关于泥沙海水混合液体介质中流量计的选用
点(diǎn)击次数:2313 发布时间:2020-08-18 14:42:44
疏浚船舶泥浆流量计是计算挖泥产量、指导施工(gōng)操作(zuò)的重要设备之一,所测流量数据(jù)为施工管理提供重(chóng)要的决策依据。现阶段疏浚船舶泥(ní)浆流量(liàng)计多为接触式电磁流量计,新型超声波(bō)及声呐阵列流量计应用于石(shí)油(yóu)化工、矿山采矿、钢铁等行业(yè),应用于疏(shū)浚船舶(bó)的案例较少。疏(shū)浚船舶泥浆流量计测量介质(zhì)为固液(yè)两相流,施工过程复(fù)杂多变,衡量泥浆流量计是否适用于疏浚船舶的*要因素为测(cè)量稳定性,测量的稳定性直接影响着施(shī)工效率;流量计的测量稳定性与流量计的工作原理、安装方式、使用寿(shòu)命及测(cè)量介质有(yǒu)着密切的关系。
将新型超声波流量计、新型声呐阵列流量计安装在某绞吸船,测量介(jiè)质为贝壳泥沙海水混合液体;通过对绞吸船施工监(jiān)测来(lái)记录新型流量计的流速数据,并与绞吸船(chuán)现役的电磁流量计所测流速数(shù)据对比分析,通过对比可知新型流量计是否适用于疏浚船舶(bó)。
1、工(gōng)作原理
1.1电磁流量(liàng)计
电磁流量计(jì)的工作原理是基(jī)于法拉*电磁感应定律。在电磁流量计中,测(cè)量管内的导电介质相当于法拉(lā)*试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定(dìng)磁(cí)场。当有(yǒu)导电介质流过时,则会产生感应电压。管道内部(bù)的两(liǎng)个电*测量(liàng)产生的感应电压。测(cè)量管(guǎn)道通过不(bú)导电的内衬(橡胶,特氟隆等)实现与流体和测量(liàng)电*的电磁隔离,如图(tú)所示。
将新型超声波流量计、新型声呐阵列流量计安装在某绞吸船,测量介(jiè)质为贝壳泥沙海水混合液体;通过对绞吸船施工监(jiān)测来(lái)记录新型流量计的流速数据,并与绞吸船(chuán)现役的电磁流量计所测流速数(shù)据对比分析,通过对比可知新型流量计是否适用于疏浚船舶(bó)。
1、工(gōng)作原理
1.1电磁流量(liàng)计
电磁流量计(jì)的工作原理是基(jī)于法拉*电磁感应定律。在电磁流量计中,测(cè)量管内的导电介质相当于法拉(lā)*试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定(dìng)磁(cí)场。当有(yǒu)导电介质流过时,则会产生感应电压。管道内部(bù)的两(liǎng)个电*测量(liàng)产生的感应电压。测(cè)量管(guǎn)道通过不(bú)导电的内衬(橡胶,特氟隆等)实现与流体和测量(liàng)电*的电磁隔离,如图(tú)所示。

1.2超声波流量计(jì)
超声(shēng)波流量计(jì)是(shì)利用超声脉冲在流体中传播的速(sù)度与流体的速度有对应的关系,即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的速度要快,顺流与逆流两种超声脉冲(chōng)传播的时间差越大,则流量越大原理。如图2所(suǒ)示流量计(jì)工作时,处在上游的换能(néng)器(qì)发射调(diào)制后的超声波脉冲,为顺流传播,下游的换能器接收到脉冲后(hòu)再返回一个相同调制脉冲,该脉冲逆流传播(bō)到上(shàng)游换能器,根据两束脉冲的传播距离、传播时间可以计算出(chū)声速、被测量介质流(liú)速。新型超(chāo)声波流量计的改进(jìn)之处即在于这个脉冲的抗干扰性,脉(mò)冲由一个已知低频波形去调制固定高频,这样接收端可以进行波形(xíng)比对,滤除常见的介质噪声;计算声波传(chuán)输时间时采取波形鉴相技术,提(tí)高(gāo)了(le)声波传输时间的精确性,进而提高流量计的测量精(jīng)度。
2、流量计应用测试
2.1测试条件
1)时间:2016年4月15日;
2)地点:厦门(mén)新机场;
3)船舶:新海豚(tún)绞吸船;
4)流量计型号:科(kē)隆电磁(cí)流(liú)量计(jì)、德国FLEXIM便携式外夹超声波流量计(4个探头)、美国CIDRA抱箍式声呐阵列波流量计;
5)流量计口径:DN850;
6)安装位(wèi)置:排泥金属(shǔ)主(zhǔ)管道(如图3依次为超声波、声呐阵列、电磁流量计);
7)介质:贝壳泥(ní)沙海水混合液体(施工稳定阶段浓度为30%)
2.2测试准备与开(kāi)始
超声波流量计(jì)的安装对管道要求较高,安装前(qián)需对管道的内壁进行(háng)厚度测量,测厚过程中发现管道(dào)内壁厚薄不均(jun1)匀,为了避免管道表面不平(píng)整导致探头信号衰减,安(ān)装(zhuāng)探头时在(zài)其表面涂抹较(jiào)厚的耦合剂(jì)以此填补管道表面凹痕。为确保测试(shì)原始真实性,3种流量(liàng)计仪(yí)表通(tōng)电后,除基本参(cān)数外,其余优化参数均不设置。
测试准备完成后,对绞吸船启泵、停泵及施工稳定阶段流量计的应用情况进行测试,并(bìng)记录测(cè)试数据。
3、流量(liàng)计测试数据及分析
3.1施工稳定阶段测试
对施工稳定阶段中3种流量计所测介质流速数(shù)据记录(lù),截取其中一(yī)段数据绘制成曲线如图4所(suǒ)示。
对曲线中3种流(liú)量计所测介(jiè)质流速数据做比较分析,3种流量计所测流速之间关系为(wéi)(系数为数据段的平均倍数):
v超声波=1.046v电磁
v声呐=1.056v电磁
标准差是反映数(shù)据样本内个体(tǐ)间的离散型,流速的标(biāo)准差可(kě)反映
3种流量计测量的稳(wěn)定性。
3种流量计所测流速数据的标准差分别为:
s电磁=0.54
s超声波=0.51
s声呐=0.47
由图4及数据分析可知,因*1次测试,流量计仪表只进行初始参数设置,此次测试3种流量(liàng)计流速波动都较大。根据(jù)测量(liàng)情况,对3种流量计仪表参数进行优化设置,优化后再次进(jìn)行测(cè)试,测试数据曲线如图5所示。
选取其(qí)中一段相对稳定的数据(jù)进(jìn)一步(bù)分(fèn)析可知(选取的样本数与*1次测试相同):
v超声波=1.031v电磁
v声呐=1.044v电磁
3种流量计所测流速数据的标准差为:
s电磁=0.42
s超声波=0.41
s声呐(nà)=0.35
综上可知2次测(cè)试中3种流量(liàng)计所(suǒ)测介质流速之间关系为v声呐>v超声波>v电磁(cí);*2次测试中3种流量计所测流速较*1次更加稳定,且声呐阵列流(liú)量计所测流(liú)速依然是*稳定,超声波流量计所(suǒ)测流速的稳定性与泥浆流(liú)量计(jì)所测流速的稳定性相当。
3.2启动、停止测试
施工稳定阶段测试中用于(yú)分析的数据是截取(qǔ)流量稳定后的(de)一段,对于绞吸船泥泵启动初期、停止时流量计所测流速数据没有进行比较分析;为综(zōng)合分析施工各(gè)个阶(jiē)段流量计测量(liàng)情况,将绞吸船泥泵启(qǐ)动初期、停止时的流量计所测流(liú)速(sù)数(shù)据进行对比分析。截取(qǔ)测试中泥泵由停(tíng)止(zhǐ)再到启动时的流量(liàng)计所测流(liú)速数据绘制成曲线,如图6所示。
由图6可知在泵停(tíng)止阶段,在流速下降阶段声(shēng)呐阵列流量计相对有(yǒu)较大的波动,超声(shēng)波及泥浆流量计相对稳定;小流速阶段,声呐(nà)阵列流量先无法测量到流速,后(hòu)出现间歇(xiē)的抖动;超声波(bō)流量计和泥浆流量计所(suǒ)测流(liú)速相对平滑下降直到流速为0。在泵启动初期,声呐(nà)阵列流量(liàng)计会有较大(dà)的波动,超声波流量(liàng)计和泥浆流量计上升相对稳定平滑。
新型声呐阵列流量计所测介质流速在泵启动阶段虽然有较大的波动,但是能在短时间内稳定下来,因此波动不会对施工稳定阶段产生较大(dà)的(de)影(yǐng)响。
4、流(liú)量计固有特性分析
1)安(ān)装方式
泥浆流量计为接(jiē)触式安装,需安装在管道上,安装时需拆卸管(guǎn)道;新型超声波流量计和声呐(nà)阵列流量计(jì)都为(wéi)非接触式安装,只需对管路进行处(chù)理后外(wài)夹在管路上即可。
2)使用寿命
安装方式很大程(chéng)度上决定流量计(jì)的使(shǐ)用寿命;泥浆流量计是接触式安装,流量计受介质流动而磨损,新型超声波流量计和声呐阵列流量计为非接触式安装,不受(shòu)介质流动影响,故新型超声波流量(liàng)计与(yǔ)声呐阵列流量计的使用寿命比泥浆流量计使用寿命长。
v超声波=1.031v电磁
v声呐=1.044v电磁
3种流量计所测流速数据的标准差为:
s电磁=0.42
s超声波=0.41
s声呐(nà)=0.35
综上可知2次测(cè)试中3种流量(liàng)计所(suǒ)测介质流速之间关系为v声呐>v超声波>v电磁(cí);*2次测试中3种流量计所测流速较*1次更加稳定,且声呐阵列流(liú)量计所测流(liú)速依然是*稳定,超声波流量计所(suǒ)测流速的稳定性与泥浆流(liú)量计(jì)所测流速的稳定性相当。
3.2启动、停止测试
施工稳定阶段测试中用于(yú)分析的数据是截取(qǔ)流量稳定后的(de)一段,对于绞吸船泥泵启动初期、停止时流量计所测流速数据没有进行比较分析;为综(zōng)合分析施工各(gè)个阶(jiē)段流量计测量(liàng)情况,将绞吸船泥泵启(qǐ)动初期、停止时的流量计所测流(liú)速(sù)数(shù)据进行对比分析。截取(qǔ)测试中泥泵由停(tíng)止(zhǐ)再到启动时的流量(liàng)计所测流(liú)速数据绘制成曲线,如图6所示。
由图6可知在泵停(tíng)止阶段,在流速下降阶段声(shēng)呐阵列流量计相对有(yǒu)较大的波动,超声(shēng)波及泥浆流量计相对稳定;小流速阶段,声呐(nà)阵列流量先无法测量到流速,后(hòu)出现间歇(xiē)的抖动;超声波(bō)流量计和泥浆流量计所(suǒ)测流(liú)速相对平滑下降直到流速为0。在泵启动初期,声呐(nà)阵列流量(liàng)计会有较大(dà)的波动,超声波流量(liàng)计和泥浆流量计上升相对稳定平滑。
新型声呐阵列流量计所测介质流速在泵启动阶段虽然有较大的波动,但是能在短时间内稳定下来,因此波动不会对施工稳定阶段产生较大(dà)的(de)影(yǐng)响。
4、流(liú)量计固有特性分析
1)安(ān)装方式
泥浆流量计为接(jiē)触式安装,需安装在管道上,安装时需拆卸管(guǎn)道;新型超声波流量计和声呐(nà)阵列流量计(jì)都为(wéi)非接触式安装,只需对管路进行处(chù)理后外(wài)夹在管路上即可。
2)使用寿命
安装方式很大程(chéng)度上决定流量计(jì)的使(shǐ)用寿命;泥浆流量计是接触式安装,流量计受介质流动而磨损,新型超声波流量计和声呐阵列流量计为非接触式安装,不受(shòu)介质流动影响,故新型超声波流量(liàng)计与(yǔ)声呐阵列流量计的使用寿命比泥浆流量计使用寿命长。
5结(jié)语
通过对新型泥浆流量计测试含贝壳泥沙海水混合(hé)液体介质并与现役电磁流量计对比可知(zhī),新型超声波流量计、声呐阵列流量计所测(cè)介质(zhì)流(liú)速大于现役电磁流量计所测介质流速;在施工稳定阶段,新型声呐(nà)阵列流量计流速测量具有更好的稳定性,新型超声波流量计与(yǔ)船舶现役电磁流(liú)量计流速测量稳定性相当。综合考虑泥浆流量计固有特(tè)性及测试(shì)结果,新型超声波流量计与声呐(nà)阵列流量计流速测量稳定性满足疏(shū)浚船舶要求,适用于疏浚船舶。
通过对新型泥浆流量计测试含贝壳泥沙海水混合(hé)液体介质并与现役电磁流量计对比可知(zhī),新型超声波流量计、声呐阵列流量计所测(cè)介质(zhì)流(liú)速大于现役电磁流量计所测介质流速;在施工稳定阶段,新型声呐(nà)阵列流量计流速测量具有更好的稳定性,新型超声波流量计与(yǔ)船舶现役电磁流(liú)量计流速测量稳定性相当。综合考虑泥浆流量计固有特(tè)性及测试(shì)结果,新型超声波流量计与声呐(nà)阵列流量计流速测量稳定性满足疏(shū)浚船舶要求,适用于疏浚船舶。
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