由于能源供應(yīng)的日趨緊張和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，企業(yè)能耗管理的科學(xué)化程度是衡量企業(yè)管理是否科學(xué)的一個(gè)重要標(biāo)志，特別是石化行業(yè)這樣的耗能大戶，對(duì)能源消耗科學(xué)管理，進(jìn)一步節(jié)約能源，已是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。水系統(tǒng)流量是企業(yè)能源消耗的重要指標(biāo)之，自然也是企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中受探重要參數(shù)之。在這種情況下，選擇一種好的流量計(jì)，掌握準(zhǔn)確的水系統(tǒng)流量計(jì)量數(shù)據(jù)，對(duì)于企業(yè)進(jìn)行科學(xué)管理、成本核算是十分重要的。
現(xiàn)狀調(diào)查與狀況分析1現(xiàn)狀調(diào)查目前，茂名石化公司煉油分部水資源系統(tǒng)中常用的流量計(jì)類型有差壓流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)以及機(jī)械水表等，因設(shè)計(jì)考慮有欠周全、儀表本身性能不足和運(yùn)行環(huán)境改變等各方面的原因，其中部分儀表無(wú)法提供準(zhǔn)確的水流量數(shù)據(jù)。為彌補(bǔ)上述儀表的不足，超聲波流量計(jì)現(xiàn)已在一些裝置的儀表改造中投入使用。
2狀況分析采用先進(jìn)的計(jì)量器具，完成對(duì)能源監(jiān)測(cè)設(shè)備的更新和升級(jí)，能使設(shè)備、能源、計(jì)量功能精度有效受控。從目前的使用情況來(lái)看，超聲波流量計(jì)正是能肩負(fù)這種使命的儀表。
3設(shè)定目標(biāo)值逐步推廣使用超聲波流量計(jì)，以達(dá)到不斷完善水系統(tǒng)計(jì)量，提高計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，最終降低單位能耗的目的。
超聲波流量計(jì)的基本原理及分類1超聲波流量計(jì)的基本原理超聲波流量計(jì)由兩個(gè)基本部分組成，即轉(zhuǎn)換器和傳感器。傳感器部分安裝于被測(cè)管路上，它能夠接收和發(fā)射超聲波信號(hào)，并由于液體的流動(dòng)而產(chǎn)生時(shí)間差。轉(zhuǎn)換器將時(shí)間差信號(hào)通過(guò)定的數(shù)學(xué)模式計(jì)算，可顯示和輸出流量、流速等測(cè)量值。超聲波流量計(jì)的基本原理是，聲波在液體中的流速和液體的類型有關(guān)。如果液體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，聲波相對(duì)于探頭的速度等于液體中的聲速和液體本身的速度之和。聲波傳播方向于流速同向時(shí)，其傳播速度比反向時(shí)快。
通過(guò)對(duì)流量計(jì)的設(shè)置，并考慮流速的截面影響，從而計(jì)算出平均流速，再根據(jù)管道的截面積得出管體的體積流量。
2超聲波流量計(jì)的分類超聲波流量計(jì)根據(jù)測(cè)量原理的不同，大致可分為以下幾類：①多譜勒效應(yīng)法；②傳播時(shí)間法（時(shí)差法、相位差法和頻差法）；③波束偏移法；④相關(guān)法；⑤噪聲法。
目前應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量的超聲波流量計(jì)主要有兩類，即采用多譜勒效應(yīng)法的多譜勒式超聲波流量計(jì)和采用傳播時(shí)間法的時(shí)差式超聲波流量計(jì)。
為了正確選型和合理使用超聲波流量計(jì)，需要了解這兩類儀表的測(cè)量原理。
多譜勒式超聲波流量計(jì)兩個(gè)探頭對(duì)稱地裝在待測(cè)流體管路兩側(cè)，發(fā)射探頭發(fā)射頻率為乃的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以/2的頻率反射到接收探頭，這就是多譜勒效應(yīng)，/2與/；之差即為多譜勒頻移/d.設(shè)流體流速為超聲波聲速為c，多譜勒頻移/d正比于流體流速《，即：=/2-/1=1（1（為常數(shù)），所以流當(dāng)管道條件、探頭安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、/，e即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過(guò)測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量（如）。
多譜勒效應(yīng)現(xiàn)IM原理圖時(shí)差式超聲波流量計(jì)的兩個(gè)探頭裝在待測(cè)流體管道的上游和下游，對(duì)于小口徑管道，裝在管道側(cè)，為W或V方式；對(duì)于大口徑管道（直徑大于250mm）則裝在兩側(cè)，為Z方式。兩個(gè)探頭（即換能器）都可以發(fā)射和接收超聲波信號(hào)。由于液體流速的作用，從上游側(cè)探頭發(fā)向下游的聲速將增加，反之減小。兩者傳播的時(shí)間差直接與流體流速成正比，通過(guò)對(duì)時(shí)間差的檢測(cè)即可計(jì)算出液體流速，進(jìn)而求得流量（如）。
超聲波流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)和局限性1優(yōu)點(diǎn)）能測(cè)量大多數(shù)液體和氣體的介質(zhì)；測(cè)量精度高，所測(cè)流量與黏度、溫度、壓力和導(dǎo)電率等因素?zé)o關(guān)；測(cè)量的線形特性好（計(jì)時(shí)時(shí)間差正比于流某些傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)附有測(cè)量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測(cè)量液體傳播聲速以判斷所測(cè)液體類別；超聲波流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測(cè)量管道及聲道等幾何尺寸計(jì)算求得的，即可采用干法標(biāo)定，除帶測(cè)量管段式外般不需作實(shí)流校驗(yàn)；超聲波流量計(jì)適用于大型圓形管道和矩形管道且原理上不受管徑限制，其造價(jià)基本與管徑無(wú)關(guān)，故口徑越大，超聲波流量計(jì)比相同功能其他類型流量計(jì)的性價(jià)比越優(yōu)越；多譜勒超聲波流量計(jì)可測(cè)量固相含量較多或含有氣泡的液體；超聲波流量計(jì)可測(cè)量非導(dǎo)電性液體，在無(wú)阻撓流量測(cè)量方面是對(duì)電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充；因易于實(shí)行與測(cè)試方法（如流速計(jì)的速度-面積法、示蹤法等）相結(jié)合，可解決些特殊測(cè)量問(wèn)題，如速度分布嚴(yán)重畸變測(cè)量，非圓截面管道測(cè)量等；超聲波流量計(jì)不接觸流量測(cè)量?jī)x表，測(cè)量過(guò)程中傳感器不接觸被測(cè)流體，因此不阻流（即無(wú)額外壓力損失），無(wú)腐蝕，壽命長(zhǎng)，不受雜散電信號(hào)干擾。相比較而言，電磁流量計(jì)其電極接觸被測(cè)流體，易受腐蝕，易受電磁干擾；渦街流量計(jì)易結(jié)垢或纏繞雜物造成測(cè)量不穩(wěn)定，低流速測(cè)量不穩(wěn)定，受震動(dòng)影響較大；孔板流量計(jì)的傳感器易受腐蝕、磨損，造成測(cè)量不準(zhǔn)確，傳感器部分也增加管網(wǎng)阻力；安裝維護(hù)方便，夾裝式換能器超聲波流量計(jì)不需在管道上打孔或切斷流量進(jìn)行安裝或維護(hù)（可作移動(dòng)性測(cè)量，適用于管網(wǎng)流動(dòng)狀況評(píng)估測(cè)定），這是其它流量計(jì)無(wú)法比擬的，這種優(yōu)勢(shì)在化工、冶金、電力、供水等行業(yè)非常明顯；國(guó)家規(guī)定超聲波流量計(jì)的檢定周期為三年，而其它流量計(jì)一般為半年或一年。
2缺點(diǎn)和局限性傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)只能用于清潔液體和氣體，不能測(cè)量懸浮顆粒和氣泡超過(guò)某一范圍的液體；而多譜勒法超聲波流量計(jì)只能用于測(cè)量含有一定異相的液體；多譜勒法超聲波流量計(jì)要求被測(cè)介質(zhì)必須連續(xù)，并含有足夠大的反射粒子，以及流體的流速必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子產(chǎn)生沉淀的臨界速度，所以其多用于對(duì)測(cè)量精度要求不太高的領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)上的血流量檢測(cè)和礦漿污水等的流量測(cè)量；外夾裝換能器超聲波流量計(jì)不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道，以及不能用于襯里（或銹層）與內(nèi)管壁剝離（若夾層有氣體會(huì)嚴(yán)重衰減超聲波信號(hào)）或銹蝕嚴(yán)重（改變超聲波傳播路徑）的管道；超聲波流量計(jì)對(duì)安裝位置環(huán)境要求較嚴(yán)格，須避免測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流、上游流動(dòng)擾動(dòng)和聲干擾等情況。
超聲波流量計(jì)與水系統(tǒng)中常用的其他流量計(jì)的比較目前茂名石化公司煉油分部水資源系統(tǒng)中常用的流量計(jì)類型有差壓流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)以及機(jī)械水表等，下面將比較下超聲波流量計(jì)與這幾種流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)表1）。
從表1可知，超聲波流量計(jì)在綜合性能上優(yōu)于其他4種流量計(jì)，而且現(xiàn)在不斷涌現(xiàn)出新的超聲波測(cè)量技術(shù)，比如對(duì)精度要求嚴(yán)格或者當(dāng)流場(chǎng)分布不均勻而表前直管段又較短時(shí)，可以采用多聲道超聲波流量計(jì)，來(lái)克服流速擾動(dòng)帶來(lái)的流量測(cè)量誤差，其精度可達(dá)*0.15%（后文有敘述）。
超聲波流量計(jì)的實(shí)際使用情況據(jù)自動(dòng)化研究協(xié)會(huì)的調(diào)查表明，2001年前超聲波流量計(jì)每年的增長(zhǎng)率超過(guò)12%.近幾年中超聲波流量計(jì)工藝技術(shù)的改進(jìn)使得其測(cè)量結(jié)果更精確，同時(shí)也擴(kuò)大了他們的應(yīng)用范圍。慢慢地越來(lái)越多的用戶選擇超聲波流量計(jì)來(lái)取代電磁流量計(jì)，特別是測(cè)量大管徑流量的應(yīng)用場(chǎng)合。
在生產(chǎn)使用中，超聲波流量計(jì)大體上可以分為便攜式和固定式兩種。
1便攜式超聲波流量計(jì)由前述可知，超聲波流量計(jì)可作非接觸測(cè)量，無(wú)需集流截管安裝，因此可作移動(dòng)性測(cè)量，即便攜式，適用于管網(wǎng)流動(dòng)狀況評(píng)估測(cè)定，具有安裝方便、費(fèi)用低且不影響正常生產(chǎn)的好處。我們目前使用的主要有唐山匯中儀表有限公司的SCL-630便攜式超聲波流量計(jì)和美國(guó)寶麗聲的便攜式超聲波流量計(jì)。經(jīng)多次的水平衡測(cè)試發(fā)現(xiàn)，外部條件相同的情況下，國(guó)產(chǎn)的便攜式超聲波流量計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度不夠、數(shù)字亂跳的現(xiàn)象，而進(jìn)口的便攜式超聲波流量計(jì)則有足夠的信號(hào)強(qiáng)度，顯示結(jié)果較穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)企業(yè)從仿制國(guó)外的技術(shù)起步，雖已能生產(chǎn)各種型號(hào)的超聲波流量計(jì)，但技術(shù)上與國(guó)際的先進(jìn)水平相比仍有一定的差距。
2固定式超聲波流量計(jì)表1幾種流量計(jì)性能指標(biāo)比較主要技術(shù)性能指標(biāo)超聲波流量計(jì)差壓流量計(jì)（威力巴）電磁流量計(jì)渦街流量計(jì)機(jī)械水表安裝方式帶壓安裝截流安裝截流安裝截流安裝截流安裝測(cè)量范圍很廣-般很廣-般-般測(cè)量介質(zhì)液體、氣體液體、氣體導(dǎo)電性液體液體、氣體液體準(zhǔn)確度*.5%*.2%*.5%*.0%*.0%壓力損失無(wú)有無(wú)有有流體物性影響很小很大
