超声波流量计在某灌区总干渠工程中的应用

李海峰

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000)

0 引言

某灌区总干渠工程全长约168 km，设计流量74 m3/s，加大流量85 m3/s，属大(Ⅰ)型Ⅰ等工程，承担160万亩的灌区灌溉供水任务，是一项具有灌溉、发电、防洪、生态等综合社会效益的工程。工程沿线水闸建筑物布设共计62座，为引水闸1座、节制闸13座、退水闸8座、扬水泵站4座、分水闸35座，在工程运行中发挥着重要的作用。分水闸包括明渠式和干管式分水闸，其中干管式分水闸32座，管道结构有钢管结合PCCP管，闸门形式为蝴蝶阀，管径DN600，DN800，DN1 000，是主要布设流量计量设备的闸站。

总干渠工程渠线长、输水流量大，建筑物多，需要建立一套科学、有效的自动化调度系统，来为工程安全调度、运行管理服务。而分水口水量计量系统是自动化系统的重要组成部分，其作用是现场采集各分水口流量数据，远程传输至监控中心，为运行调度管理提供必要的决策依据;同时计量系统可以随时监测用水户的用水情况，使供水和用水双方随时明确供水及用水水量，算清水账。因此，在工程发挥效益前完成各分水口水量计量设施的建设是非常必要和紧迫的。

1 工程运行方式及设备选型

1.1 工程运行与控制

总干渠工程采用明渠结合隧洞、渡槽输水，目前工程的配套灌区的建设属于起步阶段，工程引水未达到设计水位，为了满足分水闸进水高程要求，利用节制闸将干渠分成多个渠段，每个渠段相当于一个小水库，在引水调度时，通过控制这些小水库来控制整个干渠水位，以达到分水闸供水的目的。此外，从干渠的安全考虑，沿线设置8个退水闸，用于退出多余引水及紧急事故退水。

工程运行选用干渠水位及闸前水位的方式作为渠道的运行控制方式，以流量作为控制输出，确保了工程的调度运行安全。

1.2 设备选型

1.2.1 选型原则

选择流量计的原则首先是要深刻地了解各种流量计的结构原理和流体特性等方面的知识，同时还要根据现场的具体情况及考察周边的环境条件进行选择。也要考虑到经济方面的因素。一般情况下，主要应从下面四个方面进行选择:

1)流量计的性能要求;2)流体特性;3)安装要求;4)环境条件。

1.2.2 设备选型

由于总干渠工程已建成，渠道、闸房、管道、阀门的总体布置已固定，分水口计量设施的安装受现场条件的制约，不宜做较大的土建改造，因此要尽量选择投资小、效果好、精度高的实施方案，来实现各分水口水量计量的功能。

在设备选型前，我们针对水量计量系统建设项目进行了前期调研、设备考察、方案优选等工作，并结合选型原则反复对比分析最终选用插入式超声波流量计，插入式超声波流量计优点:1)广泛应用于大直径管道，不会因管径大而增加投资;2)设备运行稳定，免维护，使用寿命持久;3)设备计量的可靠性高，计量精度高;4)具有不停产安装、无压力损失等特点;5)设备价格不高，安装简单，投资较少;6)无需校定，简单调试就可以正常使用。

在确立设备选型方案的基础上，我们还针对设备应用环境、安装要求、性能等方面，进行了数次现场试验，逐步补充和完善了分水口计量实施方案，为方案实施后取得较好的效果奠定了基础。

2 流量计的安装与校验

2.1 流量计安装

超声波流量计的安装工序简单，易于实施，关键步骤是选取测量点，然后将传感器安装在管道上，最后把测量点的水管参数输入流量计中，开始计量。超声波流量计的测量点宜选择距上游10倍管径长度、距下游5倍管径长度的均匀直管段，即选择水流分布均匀的管段，要充满水(无论垂直或水平管段)，另外测量点应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源，以减少测量误差达到测量精度的要求。

超声波流量计传感器的安装质量直接影响水流量测量的准确性、可信度和运行可靠性。对于本工程中采用的低压PCCP管道，管材由多种材质组成(见图1)，对流量计的安装造成了一定的难度。前期方案阶段，经咨询PCCP管道供应厂家、专家，反复技术论证、现场试验，最终采用人工剥离管道表面水泥砂浆保护层，将钢筒表面的缠绕预应力钢丝分离，分离的范围满足球阀底座可以焊接要求，在钢筒上焊接底座，连接球阀，利用专用钻孔工具在不停产状态下采用Z方式安装传感器，达到了预期的效果。

图1 管材的组成部分示意图

2.2 流量计调试

流量计调试是对感应器的正确安装进行调校，主要是使得发射感应器的声波信号经流体中传播以后能正常地被接收感应器所接收，以确保设备的可靠运行。调校主要是通过检查接收信号强度、信号质量来确定的。信号强度、信号质量直接关系到流量值的准确性。对于上述两个检验项目，都是用0～99的数值大小来反映的，数值越大越稳定可信，反之，就要逐级排查安装环节，找出数值偏小的原因，一般是由发射、接收信号的传感器错位引起的。

2.3 流量计校验

分水口流量计安装调试完成后，对各分水口进行了校验，主要采用如下方法:1)结合工程实际，运用体积比对法;2)利用外夹式超声波流量计比对法;3)使用流速仪比对法。

在实践中，作者对安装的32台超声波流量计进行了比对校验，针对不同的闸后连接条件采取不同的方法，部分采用多种方法联合校验比对。从试验数据分析表明，在满足安装要求的条件下，超声波流量计运行稳定可靠，未出现异常现象，经多次测量误差基本控制在±5%以内，可以满足本工程农业灌溉供水的要求。

3 工程使用中的维护和检修

对于插入式超声波流量计，要定期清理传感器上沉积的杂质、水垢等，检查有无漏水现象，定期维护可以确保超声波流量计的长期稳定运行。另外，结合超声波流量计在本工程的使用中常见故障总结出解决办法，以供大家参考。

1)读数不稳定，测量数据上下浮动大。管理人员在检查时，发现在蝶阀开度接近全开时，超声波仪表盘显示的测量数据不稳定，上下浮动大，经咨询厂家、现场排查，分析主要是由于管道振动引起的，因此在管道采取防振措施，现象消失。

2)流量计显示流量数据误差大或流量显示为零。由于本工程采用的是单通道的超声波流量计，对于管内液体满管要求较高，若管内液体不能达到满管或者含有大量气泡，影响测量精度;对于管内水位不能达到半管条件时，将会出现流量显示为零的情况，遇到上述情况，需要采取抬高分水闸闸前水位，使管道充满液体，达到计量精度。另外也不排除误差较大，输入管道内径时输入错误的情况。

3)流量计信号强度降低。流量计在使用过程中，发现信号强度降低，出现这种情况时要检查传感器方向是否发生偏移或传感器表面是否存在杂草、杂物、水垢等，如果有要及时调整传感器位置或清洗传感器发射面。

4)其他问题。如发现仪表无显示、仪表仅有背光时，要及时检查电源连接情况，检查保险丝是否烧断，如排除以上因素，建议把仪器返厂由专业技术人员检查。另外在电源不稳定的情况下使用时，要配备稳压电源，避免发生不必要的损失。

4 结语

流量计是灌溉供水计量过程中非常重要的计量仪表，它的计量是否准确、可靠，关系到水量的精确计算、水费征收和水量调度安全，所以做好流量计选型、安装调试及校验工作非常重要。某灌区总干渠工程分水口均采用插入式超声波流量计进行水量计量，通过两年多的实际使用，现场反映情况良好，故障率低，具有较高的稳定性，在工程使用中取得了较好的效果，对工程的控制、调度与计量发挥了关键作用。

［1］SL 61-2003，水文自动化测报系统规范［S］.

［2］GB 11830-1999，水文测报装置流量计［S］.

［3］SL/T 232-1999，动态测量、流速标准装置校验方法［S］.

［4］超声波流量计使用说明［Z］.

［5］北京菲格瑞思仪表有限公司.分析超声波流量计的常见故障［Z］.