多是建厂时就已经安装。在生产投运开始几年，电磁流量计都运行良好，但用户发现，几年后电磁流量计的读数逐渐变小，而且有的电磁流量计直接不再工作。并不是电磁流量计质量不可靠，而是电磁流量计的工作原理导致了这一现象。

电磁流量计的读数是靠流量管内的电极信号获得，由于进厂污水比较脏污，污水中含有大量的粘性污物，在长期运行下，不可避免地会在电极上粘上污物，其中有些粘污物不导电，导致电极灵敏度降低甚至没有，电磁流量计就不正常或不工作了。

这种情况一旦发生，用户基本就束手无策了，因为进厂污水管道大多管径很大，更换电磁流量计需要停产、拆卸吊装，同时安装井充满污水，拆卸、安装的工作量巨大。用户只能让电磁流量计“带病”工作，或者靠泵的额定流量来“毛估估”。前几年，也有插入式电磁流量计安装使用，但只要是电磁流量计，仍然存在电极粘污的问题，问题其实一直悬而未决。 

2.2 迪纳声超声流量计应用背景

迪纳声（DYNAMETERS）是国内专业超声流量计生产厂家，产品有多普勒式和时差式两大系列八个品种，我们一直非常关注进厂污水计量这个问题，经过几年的探索和研究，我们有了一个良好的解决方案。

在应用中最初采用的是外夹式多普勒超声流量计，但一些用户在使用后发现，外夹式多普勒超声流量计运行一、二年后，也部分出现了灵敏度降低或读数不稳或无读数的现象。对此，我公司技术人员认真分析后认为，并不是外夹式多普勒超声流量计本身存在的问题，而是由于进厂污水的介质特性和管道特性所致。原因之一是污水管道大多为铸铁管道，管材的均匀致密性差，不利于超声波导声；原因之二是污水管壁内壁有粘污物或腐蚀物，且可能不均匀黏着，而且会越堆越厚，也不利于超声波导声；原因之三，进厂污水管道都在地下，安装井在地下，传感器有时会浸水工作，虽然传感器本身是防水的，但导声耦合剂浸水，而且有泥沙浸蚀，导致信号传播失效。

为此我们研发了插入式多普勒超声流量计，以避免以上三个问题的存在。

3迪纳声超声流量计污水行业应用讨论

3.1多普勒超声流量计原理

超声多普勒流量计是靠发射和接收液体中的超声波信号来工作的。以外夹式多普勒超声流量计为例，多普勒超声流量计配有夹装在充满液体的管道两侧的两个传感器，每个传感器含有压电晶体，如图3-1所示，传感器发射一个超声波信号，该信号穿过管壁进入液体介质，一部分信号被液体中的悬浮固体颗粒、气泡或流体扰动界面所反射，到达另一个传感器后，信号处理单元电路对超声波发射频率与接收到的超声波信号频率进行比较，两者之差，也即是多普勒频移，正比于流体流速，即多普勒原理。如果液体没有流动，也即零流动状态，发射和接受信号是等同的，没有多普勒频移。

根据多普勒频移原理可推导出流量公式[1]（式3-1）：

    （3-1）           

其中：qv=体积流量；

c1=传播材料的声速；

α=传播波的角度；

K=校准因子；

Δƒ=多普勒频率变化；

A=流通截面积；

ƒ1=声波发射频率；

插入式多普勒超声流量计同外夹式多普勒超声流量计原理，只是传感器采用直接插入被测液体中（图3-2），避免了耦合、管道材质和内壁粘污结垢等影响。

图3-3 探头插入示意图

多普勒插入式传感器可以两侧对应180°安装或同侧上下45°安装，对于上下45°不便现场钻孔插入的场合，也可以同侧小角度安装，如图3-3所示。

3.2 迪纳声插入式多普勒超声流量计特点

¨ 使用在线插入式安装，开孔只需Ф20即可，用户不需要停产，只需1-2时即可安装好一台流量计。

¨ 对于不能直接焊接的管道，如铸铁、水泥、PVC等管道，采用先固定抱箍，再在抱箍上焊接安装底座的方式，在线插入安装。

¨ 整个插入式传感器采用IP68防护等级设计，可以水下工作，安装井下雨积水不影响仪表正常工作。

¨ 迪纳声插入式多普勒超声流量计仅插入管道内壁，不会阻挡污物流动。

¨ 由于多普勒超声波原理，接收的是超声波散射信号，对粘污物不敏感，有别于电磁流量计，多普勒超声流量计只要探头粘着物均匀，均能发射和接收；而且由于是直接插入安装，信号强度大大增强。一旦传感器信号下降，就可以在线将传感器拔出进行清洗。

¨ 由于传感器插入管道内，管道自然形成屏蔽，不受信号干扰等原因影响。

¨ 可以测量更低流速（0.2m/s），相比外夹式管外超声流量计（下限0.5m/s）大大扩展了流量计的使用范围，更适合进厂污水计量需要。

¨ 性价比优越，大管径安装使用经济合算，用户成本大大低于电磁流量计。

3.3迪纳声插入式多普勒超声流量计安装及应用范围

迪纳声插入式多普勒超声流量计具有更高的灵敏度，可以测量极低流速（低至0.2m/s）；被测介质可以是纸浆、原始污水以及固体颗粒低于25%的混合液体；不怕污物粘结，长期使用后如探头出现灵敏度降低的情况，可对其拆卸清洗；探头插入深度小，基本不影响流体在管道内的流速分布；安装简单易行，不必象时差式超声流量计计算安装距离即无需精确定位。。

3.4迪纳声插入式多普勒超声流量计现场应用

目前迪纳声插入式多普勒超声流量计已在污水处理行业已得到较多应用。

典型案例——无锡市芦村污水处理厂现场应用：

无锡市芦村污水处理厂坐落在无锡市西南郊京杭大运河畔,占地245亩,是目前江苏省较大型的污水处理厂。2004年又以一流的厂区环境，高质量的运行管理，被中国市政工程协会评为“全国十佳城市污水处理厂”。温家宝总理在2001年和2007年曾两次视察该厂。

客户起初采用的是北京某厂家提供的外夹式多普勒超声流量计，开始运行还可以，运行至一、二年后，发现仪表灵敏度降低或读数不稳或没有读数。分析原因是外夹式传感器长期浸水工作，导声耦合剂浸水，而且有泥沙侵蚀，另管道表面本身腐锈等均导致了超声波传输信号衰减，仪表工作不正常。

针对以上情况，我们向客户推荐了迪纳声插入式多普勒超声流量计，并采用了在线抱箍式安装技术，解决了客户的难题。客户现场管道内有时会有气体，造成管道不满管，流量信号不稳定，我们为客户安装了自动排气装置。

2010年3月，我公司的两台多普勒插入式超声流量计在该厂成功使用。

图2-3 多普勒插入式超声流量计安装现场

安装点是污水厂进水管道，应用工况：

（1） 管道口径DN1000，材质铸铁。

（2） 流速较低，0.2～0.6m/s的流速。

（3） 安装在窨井下，经常有水淹埋。

在实际的现场应用中，迪纳声插入式多普勒超声流量计运行状况良好，很好地解决了大管道污水计量测不好、不好拆卸维护的老大难问题。

4结论

迪纳声插入式多普勒超声流量计还在光大（淄博）水务、济南钢铁、苏州吴中污水厂、北京清河污水厂、海门污水处理厂、齐鲁石化炼油厂、安庆石化等得到了应用，这些工厂有的流量计已运行两年多，运行状态良好。

迪纳声插入式多普勒超声流量计不仅适合于污水处理厂的进厂污水计量改造，也适合于新建污水处理厂的进厂污水计量。对于石化、冶金等行业的管道污水流量计量也同样适用。

迪纳声插入式多普勒超声流量计在污水流量计量方面的应用