0 引言
中国石油天然气股分有限公司大庆石化分公司炼油厂原油设计加工能力6Mt/a，是能源外供大户。炼油厂新鲜水外供交接计量使用的大多数是机械式水表，漏损率一直是影响经济效益的重要指标，漏损率高的主要因素是机械式水表始动流量较高造成的。用户在实际用水过程中经常使机械式水表处在临界或低于始动流量状态下工作，造成用水量丢失导致漏损率提高。新鲜水外供耗电量是影响经济效益的另一个指标，机械式水表较大的压损会造成新鲜水外供耗电量的增加。由于水资源和能源日趋紧缺，水价和电价不断提高，改善上述两项指标不仅可以提高炼油厂的经济效益，同时对炼油厂节能、节水也有着深远的意义，选用电池供电超声水表可从根本上解决计量丢量方面的问题，真正实现精细管理。
1 电池供电超声水表特点和测量原理及安装要求
1.1 水表特点
电池供电超声水表介质流速范围0.01~32.00m/s，准确度±（0.5%~1%），无任何活动的机械部件，无压力损失和磨损，具有测量精度长期不发生变化且运行稳定、可靠的特点，用户无需设置参数，可任意角度安装。标准单节电池可连续工作6年，选配电池可连续工作10年以上。空管状态自动进入省电模式，满管状态自动进入正常测量模式。
1.2 水表结构和测量原理
电池供电超声水表的测量原理是利用超声波换能器产生超声波并使其在水中传播，声波在水中传播，顺流方向传播速度增大，逆流方向则减小，同一传播距离有不同的传播时间，当超声波在流动的水中传播时产生传播速度差，该速度差与水的流速成正比。水表由换能器、电子线路及流量显示、累积等系统组成，超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算，实现了流量的测量。电池供电超声水表的测量原理如图1所示。
图1 电池供电超声水表的测量原理
注：t1，t2——超声波传播时间；D——管道内径；v——管道中水的流速。
由数学模型可推出υµf（t2-t1）。由于υC>>υsinθ（其中vC为超生波在水中的传播流速），所以时间差t2-t1很短。因此时间检测分辨率小于1ns，该指标是决定超声水表始动流量的重要因素。
1.3 水表安装及应用注意事项
安装超声水表，要选择流体流场分布均匀的部位，保证有足够的直管段长度，使流体形成稳定的速度分布。一般要求前直管段长度为10倍管径、后直管段长度为5倍管径。另外，要尽量远离机泵和阀门，如果有机泵，前直管段长度一般要求50倍管径，如果有流量控制阀，前直管段长度一般要求30倍管径，如果直管段长度达不到要求，测量准确度将会下降。
a）管道参数。在旧管线上安装超声水表时，一定要准确地得到管道的参数，如管道的外径、壁厚等，以求得准确的测量结果。
b）安装方式。由于管道中的气泡和杂质会反射和衰减超声波信号，给测量带来很大误差，所以在安装时一定要选择正确的安装方式。超声水表在倾斜和水平管道上安装时，应该水平安装，这样可使气泡聚集在管道上方，大的杂质则沿着管道的底部流动，尽可能使超声水表探头处于和水平面成45°角的范围内。另外，超声水表安装的部位要有一定的背压，保证管道内充满流体，没有气泡或者气泡较少以保证测量精度。
c）信号强度和信号良度检查。信号强度表示上下游探头的信号强度，信号良度表示上下两个传输方向的信号峰值，可以辅助判断接受信号的优良程度。
d）传输时间和传输时差的检查。传输时间表示超声波平均的传输时间，传输时差表示超声波上下游传输时间差。这两个信号是超声水表计算流速的主要依据，特别是传输时间差最能反应超声水表工作是否稳定。如果这两个信号不稳定，应检查传感器探头安装点是否合适，设置数据是否正确。e）应用注意事项。安装不合理是超声水表不能正常工作的主要原因。安装时需要考虑位置的确定，除保证足够的上、下游直管段外，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速器、机泵等污染电源的场合。
及时核校是确保超声波准确计量的前提：坚持一装一校，即对每一台新安装超声水表在调试时进行核校，确保选位好、安装好、测量准；对在线运行的超声水表发生流量突变时，利用便携式超声波流量计进行及时核校，查清流量突变的原因，确定是超声水表发生故障还是流量发生了变化。定期维护是确保超声波长期运行的基础工作，与其他流量仪表相比，超声水表的维护量比较小，定期检查流量计与管道之间的法兰连接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响等，确保超声水表的长期稳定运行。
2 电池供电超声水表与机械水表的对比
电池供电超声水表与机械式水表重要技术性能指标（以DN200为例）对比见表1所列。
3 经济效益（以DN200水表为例）
3.1 节水效果
电池供电超声水表的始动流量0.6m3/h，机械式水表始动流量2m3/h，其差值1.4m3/h，每天以6h小流量（小于2m3/h）计算，每年炼油厂新鲜水外供计量损失最多可达3066m3，平均以3.8元/m3水价计算，每年炼油厂外供新鲜水将损失11651元。
3.2 节电效果
机械式水表工作在常用流速1m/s（流量113m3/h）时，产生的压力损失约0.07MPa。而超声水表压力损失几乎为0；当供水泵效率为80%，年供水时间约6500h，按表2所给条件计算，超声水表每年可节电能17534度。按电价0.8元/度计算可节省资金14027元。机械式水表和电池型超声水表节电效果对比见表2所列（以DN200水表为例）。
由上述可知，电池型超声水表替换机械水表后，仅节水、节电两项每年经济效益保守估计应在25678元。
4 电池供电超声水表的实际应用
炼油厂外供新鲜水目前使用的计量仪表大多数是机械式水表。由于机械式水表始动流量较高，用户在实际用水过程中经常使机械式水表处在临界或低于始动流量状态下工作，造成用水量丢失，导致漏损率提高，影响了炼油厂的经济效益。然而机械式水表较大的压损会造成新鲜水外供耗电量的增加。为节能、节水提高炼油厂新鲜水外供的经济效益，该厂在黑龙江龙凤镇安装了一台DN200口径电池供电超声水表，从2008年1月投入使用到2008年6月，观察中发现用户在正常用水时，机械水表和电池供电超声水表相差不大。在22：00~0：00点用水流量大多处于2m3/h左右，机械式水表间断性计量，而电池供电超声水表正常计量；在0：00~6：30点用水流量基本处于2m3/h以下，低于机械式水表的始动流量，机械式水表无计量显示。由于电池供电超声水表在0.6m3/h以上是正常测量的，所以电池供电超声水表仍在正常计量。经过6个月的比对和观察，电池供电超声水表可为炼油厂挽回新鲜水外供损失近6千元。按这个数字统计每年可为炼油厂挽回经济损失近7万元。电池供电超声水表的应用不但解决了原机械式水表计量丢量问题，提高了炼油厂新鲜水外供的经济效益，还解决了炼油厂边远地区新鲜水外供计量仪表的供电问题，同时为计量仪表安装节省了大量的材料（仪表电源、电缆等）和维修费用。
5 结束语
在水资源和能源日趋紧缺的今天，电池供电超声水表在龙凤镇新鲜水交接计量上的应用，彻底解决了机械式水表始动流量高、漏损率高、压损大、准确度低、使用寿命短等诸多问题，提高了炼油厂新鲜水外供计量的准确度，解决了炼油厂边远地区新鲜水外供计量仪表的供电问题，大大提高了炼油厂节能、节水及能源计量方面的经济效益和社会效益。
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