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電池供電超聲水表在水計量中的應用

2016-07-22

引言

煉油廠新鮮水外供交接計量使用的大多數是機械式水表,漏損率一直是影響經濟效益的重要指標,漏損率高的主要因素是機械式水表始動流量較高造成的。用戶在實際用水過程中經常使機械式水表處在臨界或低于始動流量狀態下工作,造成用水量丟失導致漏損率提高。新鮮水外供耗電量是影響經濟效益的另一個指標,機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,水價和電價不斷提高,改善上述兩項指標不僅可以提高煉油廠的經濟效益,同時對煉油廠節能、節水也有著深遠的意義,選用電池供電超聲水表可從根本上解決計量丟量方面的問題,真正實現精細管理。

1 電池供電超聲水表特點和測量原理及安裝要求

1.1 水表特點

電池供電超聲水表介質流速范圍0.01~32.00 m/s,準確度±(0.5%~ 1%),無任何活動的機械部件,無壓力損失和磨損,具有測量精度長期不發生變化且運行穩定、可靠的特點,用戶無需設置參數,可任意角度安裝。標準單節電池可連續工作6 年,選配電池可連續工作10年以上??展軤顟B自動進入省電模式,滿管狀態自動進入正常測量模式。

1.2 水表結構和測量原理

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間,當超聲波在流動的水中傳播時產生傳播速度差, 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、累積等系統組成,超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量,并將其發射到被測流體中,接收器接收到的超聲波信號,經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算,實現了流量的測量。

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 ——超聲波傳播時間;D——管道內徑;v——管道中水的流速。

由數學模型可推出v∝f(t2 -t1)。由于vc>>vsinθ (其中vc為超聲波在水中的傳播流速), 所以時間差t2 -t1 很短。因此時間檢測分辨率小于1ns , 該指標是決定超聲水表始動流量的重要因素。

1.3 水表安裝及應用注意事項

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,要盡量遠離機泵和閥門,如果有機泵,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,如果直管段長度達不到要求,測量準確度將會下降。

a)管道參數。在舊管線上安裝超聲水表時,一定要準確地得到管道的參數,如管道的外徑、壁厚等,以求得準確的測量結果。

b)安裝方式。由于管道中的氣泡和雜質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,應該水平安裝,這樣可使氣泡聚集在管道上方,大的雜質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。另外,超聲水表安裝的部位要有一定的背壓,保證管道內充滿流體,沒有氣泡或者氣泡較少以保證測量精度。

c)信號強度和信號良度檢查。信號強度表示上下游探頭的信號強度,信號良度表示上下兩個傳輸方向的信號峰值,可以輔助判斷接受信號的優良程度。

d)傳輸時間和傳輸時差的檢查。傳輸時間表示超聲波平均的傳輸時間,傳輸時差表示超聲波上下游傳輸時間差。這兩個信號是超聲水表計算流速的主要依據,特別是傳輸時間差最能反映超聲水表工作是否穩定。如果這兩個信號不穩定,應檢查傳感器探頭安裝點是否合適,設置數據是否正確。

e)應用注意事項。安裝不合理是超聲水表不能正常工作的主要原因。安裝時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速器、機泵等污染電源的場合。

及時核校是確保超聲波準確計量的前提:堅持一裝一校,即對每一臺新安裝超聲水表在調試時進行核校,確保選位好、安裝好、測量準;對在線運行的超聲水表發生流量突變時,利用便攜式超聲波流量計進行及時核校,查清流量突變的原因,確定是超聲水表發生故障還是流量發生了變化。

定期維護是確保超聲波長期運行的基礎工作,與其他流量儀表相比,超聲水表的維護量比較小,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定運行。

2 電池供電超聲水表與機械水表的對比

電池供電超聲水表與機械式水表重要技術性能指標(以DN200為例)對比見表1 所列。

3 經濟效益(以DN200水表為例)

3.1 節水效果

電池供電超聲水表的始動流量0.6m3/h,機械式水表始動流量2m3/h,其差值1.4m3/h,每天以6h小流量(小于2m3/h)計算,每年煉油廠新鮮水外供計量損失最多可達3 066m3,平均以3.8元/m3水價計算,每年煉油廠外供新鮮水將損失11 651元。

3.2 節電效果

機械式水表工作在常用流速1m/s(流量113 m3/h)時,產生的壓力損失約0.07MPa。而超聲水表壓力損失幾乎為0;當供水泵效率為80%,年供水時間約6 500h,按表2所給條件計算,超聲水表每年可節電能17 534度。按電價0.8元/度計算可節省資金14 027元。機械式水表和電池型超聲水表節電效果對比見表2所列(以DN200水表為例)。

表1 電池供電超聲水表與機械水表主要技術性能指標對比

 

表2 機械式水表和電池型超聲水表節電效果對比

由上述可知, 電池型超聲水表替換機械水表后,僅節水、節電兩項每年經濟效益保守估計應在25 678元。

4 電池供電超聲水表的實際應用

煉油廠外供新鮮水目前使用的計量儀表大多數是機械式水表。由于機械式水表始動流量較高, 用戶在實際用水過程中經常使機械式水表處在臨界或低于始動流量狀態下工作,造成用水量丟失,導致漏損率提高,影響了煉油廠的經濟效益。然而機械式水表較大的壓損會造成新鮮水外供耗電量的增加。為節能、節水提高煉油廠新鮮水外供的經濟效益,該廠在黑龍江龍鳳鎮安裝了一臺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,觀察中發現用戶在正常用水時,機械水表和電池供電超聲水表相差不大、在22:00~0:00點用水流量大多處于2m3/h左右,機械式水表間斷性計量,而電池供電超聲水表正常計量;在0:00~6:30點用水流量基本處于2m3/h以下,低于機械式水表的始動流量,機械式水表無計量顯示。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量。經過6個月的比對和觀察,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。按這個數字統計每年可為煉油廠挽回經濟損失近7萬元。電池供電超聲水表的應用不但解決了原機械式水表計量丟量問題,提高了煉油廠新鮮水外供的經濟效益,還解決了煉油廠邊遠地區新鮮水外供計量儀表的供電問題,同時為計量儀表安裝節省了大量的材料(儀表電源、電纜等)和維修費用。

5 結束語

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新鮮水交接計量上的應用,徹底解決了機械式水表始動流量高、漏損率高、壓損大、準確度低、使用壽命短等諸多問題,提高了煉油廠新鮮水外供計量的準確度,解決了煉油廠邊遠地區新鮮水外供計量儀表的供電問題,大大提高了煉油廠節能、節水及能源計量方面的經濟效益和社會效益。

文章摘自:于慶河,楊易朋,于國軍,林濤.電池供電超聲水表在水計量上的應用.石油化工自動化,2010,2:66-68

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