欒　輝 馬　琳 鄒誠(chéng)誠(chéng) 王若堯 董智鶴 張譯之 張　芳

（中國(guó)石油安全環(huán)保技術(shù)研究院）

超聲波明渠流量計(jì)的比對(duì)監(jiān)測(cè)方法及存在問題

欒輝 馬琳 鄒誠(chéng)誠(chéng) 王若堯 董智鶴 張譯之 張芳

（中國(guó)石油安全環(huán)保技術(shù)研究院）

介紹了廢水流量計(jì)的種類及工作原理，闡述了不同量水堰槽的構(gòu)造及選用要求，以中國(guó)石油所屬企業(yè)應(yīng)用較為廣泛的超聲波明渠流量計(jì)為例對(duì)比對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行介紹。介紹了其測(cè)量原理，說明了比對(duì)監(jiān)測(cè)方法及相關(guān)技術(shù)要求，指出企業(yè)流量計(jì)比對(duì)監(jiān)測(cè)工作中存在：日常比對(duì)監(jiān)測(cè)工作未開展、日常計(jì)量檢定工作開展不好、流量計(jì)安裝及運(yùn)維管理方面存在的一些問題，提出制定流量計(jì)驗(yàn)收、日常比對(duì)監(jiān)測(cè)、運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，企業(yè)廢水排放口規(guī)范化改造，流量計(jì)規(guī)范安裝等建議。

超聲波明渠流量計(jì)；比對(duì)監(jiān)測(cè)；存在問題

0　引 言

廢水流量計(jì)是廢水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，也是少數(shù)幾種使用比制造困難的儀器儀表之一［1］。廢水流量數(shù)據(jù)是核定污染物排放總量的依據(jù)，為總量減排核算提供重要技術(shù)支撐。原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局在1996年頒布了《排污口規(guī)范化整治技術(shù)要求（試行）》（環(huán)監(jiān)［1996］470號(hào)），要求污水排放口應(yīng)設(shè)置規(guī)范的，便于測(cè)量流量、流速的測(cè)流段，列入重點(diǎn)整治的污水排放口應(yīng)安裝流量計(jì)。目前，國(guó)家廢水在線監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范［2-3］中無(wú)流量在線監(jiān)測(cè)標(biāo)定或數(shù)據(jù)有效性判別的技術(shù)規(guī)定，導(dǎo)致在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性審核中的流量監(jiān)測(cè)結(jié)果空缺［4］，流量在線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無(wú)法得到有效的保證，給使用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)核算污染物總量工作帶來難度。因此，繼續(xù)深入做好排放口規(guī)范化整治，開展廢水流量計(jì)的比對(duì)監(jiān)測(cè)方法研究工作是非常必要的。

1　廢水流量計(jì)

廢水流量計(jì)按照測(cè)量原理可以分為堰槽流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)、渦街流量計(jì)、容積流量計(jì)、差壓流量計(jì)等，按照渠道類型又可以分為明渠流量計(jì)和管道流量計(jì)［5］。

1.1超聲波明渠流量計(jì)

超聲波明渠流量計(jì)是利用超聲波回聲測(cè)距原理測(cè)量水位，再由儀表主機(jī)內(nèi)的運(yùn)算單元將水位信號(hào)換算成流量信號(hào)［6］。通過在明渠中安裝標(biāo)準(zhǔn)的量水堰槽，在規(guī)定的位置上設(shè)置超聲波液位計(jì)，測(cè)量流經(jīng)堰槽的水位，將水位值帶入規(guī)定的流量公式或經(jīng)驗(yàn)公式，算出廢水流量。廢水流量與水位呈正比對(duì)應(yīng)關(guān)系。為保證廢水流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確，超聲波明渠流量計(jì)還應(yīng)包括：堰體上游行近段、下游渠槽銜接段和水位觀測(cè)設(shè)施等3部分構(gòu)造。

由于超聲波流量計(jì)一般自帶校正棒，故可以有效避免濕度、風(fēng)速對(duì)超聲波速度的影響，有效保證了流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

由于超聲波明渠流量計(jì)采用非接觸方式，可以有效避免被測(cè)流體溫度、壓力、黏度、密度等因素的影響，同時(shí)超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、衍射小、方向性好、衰減小、穿透率大等特點(diǎn)，遇到雜質(zhì)或分界面有顯著反射的特點(diǎn)［6］，可以有效提高流量計(jì)量的精度，是應(yīng)用較為廣泛的一種流量測(cè)量方法，同時(shí)也是目前中國(guó)石油所屬企業(yè)采用較多的一種方法。

1.2管道流量計(jì)

管道流量計(jì)是指用于密閉管道流量測(cè)量的流量計(jì)，依據(jù)不同的測(cè)量原理可分為電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)、差壓流量計(jì)等，其中電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)采用非接觸式測(cè)量，不受流體腐蝕性、黏性影響，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，應(yīng)用較為廣泛。

1.2.1管道式電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)測(cè)量原理是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，通過測(cè)量具有傳導(dǎo)性的流體流經(jīng)電磁場(chǎng)時(shí)的電壓，從而獲得流體流速的方法。

1.2.2管道式超聲波流量計(jì)

通過測(cè)量超聲波在流體中傳播的時(shí)間，從而獲得流體流速的辦法，超聲波傳播的時(shí)間與液體的流速呈正比。

管道式超聲波流量計(jì)僅適用于無(wú)氣泡的單一純凈液體，而實(shí)際情況是工業(yè)管路中的流體往往因管壁結(jié)垢、管內(nèi)粗糙等因素造成流體流動(dòng)情況復(fù)雜，測(cè)量精度差等情況。另外，管道式超聲波流量計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)，還需考慮溫度及管內(nèi)粗糙程度的問題，通過標(biāo)準(zhǔn)校正曲線或用戶經(jīng)驗(yàn)校正曲線克服流體分布不均的情況，提高測(cè)量精度。

2　量水堰槽

與超聲波配套使用的量水堰槽有很多種，如薄壁堰、寬頂堰、三角堰、喉道槽等，在實(shí)際應(yīng)用中，可以依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件流量計(jì)、廢水外排流量范圍以及流量計(jì)自身安裝使用要求，選擇合適的量水堰槽。目前，在中石油企業(yè)使用較多的是巴歇爾槽，部分企業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)使用薄壁三角堰或者矩形堰。

超聲波明渠流量計(jì)除堰板部分外，還應(yīng)有液位計(jì)及上游足夠長(zhǎng)度的直渠段和整流段。堰板具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、測(cè)量精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，但是因水頭損失大，不能用于接近平坦地面的渠道，且堰上游容易形成堆積物，需要定期清理。巴歇爾槽具有固態(tài)沉積物可隨水排出，不沉淀，水位抬高比堰小等優(yōu)點(diǎn)，適用于無(wú)較大落差的渠道。

3　超聲波明渠流量計(jì)比對(duì)監(jiān)測(cè)

因廢水流量計(jì)種類較多，比對(duì)監(jiān)測(cè)方法多樣，下面就目前中石油企業(yè)安裝使用較為廣泛的超聲波明渠流量計(jì)的比對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行介紹。

3.1測(cè)量原理

超聲波明渠流量計(jì)是通過安裝量水堰槽，將明渠內(nèi)廢水流量的大小轉(zhuǎn)化為液位的高低，通過超聲波流量計(jì)對(duì)液位高低進(jìn)行測(cè)量，然后代入相應(yīng)的水位-流量計(jì)算公式，算出廢水流量。

廢水自由流的狀態(tài)下，通過堰槽的廢水流量Q與液位H的關(guān)系為：

式中：C為流量系數(shù)；H為等效液位高度，m；n是與堰槽有關(guān)常數(shù)。

堰槽內(nèi)廢水流量與液位的高低成正比，液位越高，流量越大。

3.2比對(duì)監(jiān)測(cè)方法

3.2.1準(zhǔn)備工作

廢水流量的比對(duì)監(jiān)測(cè)需有卷尺或者測(cè)量尺（精度為0.001 m）及裝有excel文件的筆記本電腦。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)先觀察堰槽形狀，依據(jù)《排污口規(guī)范化整治技術(shù)要求（試行）》（環(huán)監(jiān)［1996］470號(hào)），檢查堰槽設(shè)計(jì)及設(shè)備安裝位置是否符合規(guī)范要求，測(cè)量堰槽的各項(xiàng)參數(shù)，如巴歇爾槽喉口寬度、喉口上游水深，確定比對(duì)監(jiān)測(cè)使用的公式。

3.2.2監(jiān)測(cè)位置

巴歇爾槽的比對(duì)監(jiān)測(cè)位置應(yīng)選在喉口上游緊靠槽壁的位置，注意測(cè)量器具不能緊靠超聲波傳感器，以防對(duì)其造成干擾。測(cè)量器具要盡可能的細(xì)，且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，保證測(cè)量時(shí)不會(huì)發(fā)生彎曲形變，不會(huì)對(duì)水流較小的液位測(cè)量造成影響。矩形堰或三角堰的比對(duì)監(jiān)測(cè)位置應(yīng)選在堰槽出水口的上游，緊靠堰壁的位置，測(cè)量水頭高度。

3.2.3結(jié)果計(jì)算

一般企業(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施的驗(yàn)收?qǐng)?bào)告中規(guī)定了廢水流量的計(jì)算公式，可以依據(jù)該公式計(jì)算廢水流量；也可依據(jù)流量計(jì)說明書規(guī)定的計(jì)算公式計(jì)算廢水流量。比對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)，每次連續(xù)測(cè)量5次，取其平均值，作為比對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果。

4　流量計(jì)比對(duì)監(jiān)測(cè)工作存在的問題

4.1流量計(jì)日常比對(duì)監(jiān)測(cè)工作未開展

對(duì)于COD在線監(jiān)測(cè)儀、氨氮在線監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備，企業(yè)能夠嚴(yán)格依據(jù)國(guó)家相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，每月至少進(jìn)行一次實(shí)際水樣的比對(duì)試驗(yàn)和質(zhì)控樣試驗(yàn)，確保儀器設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)上傳準(zhǔn)確有效，但是對(duì)于流量計(jì)，國(guó)家尚無(wú)統(tǒng)一的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及比對(duì)監(jiān)測(cè)方法，廢水流量比對(duì)監(jiān)測(cè)工作不能有效開展，流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性無(wú)法得到保證，給污染物總量減排核算工作帶來較大難度。

4.2流量計(jì)日常計(jì)量檢定工作開展不好

計(jì)量部門頒布的流量計(jì)檢定規(guī)程［8］中規(guī)定的計(jì)量檢定是目前唯一保證流量計(jì)日常正常運(yùn)行、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效的技術(shù)要求［4］。同時(shí)，在HJ/T 355—2007《水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行與考核技術(shù)規(guī)范（試行）》中的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制中也要求“在線監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)通過檢定或校驗(yàn)，在有效期內(nèi)使用?！钡?，目前通過現(xiàn)場(chǎng)核查工作發(fā)現(xiàn)，大部分企業(yè)流量計(jì)定期檢定工作未開展，主要原因是：①企業(yè)所在地區(qū)無(wú)具備流量計(jì)計(jì)量檢定資質(zhì)的單位；②流量計(jì)計(jì)量檢定僅能送檢，而無(wú)來檢，流量計(jì)一旦安裝后，拆卸困難，特別是管道流量計(jì)，對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)活動(dòng)也會(huì)造成一定影響；③企業(yè)環(huán)保經(jīng)費(fèi)不足，不能做到流量計(jì)的一備一用，送檢周期較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致送檢時(shí)段內(nèi)廢水流量數(shù)據(jù)的缺失；④流量計(jì)計(jì)量檢定工作量大，對(duì)計(jì)量人員技術(shù)要求較高，很難頻繁開展。

4.3量水堰槽的設(shè)計(jì)與安裝不滿足規(guī)范要求

部分企業(yè)量水堰槽設(shè)計(jì)與安裝不能滿足《排污口規(guī)范化整治技術(shù)要求（試行）》（環(huán)監(jiān)［1996］470號(hào)），導(dǎo)致流量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。如溢流口0.75 m的矩形堰，溢流口加寬至0.8 m，巴歇爾槽喉口上寬下窄，均會(huì)導(dǎo)致流量監(jiān)測(cè)結(jié)果偏低［9］；部分企業(yè)廢水間歇性外排，瞬時(shí)外排水量增大，超出量水堰槽過水能力，導(dǎo)致流量計(jì)被水淹沒，不但導(dǎo)致流量數(shù)據(jù)失真，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)故障。

4.4流量計(jì)安裝不規(guī)范

部分企業(yè)進(jìn)入巴歇爾槽前直渠道長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致水流流速分布不均，亦或因場(chǎng)地空間限制，流量計(jì)安裝位置緊靠彎道或者水位落差較大位置，均會(huì)造成流量測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。另外，部分超聲波流量計(jì)無(wú)校正棒或者校正棒被水淹沒，流量計(jì)未固定，隨風(fēng)擺動(dòng)，均會(huì)導(dǎo)致流量監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)。

4.5流量計(jì)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤

部分企業(yè)廢水流量換算相關(guān)參數(shù)設(shè)置不正確，如巴歇爾槽喉口寬度、水位范圍、流量范圍等，導(dǎo)致流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

5　建 議

①應(yīng)盡快制定統(tǒng)一的流量計(jì)驗(yàn)收、日常比對(duì)監(jiān)測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為流量計(jì)的驗(yàn)收及比對(duì)監(jiān)測(cè)工作開展提供政策依據(jù)，為污染物總量減排核算提供有效的技術(shù)依據(jù)。

②應(yīng)針對(duì)流量計(jì)的日常運(yùn)維管理制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)定日常運(yùn)維管理內(nèi)容，為流量計(jì)正常穩(wěn)定運(yùn)行、上傳數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效提供技術(shù)依據(jù)。

③應(yīng)對(duì)流量計(jì)的計(jì)量檢定工作提出明確要求，在企業(yè)做好日常運(yùn)維管理及比對(duì)監(jiān)測(cè)工作的前提下，是否需要定期進(jìn)行計(jì)量檢定；為保證企業(yè)正常生產(chǎn)活動(dòng)不受影響，流量計(jì)的計(jì)量檢定是否可采用來檢的方式。

④因管道流量計(jì)比對(duì)監(jiān)測(cè)工作復(fù)雜，建議有條件的企業(yè)，盡可能將外排管道改造為明渠，安裝符合規(guī)范的量水堰槽，便于日常運(yùn)維管理及比對(duì)監(jiān)測(cè)。

⑤企業(yè)應(yīng)提高流量計(jì)相關(guān)工作的重視程度，確保排污口規(guī)范化改造及流量計(jì)的安裝符合規(guī)范要求，流量計(jì)參數(shù)設(shè)置正確，日常運(yùn)維管理到位，流量數(shù)據(jù)能夠作為總量核算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

6　結(jié)束語(yǔ)

廢水流量計(jì)是廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，為污染物排放量的核算以及總量減排核算提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。目前，企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)端排放口改造及流量計(jì)的安裝、驗(yàn)收及比對(duì)監(jiān)測(cè)等方面還存在一些問題，因此盡快開展廢水流量計(jì)標(biāo)定及比對(duì)監(jiān)測(cè)等相關(guān)技術(shù)研究，從國(guó)家層面制定并推行流量數(shù)據(jù)有效性審核的方法是非常必要的。

［1］ 付其鳳，楊亞磊，安旭朝.污水流量監(jiān)測(cè)中流量計(jì)的選擇［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（4）：49-51.

［2］ HJ/T 355—2007水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行與考核技術(shù)規(guī)范（試行）［S］.

［3］ HJ/T 356—2007水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效性判別技術(shù)規(guī)范（試行）［S］.

［4］ 唐桂剛，景立新，萬(wàn)婷婷，等.堰槽式明渠廢水流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性判別技術(shù)研究［J］.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013，29 （6）：175-178.

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（編輯 王薇）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.018

1005-3158（2015）06-0065-03

2015-08-06）

欒輝，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國(guó)石油安全環(huán)保技術(shù)研究院HSE檢測(cè)中心從事污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)維管理工作。通信地址：北京市昌平區(qū)沙河鎮(zhèn)西沙橋西中國(guó)石油創(chuàng)新基地A座，102206