關於泥沙（shā）海水混合液體（tǐ）介（jiè）質中流量計的選用

疏浚船舶泥漿流（liú）量計是計算挖泥（ní）產量、指導施工操作（zuò）的重要（yào）設備之一，所測流量數據為施（shī）工（gōng）管理提供（gòng）重（chóng）要的決策依據。現（xiàn）階段疏（shū）浚船舶泥漿流量計多（duō）為接觸式電磁流量計，新型超聲波及（jí）聲（shēng）呐陣列流量計應用於石油化工、礦山采礦、鋼鐵（tiě）等行業，應用於疏浚船舶的案例較少。疏浚船舶泥（ní）漿流量計測量（liàng）介質為固液兩相流，施工過程複雜多變，衡（héng）量泥漿流量計是否適用於（yú）疏浚船舶的*要因素為測量穩定性，測（cè）量的穩定性直接（jiē）影響著施工效（xiào）率；流量計的測量（liàng）穩定性與流（liú）量計（jì）的（de）工作原理、安裝（zhuāng）方式、使用壽命及測量介質有（yǒu）著密切的關係。
將新型超聲波流量計、新型聲呐陣列流量計安裝在某絞吸船，測量介質為貝殼泥沙（shā）海水混合液體；通過對絞吸船施工監測來記（jì）錄新（xīn）型流量計的流速數據，並與（yǔ）絞吸船現役的電磁（cí）流量計所測（cè）流（liú）速數據對比分析，通過對比可知新型流量計是否適用於疏浚船舶。
1、工作原理
1.1電（diàn）磁流量計
電磁流量計的工作原理是基於法拉*電磁感應定律。在電磁（cí）流（liú）量計中，測量管內的導電介質相當於法拉*試驗中的導電金屬杆，上下兩端的兩個電磁（cí）線圈產生恒定磁場。當有導電介質流過時，則會產生感應電（diàn）壓。管道內部的（de）兩個電*測（cè）量產生的感應電（diàn）壓。測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現與流體和測量電*的電磁隔離，如圖所示。

1.2超聲波流量計（jì）

超聲波流量計是利用超聲脈衝在流（liú）體中傳播（bō）的速度與流體的速度有對應（yīng）的關係，即順流時（shí）的超聲脈衝傳播速度比逆流時傳播（bō）的速度要快，順流與逆流兩（liǎng）種（zhǒng）超聲脈衝傳播的時間差越大，則流量越大原理。如圖2所示流量（liàng）計工作時，處在上遊的換能器發射調製後的超聲波脈衝，為順流傳播，下遊的換能器接收到脈衝後再返回（huí）一個（gè）相同調製（zhì）脈衝，該脈衝逆流傳播到上遊換能器，根據兩束脈衝的傳播距離、傳播時間可以計算出（chū）聲（shēng）速、被測量（liàng）介質流速。新型超聲波流量計的改進之處即在於這個脈衝的抗幹擾性，脈衝由一個已知低頻波形去調製固定高（gāo）頻，這樣接收端可以進行（háng）波形比對，濾除常見的介質噪聲；計算聲波傳輸時（shí）間時采取波形鑒相技術，提高（gāo）了聲波傳輸時（shí）間的精（jīng）確性，進而提高流量計的測量精度。

2、流量計（jì）應用測試

2.1測試條件

1）時間：2016年4月15日；

2）地點：廈門新機場；

3）船舶：新海（hǎi）豚絞吸船；

4）流量計型號：科（kē）隆電（diàn）磁流量計、德國FLEXIM便攜式外夾超聲波流量計（4個探頭）、美（měi）國CIDRA抱箍式聲呐陣列波流量計；

5）流量計口徑（jìng）：DN850；

6）安（ān）裝（zhuāng）位置：排泥（ní）金屬（shǔ）主管道（如圖3依次為超聲波（bō）、聲呐陣列、電磁流量計）；

7）介質：貝（bèi）殼泥沙海水混合液體（施工穩定階段濃度為30%）

2.2測試準備與開始

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壁進行厚度（dù）測量，測（cè）厚過程中發現管（guǎn）道內（nèi）壁厚薄不均勻，為了避免管道（dào）表麵不平整導致探頭信號衰減（jiǎn），安裝探頭時在其表麵塗抹較厚的耦合劑以此填補管道表麵凹（āo）痕。為確保測（cè）試原始真實性，3種流量計儀表通電後，除基（jī）本參數（shù）外，其餘（yú）優化（huà）參數（shù）均不（bú）設置。

測試準備完成後，對（duì）絞吸船啟泵、停泵及施工穩（wěn）定（dìng）階段流量計的（de）應用情況進行測試，並記（jì）錄測試數（shù）據。

3、流量計測試數據及分析

3.1施工穩定階段測（cè）試

對施工（gōng）穩定階段中3種流量計所測（cè）介質流速數（shù）據記錄，截取其中一段數據（jù）繪製成曲線（xiàn）如圖4所示。

對曲線中3種流量計所測介質流速（sù）數據做比較分析，3種流量計所測流速之間關係（xì）為（係數為數據段的平均倍數）：

v超聲波（bō）=1.046v電磁

v聲呐=1.056v電磁

標（biāo）準差是反映數據樣本內個體間的離散型，流速的（de）標準差可反映

3種流量計測量的穩定性。

3種流量計所（suǒ）測流速數據的標準差分別為：

s電（diàn）磁=0.54

s超聲波=0.51

s聲呐=0.47

由圖4及數據分析可知，因*1次測試，流量計儀表隻進行初始（shǐ）參數設置，此次測試3種流量計流速波動都較大。根（gēn）據測量情（qíng）況，對3種流量計儀表參數進行優化設置，優（yōu）化後再次進行測試，測試數據曲線如（rú）圖5所示。

選取其中一段相對穩定的數據進一步（bù）分析可知（選取的樣本數與*1次測試相同）：
v超聲波=1.031v電磁（cí）
v聲呐=1.044v電磁
3種流（liú）量計所（suǒ）測流速數據的標準差為：
s電磁（cí）=0.42
s超聲波=0.41
s聲呐=0.35
綜上可知（zhī）2次（cì）測試中3種流量計所測介質流速之間關係為v聲呐>v超（chāo）聲波>v電磁；*2次測試中3種流量計所測流速較*1次更加穩定，且聲呐陣列流量計所（suǒ）測流速依然是（shì）*穩定，超聲波流量計所測流速的穩定性與泥漿流量計所測流速的（de）穩定性相當（dāng）。
3.2啟動、停（tíng）止測試
施工穩定階段測試中用於分析（xī）的數據是截取（qǔ）流量（liàng）穩定（dìng）後的一段，對於絞吸船（chuán）泥泵啟動初（chū）期、停止（zhǐ）時（shí）流量計所測流速數據沒有進（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（zhǐ）時的流（liú）量計所測流速數據進行對比分析。截取測試中泥泵由停止（zhǐ）再到啟動時的流量計所測流速數（shù）據繪製成（chéng）曲線，如圖6所示。
由圖（tú）6可知在泵停止階段，在流（liú）速（sù）下降階段聲呐陣列流量計相（xiàng）對有較大的波（bō）動，超聲波及泥漿流量計相對穩（wěn）定；小流速階段，聲呐陣列流量先無法（fǎ）測量（liàng）到流（liú）速，後出現間歇的抖動；超聲波流量計和泥漿流（liú）量計所測流速（sù）相對平滑下降直到流速為0。在泵啟動初期，聲呐陣列流量計會有較大的波動，超聲波流量計和泥漿流量計上升相對穩定平滑。
新型聲呐陣列流量計（jì）所測介質流速在泵啟動（dòng）階段雖然有（yǒu）較大（dà）的波動，但是能在（zài）短時間內穩定下來，因此波動不會對施工穩定階段產生較大的影（yǐng）響。
4、流量計固有特性分析
1）安（ān）裝方式
泥漿流（liú）量計為接觸式安裝，需（xū）安裝在管道上，安（ān）裝（zhuāng）時需拆卸管道；新型超聲波流量計和（hé）聲呐陣列流量計都為非接觸式安裝，隻需對管（guǎn）路進行處理後（hòu）外夾在管路上即可。
2）使用壽命
安裝方式很大程度（dù）上決定流量計的使用壽命；泥（ní）漿流量計是接觸式安裝，流量計受介質流動而磨損，新（xīn）型超聲波流量計和聲呐陣（zhèn）列（liè）流量計為非接觸式安裝，不受介質流動（dòng）影響，故新型超聲波流量計與聲呐陣列流量計的使用壽命比泥漿流量計（jì）使用壽命長。

5結語
通過對新型泥漿流量計（jì）測試含貝殼（ké）泥沙海水混合液體介質並與現役電磁（cí）流量計對比可知，新型超聲波流量（liàng）計（jì）、聲呐陣列流量計所測介質流速大於現役電磁流量計所測介質（zhì）流速（sù）；在施工穩定階段，新（xīn）型（xíng）聲呐陣列流量（liàng）計流速測量具有（yǒu）更（gèng）好（hǎo）的穩定性，新型超聲波流量計與船舶（bó）現役電磁流量計流速測量穩定性相當。綜合考慮泥漿流量計固有（yǒu）特性（xìng）及測試（shì）結果，新型超聲波流量計與（yǔ）聲呐陣列流量計流（liú）速測量穩定性滿足疏浚船舶要求，適用於疏浚船舶。