關(guān)于泥沙海水混合液體介質(zhì)中流量計(jì)的選用

疏浚船舶泥漿流量計(jì)是計(jì)算挖泥產(chǎn)量、指導(dǎo)施工操作的重要設(shè)備之一，所測流量數(shù)據(jù)為施工管理提供重要的決策依據(jù)。現(xiàn)階段疏浚船舶泥漿流量計(jì)多為接觸式電磁流量計(jì)，新型超聲波及聲吶陣列流量計(jì)應(yīng)用于石油化工、礦山采礦、鋼鐵等行業(yè)，應(yīng)用于疏浚船舶的案例較少。疏浚船舶泥漿流量計(jì)測量介質(zhì)為固液兩相流，施工過程復(fù)雜多變，衡量泥漿流量計(jì)是否適用于疏浚船舶的*要因素為測量穩(wěn)定性，測量的穩(wěn)定性直接影響著施工效率；流量計(jì)的測量穩(wěn)定性與流量計(jì)的工作原理、安裝方式、使用壽命及測量介質(zhì)有著密切的關(guān)系。
將新型超聲波流量計(jì)、新型聲吶陣列流量計(jì)安裝在某絞吸船，測量介質(zhì)為貝殼泥沙海水混合液體；通過對絞吸船施工監(jiān)測來記錄新型流量計(jì)的流速數(shù)據(jù)，并與絞吸船現(xiàn)役的電磁流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)對比分析，通過對比可知新型流量計(jì)是否適用于疏浚船舶。
1、工作原理
1.1電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉*電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中，測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉*試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時，則會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個電*測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測量電*的電磁隔離，如圖所示。

1.2超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)是利用超聲脈沖在流體中傳播的速度與流體的速度有對應(yīng)的關(guān)系，即順流時的超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快，順流與逆流兩種超聲脈沖傳播的時間差越大，則流量越大原理。如圖2所示流量計(jì)工作時，處在上游的換能器發(fā)射調(diào)制后的超聲波脈沖，為順流傳播，下游的換能器接收到脈沖后再返回一個相同調(diào)制脈沖，該脈沖逆流傳播到上游換能器，根據(jù)兩束脈沖的傳播距離、傳播時間可以計(jì)算出聲速、被測量介質(zhì)流速。新型超聲波流量計(jì)的改進(jìn)之處即在于這個脈沖的抗干擾性，脈沖由一個已知低頻波形去調(diào)制固定高頻，這樣接收端可以進(jìn)行波形比對，濾除常見的介質(zhì)噪聲；計(jì)算聲波傳輸時間時采取波形鑒相技術(shù)，提高了聲波傳輸時間的精確性，進(jìn)而提高流量計(jì)的測量精度。

2、流量計(jì)應(yīng)用測試

2.1測試條件

1）時間：2016年4月15日；

2）地點(diǎn)：廈門新機(jī)場；

3）船舶：新海豚絞吸船；

4）流量計(jì)型號：科隆電磁流量計(jì)、德國FLEXIM便攜式外夾超聲波流量計(jì)（4個探頭）、美國CIDRA抱箍式聲吶陣列波流量計(jì)；

5）流量計(jì)口徑：DN850；

6）安裝位置：排泥金屬主管道（如圖3依次為超聲波、聲吶陣列、電磁流量計(jì)）；

7）介質(zhì)：貝殼泥沙海水混合液體（施工穩(wěn)定階段濃度為30%）

2.2測試準(zhǔn)備與開始

超聲波流量計(jì)的安裝對管道要求較高，安裝前需對管道的內(nèi)壁進(jìn)行厚度測量，測厚過程中發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁厚薄不均勻，為了避免管道表面不平整導(dǎo)致探頭信號衰減，安裝探頭時在其表面涂抹較厚的耦合劑以此填補(bǔ)管道表面凹痕。為確保測試原始真實(shí)性，3種流量計(jì)儀表通電后，除基本參數(shù)外，其余優(yōu)化參數(shù)均不設(shè)置。

測試準(zhǔn)備完成后，對絞吸船啟泵、停泵及施工穩(wěn)定階段流量計(jì)的應(yīng)用情況進(jìn)行測試，并記錄測試數(shù)據(jù)。

3、流量計(jì)測試數(shù)據(jù)及分析

3.1施工穩(wěn)定階段測試

對施工穩(wěn)定階段中3種流量計(jì)所測介質(zhì)流速數(shù)據(jù)記錄，截取其中一段數(shù)據(jù)繪制成曲線如圖4所示。

對曲線中3種流量計(jì)所測介質(zhì)流速數(shù)據(jù)做比較分析，3種流量計(jì)所測流速之間關(guān)系為（系數(shù)為數(shù)據(jù)段的平均倍數(shù)）：

v超聲波=1.046v電磁

v聲吶=1.056v電磁

標(biāo)準(zhǔn)差是反映數(shù)據(jù)樣本內(nèi)個體間的離散型，流速的標(biāo)準(zhǔn)差可反映

3種流量計(jì)測量的穩(wěn)定性。

3種流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差分別為：

s電磁=0.54

s超聲波=0.51

s聲吶=0.47

由圖4及數(shù)據(jù)分析可知，因*1次測試，流量計(jì)儀表只進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，此次測試3種流量計(jì)流速波動都較大。根據(jù)測量情況，對3種流量計(jì)儀表參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，優(yōu)化后再次進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)曲線如圖5所示。

選取其中一段相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可知（選取的樣本數(shù)與*1次測試相同）：
v超聲波=1.031v電磁
v聲吶=1.044v電磁
3種流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為：
s電磁=0.42
s超聲波=0.41
s聲吶=0.35
綜上可知2次測試中3種流量計(jì)所測介質(zhì)流速之間關(guān)系為v聲吶>v超聲波>v電磁；*2次測試中3種流量計(jì)所測流速較*1次更加穩(wěn)定，且聲吶陣列流量計(jì)所測流速依然是*穩(wěn)定，超聲波流量計(jì)所測流速的穩(wěn)定性與泥漿流量計(jì)所測流速的穩(wěn)定性相當(dāng)。
3.2啟動、停止測試
施工穩(wěn)定階段測試中用于分析的數(shù)據(jù)是截取流量穩(wěn)定后的一段，對于絞吸船泥泵啟動初期、停止時流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行比較分析；為綜合分析施工各個階段流量計(jì)測量情況，將絞吸船泥泵啟動初期、停止時的流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。截取測試中泥泵由停止再到啟動時的流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖6所示。
由圖6可知在泵停止階段，在流速下降階段聲吶陣列流量計(jì)相對有較大的波動，超聲波及泥漿流量計(jì)相對穩(wěn)定；小流速階段，聲吶陣列流量先無法測量到流速，后出現(xiàn)間歇的抖動；超聲波流量計(jì)和泥漿流量計(jì)所測流速相對平滑下降直到流速為0。在泵啟動初期，聲吶陣列流量計(jì)會有較大的波動，超聲波流量計(jì)和泥漿流量計(jì)上升相對穩(wěn)定平滑。
新型聲吶陣列流量計(jì)所測介質(zhì)流速在泵啟動階段雖然有較大的波動，但是能在短時間內(nèi)穩(wěn)定下來，因此波動不會對施工穩(wěn)定階段產(chǎn)生較大的影響。
4、流量計(jì)固有特性分析
1）安裝方式
泥漿流量計(jì)為接觸式安裝，需安裝在管道上，安裝時需拆卸管道；新型超聲波流量計(jì)和聲吶陣列流量計(jì)都為非接觸式安裝，只需對管路進(jìn)行處理后外夾在管路上即可。
2）使用壽命
安裝方式很大程度上決定流量計(jì)的使用壽命；泥漿流量計(jì)是接觸式安裝，流量計(jì)受介質(zhì)流動而磨損，新型超聲波流量計(jì)和聲吶陣列流量計(jì)為非接觸式安裝，不受介質(zhì)流動影響，故新型超聲波流量計(jì)與聲吶陣列流量計(jì)的使用壽命比泥漿流量計(jì)使用壽命長。

5結(jié)語
通過對新型泥漿流量計(jì)測試含貝殼泥沙海水混合液體介質(zhì)并與現(xiàn)役電磁流量計(jì)對比可知，新型超聲波流量計(jì)、聲吶陣列流量計(jì)所測介質(zhì)流速大于現(xiàn)役電磁流量計(jì)所測介質(zhì)流速；在施工穩(wěn)定階段，新型聲吶陣列流量計(jì)流速測量具有更好的穩(wěn)定性，新型超聲波流量計(jì)與船舶現(xiàn)役電磁流量計(jì)流速測量穩(wěn)定性相當(dāng)。綜合考慮泥漿流量計(jì)固有特性及測試結(jié)果，新型超聲波流量計(jì)與聲吶陣列流量計(jì)流速測量穩(wěn)定性滿足疏浚船舶要求，適用于疏浚船舶。