超聲波流量計在某灌區總干渠工程中的應用

李海峰

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆烏魯木齊 830000)

0 引言

某灌區總干渠工程全長約168 km，設計流量74 m3/s，加大流量85 m3/s，屬大(Ⅰ)型Ⅰ等工程，承擔160萬畝的灌區灌溉供水任務，是一項具有灌溉、發電、防洪、生態等綜合社會效益的工程。工程沿線水閘建筑物布設共計62座，為引水閘1座、節制閘13座、退水閘8座、揚水泵站4座、分水閘35座，在工程運行中發揮著重要的作用。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，管道結構有鋼管結合PCCP管，閘門形式為蝴蝶閥，管徑DN600，DN800，DN1 000，是主要布設流量計量設備的閘站。

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、有效的自動化調度系統，來為工程安全調度、運行管理服務。而分水口水量計量系統是自動化系統的重要組成部分，其作用是現場采集各分水口流量數據，遠程傳輸至監控中心，為運行調度管理提供必要的決策依據;同時計量系統可以隨時監測用水戶的用水情況，使供水和用水雙方隨時明確供水及用水水量，算清水賬。因此，在工程發揮效益前完成各分水口水量計量設施的建設是非常必要和緊迫的。

1 工程運行方式及設備選型

1.1 工程運行與控制

總干渠工程采用明渠結合隧洞、渡槽輸水，目前工程的配套灌區的建設屬于起步階段，工程引水未達到設計水位，為了滿足分水閘進水高程要求，利用節制閘將干渠分成多個渠段，每個渠段相當于一個小水庫，在引水調度時，通過控制這些小水庫來控制整個干渠水位，以達到分水閘供水的目的。此外，從干渠的安全考慮，沿線設置8個退水閘，用于退出多余引水及緊急事故退水。

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

1.2 設備選型

1.2.1 選型原則

選擇流量計的原則首先是要深刻地了解各種流量計的結構原理和流體特性等方面的知識，同時還要根據現場的具體情況及考察周邊的環境條件進行選擇。也要考慮到經濟方面的因素。一般情況下，主要應從下面四個方面進行選擇:

1)流量計的性能要求;2)流體特性;3)安裝要求;4)環境條件。

1.2.2 設備選型

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，分水口計量設施的安裝受現場條件的制約，不宜做較大的土建改造，因此要盡量選擇投資小、效果好、精度高的實施方案，來實現各分水口水量計量的功能。

在設備選型前，我們針對水量計量系統建設項目進行了前期調研、設備考察、方案優選等工作，并結合選型原則反復對比分析最終選用插入式超聲波流量計，插入式超聲波流量計優點:1)廣泛應用于大直徑管道，不會因管徑大而增加投資;2)設備運行穩定，免維護，使用壽命持久;3)設備計量的可靠性高，計量精度高;4)具有不停產安裝、無壓力損失等特點;5)設備價格不高，安裝簡單，投資較少;6)無需校定，簡單調試就可以正常使用。

在確立設備選型方案的基礎上，我們還針對設備應用環境、安裝要求、性能等方面，進行了數次現場試驗，逐步補充和完善了分水口計量實施方案，為方案實施后取得較好的效果奠定了基礎。

2 流量計的安裝與校驗

2.1 流量計安裝

超聲波流量計的安裝工序簡單，易于實施，關鍵步驟是選取測量點，然后將傳感器安裝在管道上，最后把測量點的水管參數輸入流量計中，開始計量。超聲波流量計的測量點宜選擇距上游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)，另外測量點應充分遠離閥門、泵、高壓電和變頻器等干擾源，以減少測量誤差達到測量精度的要求。

超聲波流量計傳感器的安裝質量直接影響水流量測量的準確性、可信度和運行可靠性。對于本工程中采用的低壓PCCP管道，管材由多種材質組成(見圖1)，對流量計的安裝造成了一定的難度。前期方案階段，經咨詢PCCP管道供應廠家、專家，反復技術論證、現場試驗，最終采用人工剝離管道表面水泥砂漿保護層，將鋼筒表面的纏繞預應力鋼絲分離，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狀態下采用Z方式安裝傳感器，達到了預期的效果。

圖1 管材的組成部分示意圖

2.2 流量計調試

流量計調試是對感應器的正確安裝進行調校，主要是使得發射感應器的聲波信號經流體中傳播以后能正常地被接收感應器所接收，以確保設備的可靠運行。調校主要是通過檢查接收信號強度、信號質量來確定的。信號強度、信號質量直接關系到流量值的準確性。對于上述兩個檢驗項目，都是用0～99的數值大小來反映的，數值越大越穩定可信，反之，就要逐級排查安裝環節，找出數值偏小的原因，一般是由發射、接收信號的傳感器錯位引起的。

2.3 流量計校驗

分水口流量計安裝調試完成后，對各分水口進行了校驗，主要采用如下方法:1)結合工程實際，運用體積比對法;2)利用外夾式超聲波流量計比對法;3)使用流速儀比對法。

在實踐中，作者對安裝的32臺超聲波流量計進行了比對校驗，針對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合校驗比對。從試驗數據分析表明，在滿足安裝要求的條件下，超聲波流量計運行穩定可靠，未出現異常現象，經多次測量誤差基本控制在±5%以內，可以滿足本工程農業灌溉供水的要求。

3 工程使用中的維護和檢修

對于插入式超聲波流量計，要定期清理傳感器上沉積的雜質、水垢等，檢查有無漏水現象，定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩定運行。另外，結合超聲波流量計在本工程的使用中常見故障總結出解決辦法，以供大家參考。

1)讀數不穩定，測量數據上下浮動大。管理人員在檢查時，發現在蝶閥開度接近全開時，超聲波儀表盤顯示的測量數據不穩定，上下浮動大，經咨詢廠家、現場排查，分析主要是由于管道振動引起的，因此在管道采取防振措施，現象消失。

2)流量計顯示流量數據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，對于管內液體滿管要求較高，若管內液體不能達到滿管或者含有大量氣泡，影響測量精度;對于管內水位不能達到半管條件時，將會出現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，達到計量精度。另外也不排除誤差較大，輸入管道內徑時輸入錯誤的情況。

3)流量計信號強度降低。流量計在使用過程中，發現信號強度降低，出現這種情況時要檢查傳感器方向是否發生偏移或傳感器表面是否存在雜草、雜物、水垢等，如果有要及時調整傳感器位置或清洗傳感器發射面。

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

4 結語

流量計是灌溉供水計量過程中非常重要的計量儀表，它的計量是否準確、可靠，關系到水量的精確計算、水費征收和水量調度安全，所以做好流量計選型、安裝調試及校驗工作非常重要。某灌區總干渠工程分水口均采用插入式超聲波流量計進行水量計量，通過兩年多的實際使用，現場反映情況良好，故障率低，具有較高的穩定性，在工程使用中取得了較好的效果，對工程的控制、調度與計量發揮了關鍵作用。

［1］SL 61-2003，水文自動化測報系統規范［S］.

［2］GB 11830-1999，水文測報裝置流量計［S］.

［3］SL/T 232-1999，動態測量、流速標準裝置校驗方法［S］.

［4］超聲波流量計使用說明［Z］.

［5］北京菲格瑞思儀表有限公司.分析超聲波流量計的常見故障［Z］.