超聲波明渠流量計在PVC企業中的應用

周紅燕

(石河子天域新實化工有限公司，新疆 石河子 832000)

在PVC生產中，水處理是生產的重中之重，污水中揮發物、懸浮物、助劑、微生物等含量很大，生產達標排放有很大難度，各大化工企業都對污水達標排放配置了相應的先進處理設施，但污水中仍有一些未處理成分。設置明渠是PVC生產中集中污水常用的排水設施，實時監測明渠流量可以有效地預防污水各項指標。現有的明渠流量計種類繁多,如何選擇適用于PVC生產的可連續測量的明渠流量計是非常重要的。

在PVC生產過程中，含有粒狀雜質、酸堿等的污水較多，這些雜質易淤積在明渠流量計探頭表面,會影響明渠流量計的正常工作與穩定運行。為此，在應用明渠流量計時，要充分考慮上述問題，并以此為設計、安裝、調試依據，設計出適用于PVC生產的連續在線測量裝置，且具有可靠性高、使用及維護便捷等特點。

超聲波因穿透能力強、傳播方向性好、精度高，在聲能的應用中已經獲得越來越廣泛的認可。它在液體中傳播距離遠，安裝維護方便，使用壽命長，環境適應性強，工作穩定，精度高，測量流量范圍廣，使得超聲波明渠流量計作為一種非接觸式測量設備在各行各業中有了更為廣闊的應用前景。隨著超聲波明渠流量計的技術日臻成熟，其能夠較好地適應各種惡劣條件下的污水排放測量(包括強酸、強堿等腐蝕性液體)，較好地適應污水排放的流量變化(0～999 99 L/s)[1]。在PVC生產中，隨著企業對環保的重視，超聲波明渠流量計對環境的監測保護和污染的治理起著重要的作用。

1 工作原理

超聲波明渠流量計是由超聲探頭與量水堰槽配合測量得出明渠流量信息的計量儀表，主要由耐腐蝕的量水槽或堰、非接觸式超聲波液位傳感器、微電腦監控儀組成，而微電腦監控儀主要由電源、微處理器、超聲波發射電路、輸入保護電路和放大濾波電路構成的信號調理電路、傳感器、顯示器與通訊電路等組成，根據被檢測信號的不同，其檢測方法也有很大差異。

超聲波流量計現場測量原理示意圖見圖1。

明渠流量計工作時，針對不同尺寸、不同現場、不同液體、不同動態流速等都有不同的測量方法及選型標準，主要是依據測量平均流速和液位截面積來計算總流量。超聲波感應器固定安裝在被測量液面上方，探頭向水面發射脈沖超聲波[2]。聲波通過空氣到達液面，經放大器放大后，聲波被液面反射成為反射波，探頭接收反射波稱為回波。明渠流量計根據發射波與回波、發射波與校正波之間的時差計算出探頭到液面的距離，再根據探頭到水位零液位的距離，即可計算出液位高度H=h-l,進而得出準確液位值。

H—水面高度;l—超聲波明渠流量計距水面高度；h—超聲波明渠流量計距水渠底部高度。

2 超聲波明渠流量計的種類

明渠流量計根據配置的堰槽不同分為堰式流量計和槽式流量計，槽式流量計又分為巴歇爾槽(P槽)和帕爾默·鮑魯斯槽(PB槽)流量計兩種。

(1)堰式流量計除測量堰板部分外，還包括相應液位計以及堰板上游足夠長的直流段和整流段等。其特點為：結構簡單，一般情況下價格便宜，測量精度高，可靠性好；但因水頭損失大，不能用于地勢比較平坦的渠道；堰上游易堆積固形物，要定期清理。

(2)P槽流量計的特點為：水中固態物質幾乎不沉積，隨水流排出；水位抬高比堰式流量計小，僅為其1/4，適用于不允許有大落差的渠道。

(3)PB槽流量計的特點為：水頭損失在非滿管流儀表中屬于較小的，喉道部槽頂自清洗效果顯著，幾乎不必考慮固體物的沉淀和堆積。

3 兩種流量計安裝及排放口的規范化

3.1 堰式流量計

(1)堰板上游水路需要設置整流段和導流段，也就是規范段，一般情況下，為避免污水流可能出現的波浪和旋流，應將整流段的長度設計為渠寬的10～15倍，這樣可以保證水流相對穩定，提高測量的準確度。

(2)在設計導流段時，為了適當增大導流段的儲水容量，可以將導流段的寬度、深度設計得比整流段相應尺寸稍大一些，同時為了防止水流溢出，側壁高度也要偏高一些。

(3)在設計整流段時，其底部水平面要求與側面垂直，軸線應為直線，寬度對稱均等，從而保證污水充滿后不產生形變。

(4)在設計堰板下游水位時，需要檢測下游水位的情況，以防止水位錯差時的影響，即堰板下游水位應低于零水位(堰缺口)150 mm。同時必須清除堰板及整流段可能產生的堆積物，否則可能使正常流速受到影響。

3.2 槽式流量計

(1)在設計槽式流量計時，要考慮急彎道或與支路匯合處產生局部混合流動時，有一段截面積不變的直渠道，當直渠道寬度為喉管長度的5～10倍或更長時，可以利用此直渠的緩沖作用。

(2)為改善流動條件，可將整流板設置在水位測量點上游最大流量的水位高度處，槽本體連接部位、側壁要有曲率、傾斜平面斜率等時也應考慮一定合適的角度，依據現場條件，按相關實踐參數進行確定。

(3)設置槽體后渠道，可適當按現場條件挖深渠道或加高渠側壁，防止上游水位升高時水溢流出渠道，并且槽體應遠離渠道水流較活躍端，避免水流影響測試的準確率。

4 超聲波流量計的安裝

綜上所述，超聲波明渠流量計安裝時需要注意安裝要求與規范。

(1)在實際使用過程中，要確保流量計安裝槽內的污水盡量無鐵、石等異物，為了避免此類問題，在流經流量計安裝槽前加裝過濾網。

(2)為了保證污水流動時的平衡性與緩沖性，應在流量計安裝槽邊設置1個水位聯通裝置，使其保持一定水位，保證水流無波紋，流動穩定。

(3)傳感器下端面與最高液位的距離應參照流量計安裝要求，同時應嚴格保證傳感器探頭發射面與液面平行。

(4)注意周圍是否有強電或電磁干擾等。

(5)上部安裝應注意搭建防水、防雪的隔離裝置。

(6)注意定期的巡查與檢測、檢定的規范性等。

5 結語

PVC企業在廢水排放過程中，根據廢水排放管、渠的條件選定合適的量水堰槽和規格后，還要科學地選擇安裝位置，嚴謹地執行安裝技術要求,以達到排放規范化。超聲波明渠流量計通過鍵盤設置儀表參數，可與各種量水堰槽配合使用；同時，超聲波明渠流量計對接觸介質無特殊要求，對腐蝕性及黏稠性介質亦可進行監測，比其他形式的流量計可靠性高；可在地表明渠、地下涵管等不同工況條件下正常使用，應用范圍廣，可達到準確測定廢水排放量的目的，在污水排放監控管理方面可發揮重要作用，值得在同行業中推廣。