超声波明渠流量计的比对监测方法及存在问题

栾　辉 马　琳 邹诚诚 王若尧 董智鹤 张译之 张　芳

（中国石油安全环保技术研究院）

超声波明渠流量计的比对监测方法及存在问题

栾辉 马琳 邹诚诚 王若尧 董智鹤 张译之 张芳

（中国石油安全环保技术研究院）

介绍了废水流量计的种类及工作原理，阐述了不同量水堰槽的构造及选用要求，以中国石油所属企业应用较为广泛的超声波明渠流量计为例对比对监测方法进行介绍。介绍了其测量原理，说明了比对监测方法及相关技术要求，指出企业流量计比对监测工作中存在：日常比对监测工作未开展、日常计量检定工作开展不好、流量计安装及运维管理方面存在的一些问题，提出制定流量计验收、日常比对监测、运维管理标准规范，企业废水排放口规范化改造，流量计规范安装等建议。

超声波明渠流量计；比对监测；存在问题

0　引 言

废水流量计是废水污染源在线监测系统的重要组成部分，也是少数几种使用比制造困难的仪器仪表之一［1］。废水流量数据是核定污染物排放总量的依据，为总量减排核算提供重要技术支撑。原国家环境保护总局在1996年颁布了《排污口规范化整治技术要求（试行）》（环监［1996］470号），要求污水排放口应设置规范的，便于测量流量、流速的测流段，列入重点整治的污水排放口应安装流量计。目前，国家废水在线监测相关技术规范［2-3］中无流量在线监测标定或数据有效性判别的技术规定，导致在线监测数据有效性审核中的流量监测结果空缺［4］，流量在线数据的准确性无法得到有效的保证，给使用在线监测数据核算污染物总量工作带来难度。因此，继续深入做好排放口规范化整治，开展废水流量计的比对监测方法研究工作是非常必要的。

1　废水流量计

废水流量计按照测量原理可以分为堰槽流量计、电磁流量计、超声流量计、涡街流量计、容积流量计、差压流量计等，按照渠道类型又可以分为明渠流量计和管道流量计［5］。

1.1超声波明渠流量计

超声波明渠流量计是利用超声波回声测距原理测量水位，再由仪表主机内的运算单元将水位信号换算成流量信号［6］。通过在明渠中安装标准的量水堰槽，在规定的位置上设置超声波液位计，测量流经堰槽的水位，将水位值带入规定的流量公式或经验公式，算出废水流量。废水流量与水位呈正比对应关系。为保证废水流量计计量准确，超声波明渠流量计还应包括：堰体上游行近段、下游渠槽衔接段和水位观测设施等3部分构造。

由于超声波流量计一般自带校正棒，故可以有效避免湿度、风速对超声波速度的影响，有效保证了流量数据的准确性。

由于超声波明渠流量计采用非接触方式，可以有效避免被测流体温度、压力、黏度、密度等因素的影响，同时超声波具有频率高、波长短、衍射小、方向性好、衰减小、穿透率大等特点，遇到杂质或分界面有显著反射的特点［6］，可以有效提高流量计量的精度，是应用较为广泛的一种流量测量方法，同时也是目前中国石油所属企业采用较多的一种方法。

1.2管道流量计

管道流量计是指用于密闭管道流量测量的流量计，依据不同的测量原理可分为电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、差压流量计等，其中电磁流量计、超声波流量计采用非接触式测量，不受流体腐蚀性、黏性影响，无机械运动部件，应用较为广泛。

1.2.1管道式电磁流量计

电磁流量计测量原理是依据法拉第电磁感应定律，通过测量具有传导性的流体流经电磁场时的电压，从而获得流体流速的方法。

1.2.2管道式超声波流量计

通过测量超声波在流体中传播的时间，从而获得流体流速的办法，超声波传播的时间与液体的流速呈正比。

管道式超声波流量计仅适用于无气泡的单一纯净液体，而实际情况是工业管路中的流体往往因管壁结垢、管内粗糙等因素造成流体流动情况复杂，测量精度差等情况。另外，管道式超声波流量计在设计时，还需考虑温度及管内粗糙程度的问题，通过标准校正曲线或用户经验校正曲线克服流体分布不均的情况，提高测量精度。

2　量水堰槽

与超声波配套使用的量水堰槽有很多种，如薄壁堰、宽顶堰、三角堰、喉道槽等，在实际应用中，可以依据现场条件流量计、废水外排流量范围以及流量计自身安装使用要求，选择合适的量水堰槽。目前，在中石油企业使用较多的是巴歇尔槽，部分企业监测点使用薄壁三角堰或者矩形堰。

超声波明渠流量计除堰板部分外，还应有液位计及上游足够长度的直渠段和整流段。堰板具有结构简单、价格便宜、测量精度高、可靠性好等优点，但是因水头损失大，不能用于接近平坦地面的渠道，且堰上游容易形成堆积物，需要定期清理。巴歇尔槽具有固态沉积物可随水排出，不沉淀，水位抬高比堰小等优点，适用于无较大落差的渠道。

3　超声波明渠流量计比对监测

因废水流量计种类较多，比对监测方法多样，下面就目前中石油企业安装使用较为广泛的超声波明渠流量计的比对监测方法进行介绍。

3.1测量原理

超声波明渠流量计是通过安装量水堰槽，将明渠内废水流量的大小转化为液位的高低，通过超声波流量计对液位高低进行测量，然后代入相应的水位-流量计算公式，算出废水流量。

废水自由流的状态下，通过堰槽的废水流量Q与液位H的关系为：

式中：C为流量系数；H为等效液位高度，m；n是与堰槽有关常数。

堰槽内废水流量与液位的高低成正比，液位越高，流量越大。

3.2比对监测方法

3.2.1准备工作

废水流量的比对监测需有卷尺或者测量尺（精度为0.001 m）及装有excel文件的笔记本电脑。到达现场后，应先观察堰槽形状，依据《排污口规范化整治技术要求（试行）》（环监［1996］470号），检查堰槽设计及设备安装位置是否符合规范要求，测量堰槽的各项参数，如巴歇尔槽喉口宽度、喉口上游水深，确定比对监测使用的公式。

3.2.2监测位置

巴歇尔槽的比对监测位置应选在喉口上游紧靠槽壁的位置，注意测量器具不能紧靠超声波传感器，以防对其造成干扰。测量器具要尽可能的细，且具有一定的机械强度，保证测量时不会发生弯曲形变，不会对水流较小的液位测量造成影响。矩形堰或三角堰的比对监测位置应选在堰槽出水口的上游，紧靠堰壁的位置，测量水头高度。

3.2.3结果计算

一般企业污染源自动监控设施的验收报告中规定了废水流量的计算公式，可以依据该公式计算废水流量；也可依据流量计说明书规定的计算公式计算废水流量。比对监测时，每次连续测量5次，取其平均值，作为比对监测的结果。

4　流量计比对监测工作存在的问题

4.1流量计日常比对监测工作未开展

对于COD在线监测仪、氨氮在线监测仪等设备，企业能够严格依据国家相关技术规范要求，每月至少进行一次实际水样的比对试验和质控样试验，确保仪器设备正常稳定运行，数据上传准确有效，但是对于流量计，国家尚无统一的验收标准及比对监测方法，废水流量比对监测工作不能有效开展，流量数据的准确性和有效性无法得到保证，给污染物总量减排核算工作带来较大难度。

4.2流量计日常计量检定工作开展不好

计量部门颁布的流量计检定规程［8］中规定的计量检定是目前唯一保证流量计日常正常运行、数据准确有效的技术要求［4］。同时，在HJ/T 355—2007《水污染源在线监测系统运行与考核技术规范（试行）》中的质量保证与质量控制中也要求“在线监测仪器应通过检定或校验，在有效期内使用。”但是，目前通过现场核查工作发现，大部分企业流量计定期检定工作未开展，主要原因是：①企业所在地区无具备流量计计量检定资质的单位；②流量计计量检定仅能送检，而无来检，流量计一旦安装后，拆卸困难，特别是管道流量计，对企业正常生产活动也会造成一定影响；③企业环保经费不足，不能做到流量计的一备一用，送检周期较长，会导致送检时段内废水流量数据的缺失；④流量计计量检定工作量大，对计量人员技术要求较高，很难频繁开展。

4.3量水堰槽的设计与安装不满足规范要求

部分企业量水堰槽设计与安装不能满足《排污口规范化整治技术要求（试行）》（环监［1996］470号），导致流量数据不准确。如溢流口0.75 m的矩形堰，溢流口加宽至0.8 m，巴歇尔槽喉口上宽下窄，均会导致流量监测结果偏低［9］；部分企业废水间歇性外排，瞬时外排水量增大，超出量水堰槽过水能力，导致流量计被水淹没，不但导致流量数据失真，同时也会导致流量计故障。

4.4流量计安装不规范

部分企业进入巴歇尔槽前直渠道长度不足，导致水流流速分布不均，亦或因场地空间限制，流量计安装位置紧靠弯道或者水位落差较大位置，均会造成流量测量结果不准确。另外，部分超声波流量计无校正棒或者校正棒被水淹没，流量计未固定，随风摆动，均会导致流量监测结果不准。

4.5流量计参数设置错误

部分企业废水流量换算相关参数设置不正确，如巴歇尔槽喉口宽度、水位范围、流量范围等，导致流量监测数据不准确。

5　建 议

①应尽快制定统一的流量计验收、日常比对监测相关标准规范，为流量计的验收及比对监测工作开展提供政策依据，为污染物总量减排核算提供有效的技术依据。

②应针对流量计的日常运维管理制定相应的标准规范，规定日常运维管理内容，为流量计正常稳定运行、上传数据准确有效提供技术依据。

③应对流量计的计量检定工作提出明确要求，在企业做好日常运维管理及比对监测工作的前提下，是否需要定期进行计量检定；为保证企业正常生产活动不受影响，流量计的计量检定是否可采用来检的方式。

④因管道流量计比对监测工作复杂，建议有条件的企业，尽可能将外排管道改造为明渠，安装符合规范的量水堰槽，便于日常运维管理及比对监测。

⑤企业应提高流量计相关工作的重视程度，确保排污口规范化改造及流量计的安装符合规范要求，流量计参数设置正确，日常运维管理到位，流量数据能够作为总量核算的数据基础。

6　结束语

废水流量计是废水在线监测系统的重要组成部分，为污染物排放量的核算以及总量减排核算提供重要的数据依据。目前，企业现场端排放口改造及流量计的安装、验收及比对监测等方面还存在一些问题，因此尽快开展废水流量计标定及比对监测等相关技术研究，从国家层面制定并推行流量数据有效性审核的方法是非常必要的。

［1］ 付其凤，杨亚磊，安旭朝.污水流量监测中流量计的选择［J］.工业用水与废水，2014，45（4）：49-51.

［2］ HJ/T 355—2007水污染源在线监测系统运行与考核技术规范（试行）［S］.

［3］ HJ/T 356—2007水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范（试行）［S］.

［4］ 唐桂刚，景立新，万婷婷，等.堰槽式明渠废水流量监测数据有效性判别技术研究［J］.中国环境监测，2013，29 （6）：175-178.

［5］ 孙海林，朱媛媛，贺鹏，等.水污染源废水流量比对监测［J］.环境科学与管理，2010，35（8）：91-93.

［6］ 刘彦凯，雷俄日才让.超声波明渠流量计的原理和应用［J］.科技创新与应用，2013（32）：291.

［7］ 张国忠，赵家贵.检测技术［M］.北京：中国计量出版社，1998.

［8］ JJG 711—1990中华人民共和国流量计计量检定规程堰槽明渠流量计［S］.

［9］ 史军致.水污染源在线明渠超声波流量计对比确认方法的探讨［J］.山西能源与节能，2010（1）：73-75.

（编辑 王薇）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.018

1005-3158（2015）06-0065-03

2015-08-06）

栾辉，2009年毕业于中国石油大学（北京）环境科学专业，硕士，现在中国石油安全环保技术研究院HSE检测中心从事污染源在线监测系统运维管理工作。通信地址：北京市昌平区沙河镇西沙桥西中国石油创新基地A座，102206