介紹
                  疏浚船泥漿流量計是計算疏浚輸出和指導施工作業的重要設備之一。測量流量數據為施工管理提供了重要的決策依據[1]。目前,疏浚船泥漿流量計大多是接觸式電磁流量計。新型超聲波和聲納陣列流量計用于石油化工,采礦,鋼鐵等行業,疏浚船舶的情況很少[2]。疏浚船泥漿流量計測量介質為固液兩相流,施工過程復雜多變。測量泥漿流量計是否適合疏浚船舶的主要因素是測量穩定性,測量的穩定性直接影響施工效率;測量穩定性與流量計的工作原理,安裝方法,使用壽命和測量介質密切相關。
                  新型超聲波流量計和新型聲納陣列流量計安裝在刀具吸入容器上,測量介質為殼沉積物海水混合液;通過監測扭曲抽吸船的結構來記錄新流量計的流量數據,并且利用刀具抽吸容器起作用。通過電磁流量計測量的流量數據的對比分析表明新流量計是否適用于疏浚船舶。
                1、工作原理
                1.1、電磁流量計
                  電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律用于測量導電液體的體積流量的儀表;電磁流量計的基本原理是法拉第電磁感應定律,即當在磁場中切割磁場線時,在導體的兩端產生感應電動勢[3]。如圖1所示,導電液體在垂直于磁場的非磁性測量管中流動,并產生與垂直于流動方向的流速成比例的感應電動勢,其值為如下:
                  E = kBD`v
                  其中:E是感應電動勢; k是系數; B是磁感應強度; D是測量管的內徑; `v是平均流量。
                電磁流量計測量原理圖
                電磁流量計測量原理圖
                體積流量:
                QV =πD2`v/ 4 =πDE/ 4kB的
                  從上式可以看出,體積流量Qv與感應電動勢E和測量管內徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其他物理無關。參數。
                1.2、超聲波流量計
                  超聲波流量計使用超聲波脈沖以與流體速度相對應的速度在流體中傳播,即,正向流動中的超聲波脈沖傳播速度快于正向流動傳播,以及上游和反向流動超聲波脈沖傳播。時間差越大,流速越大[4]。當流量計如圖2所示工作時,它位于頂部。行進換能器發射調制的超聲脈沖用于下游傳播,下游換能器接收脈沖然后根據兩個脈沖的傳播距離返回相同的調制脈沖,該脈沖逆流傳播到上游換能器。傳播時間可以計算聲速和被測介質的流速。新型超聲波流量計的改進在于該脈沖的抗干擾。脈沖由已知的低頻波形調制以固定高頻,使接收端可以進行波形比較,濾除常見的介質噪聲,并計算聲波傳輸時間。采用波形相位鑒別技術,提高聲波傳播時間的精度,從而提高流量計的測量精度。
                 
                超聲波流量計測量原理圖
                 
                超聲波流量計測量原理圖
                 
                2、流量計應用測試
                2.1、試驗條件
                1)時間:2016年4月15日;
                2)地點:廈門新機場;
                3)船舶:新型Dolphin絞吸船;
                4)流量計型號:科隆電磁流量計,德國FLEXIM便攜式外夾式超聲波流量計(4個探頭),美國CIDRA環型聲納陣列波流量計;
                5)流量計口徑:DN850;
                6)安裝位置:用于排放金屬的主管(如圖3所示,超聲波,聲納陣列,電磁流量)儀表)
                7)介質:貝殼砂和海水混合液(施工穩定期間濃度為30%)
                2.2、測試準備和開始
                  超聲波流量計的安裝對管道有很高的要求。在安裝之前,需要測量管道內壁的厚度。在厚度測量過程中,管道的內壁厚度不均勻。為了避免探針表面的不均勻性,探針信號被衰減。使用較厚的偶聯劑填充管道表面。為了保證測試的原始真實性,在三個流量計上電后,除了基本參數外,不設置優化參數。
                試驗準備完成后,在施工穩定階段測試切割泵,泵停止和流量計的應用,并記錄測試數據。
                3、流量計測試數據和分析
                3.1、施工穩定性階段試驗
                  對于在施工穩定階段由三種流量計記錄的中等流量數據,將一部分數據切割成如圖4所示的曲線。
                  比較和分析曲線中三個流量計測量的介質流速數據。三個流量計測量的流量之間的關系是(系數是數據段的平均倍數):
                  v ultrasonic = 1.046v電磁
                  v聲納= 1.056v電磁標準偏差反映了數據樣本中離散類型的個體,并反映了流速的標準偏差
                  三種流量計測量的穩定性。
                由三個流量計測量的流量數據的標準偏差為:
                s電磁= 0.54
                超聲波= 0.51
                聲音吶= 0.47
                  從圖4和數據分析可以看出,由于第一次測試,流量計只進行初始參數設定,三種流量計的流量波動很大。根據測量情況,優化三種流量計儀表參數的設置,優化后再次測試。測試數據曲線如圖5所示。
                 
                  選擇一個相對穩定的數據進行進一步分析(所選樣品數與第一次測試相同):
                v ultrasonic = 1.031v電磁
                v聲納= 1.044v電磁
                三個流量計測量的流量數據的標準偏差為:
                s電磁= 0.42
                超聲波= 0.41
                聲音吶= 0.35
                  總之在兩個測試中由三個流量計測量的介質流速之間的關系是v聲> v超聲> v電磁;在第二次試驗中,三個流量計測得的流量比第一個流量計更穩定,聲納陣列流量計測得的流量仍然是最穩定的,超聲波測量的流速穩定性流量計相當于電磁流量計測量的流速的穩定性。
                 
                3.2、啟動,停止測試
                  在施工穩定性階段試驗中用于分析的數據是截留流量穩定后的一個部分。在切割器抽吸泵的初始啟動和停止期間由流量計測量的流量數據不進行比較和分析;比較并分析在切割器抽吸泵的開始和停止時由流量計測量的流量數據。在攔截試驗中,由流量計從泥漿泵的停止到開始測量的流量數據被繪制成如圖6所示。
                  從圖6可以看出,在泵停止階段,聲納陣列流量計在流量減少階段具有較大的波動,超聲波和電磁流量計相對穩定;在小流速階段,聲納陣列流速不能先測量流速,然后發生間歇性抖動。由超聲波流量計和電磁流量計測量的流量相對平穩地減小,直到流量為零。在泵啟動開始時,聲納陣列流量計會有很大的波動,超聲波流量計和電磁流量計會相對穩定平穩地上升。
                  雖然新型聲納陣列流量計測得的介質流量在泵啟動階段有較大波動,但可以在短時間內穩定,因此波動對施工穩定階段影響不大。
                4、流量計固有特性分析
                1)安裝方法
                  電磁流量計采用接觸式安裝,需要安裝在管道上。管道需要在安裝過程中拆卸[6];新型超聲波流量計和聲納陣列流量計均為非接觸式安裝,只需在管道夾緊后即可對管道進行處理。
                2)使用壽命
                  安裝方法在很大程度上決定了流量計的使用壽命;電磁流量計為接觸式安裝,流量計由介質流量磨損,新型超聲波流量計和聲納陣列流量計為非接觸式安裝,不受介質流量的影響。因此,新型超聲波流量計和聲納陣列流量計的使用壽命比電磁流量計長。
                5、結論
                  通過測試混合泥漿介質與殼泥和海水為新的泥漿流量計,并與有源電磁流量計進行比較,新的超聲波流量計和聲納陣列流量計測量的介質流速大于活動測量的流速 電磁流量計; 在此階段,新型聲納陣列流量計的流量測量具有更好的穩定性,新型超聲波流量計相當于現有有源電磁流量計的流速測量穩定性。 考慮到泥漿流量計的固有特性和測試結果,新型超聲波流量計和聲納陣列流量計的流量測量穩定性符合疏浚船的要求,適用于疏浚船舶。
                 
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