摘要：供水管網(wǎng)中大口徑流量計(jì)的測量應(yīng)用一直是供水行業(yè)所面臨的一個難題。目前雖然用于大口徑管道上的流量儀表很多,但是就其性能以及應(yīng)用效果來看，仍然各有短缺,另外,水計(jì)量對保護(hù)珍貴的水資源、提高供水行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。本文結(jié)合“克市南湖(東污溝水庫)改造工程取水工程”,就大口徑流量計(jì)在供水管網(wǎng)中計(jì)量方面的應(yīng)用做出了相關(guān)的技術(shù)分析與探討。
0引言
大口徑流量計(jì)的計(jì)量問題倍受人們關(guān)注，是因?yàn)樗?jì)量的數(shù)據(jù)對保護(hù)珍貴的水資源、提高供水行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。
克市南湖(東污溝水庫)改造工程取水工程"就是將穿城河水引至南湖(東溝污水庫),將南湖打造成景觀湖,并同時(shí)擴(kuò)大克拉瑪依市水資源系統(tǒng)備用蓄水設(shè)施能力。由此可見，做好南湖取水工程水流量的交接計(jì)量具有十分重要的意義。
1工程概況及特點(diǎn)分析
1.1引水工程概況
1.1.1沿線條“克市南湖(東污溝水庫)改造工程取水工程”沿線條件如表1所示。
1.1.2取水水源水質(zhì)
新建南湖水?dāng)M采用穿城河水源補(bǔ)充,水質(zhì)參照阿依庫勒水庫水質(zhì)，可滿足備用水源水質(zhì)要求，見表2,數(shù)據(jù)來源于2012年3月12日市環(huán)保局監(jiān)測數(shù)據(jù)。
1.2引水工程大口徑管路液體流量測量的特點(diǎn)及儀表選型注意事項(xiàng)
綜合表1、表2,可得以下結(jié)論:
1)由表1可知，取水管道水流為自流狀態(tài),且沿線高程很小，管路口徑大,要求壓損越小越好，流量儀表選型時(shí)就要使壓損盡可能小。
2)由引水規(guī)模可知,此大口徑管路的平均流速為v=1.2m/s。
3)不適用局部縮徑的方法提高流速,以免造成壓力損失過大。
4)由于流速較低,流體中的污垢、懸浮物等極易在管道內(nèi)壁沉積。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮儀表與流體接觸部分的清洗。
5)測量范圍度要求大。水管流量不能保證恒定,相差懸殊。
6)防護(hù)等級要求高。取水管道口徑大，且途經(jīng):世紀(jì)公園等市政規(guī)劃區(qū),大口徑管路實(shí)行埋地敷設(shè),流量傳感器安裝在儀表井內(nèi)的管段上。由于地表綠化用水、井壁滲透和管路外漏等原因常常引起井內(nèi)水位上升而淹沒流量傳感器。
7)取水管道水質(zhì)呈堿性,需考慮腐蝕問題。
8)取水管道流量儀表用于貿(mào)易結(jié)算。
2供水管網(wǎng)中大口徑流量計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀及分析
2.1插入式流量計(jì)
2.1.1插入式渦輪流量計(jì)
價(jià)格較低。但流體中含固體顆粒時(shí),極易導(dǎo)致渦輪卡滯。且四氟生料帶之類的異物,極易繞在渦輪葉片，上,導(dǎo)致流量系數(shù)改變，而大口徑管路上加裝網(wǎng)目數(shù)滿足要求的過濾器又不太現(xiàn)實(shí)。
2.1.2差壓式均速管流量計(jì)
結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜。但是,水中泥沙易將取樣孔堵死而引起故障,相對流量較小時(shí)誤差增大。
2.1.3插入式渦街流量計(jì)
受其測量原理的制約,可測流速下限只能達(dá)到0.3m/s,在測量對象的流速下限要求更低時(shí),不能勝任。
總的來說，插人式流量計(jì)具有一些優(yōu)點(diǎn):1)購置費(fèi)。管徑愈大愈便宜。2)安裝費(fèi)。采用不斷流取出型可節(jié)省旁路管及其輔助設(shè)備。3)運(yùn)行費(fèi)少，壓損小,能耗費(fèi)低。但測量精度很低。
2.2電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)在水流量測量中有重要地位,這是因?yàn)樵摲N儀表具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)測量管內(nèi)無可動部件,不會引起附加的壓力損失;2)測量精度高，且輸出本質(zhì)上是線性的;3)范圍度大,保證精度的范圍度一般可達(dá)40:1,可測范圍可達(dá)200:1。但是,本工程若采用電磁流量計(jì),會存在以下問題:1)在線使用的大口徑電磁流量計(jì),由于不停水檢測及不方便拆卸等原因,難以做到故障維修或按期進(jìn)行周期檢定;2)大口徑產(chǎn)品價(jià)格高;3)從正確性、經(jīng)濟(jì)性方面考慮，推薦使用的流速范圍為1~5m/s。本工程中,流速可能<1m/s,因此其精度不能保證;4)由于流速低,易在測量管內(nèi)襯和電極上形成沉積物,造成測量不正確。要及時(shí)清洗檢測件,就必須增加旁路管。大口徑管路因?yàn)橥顿Y和位置空間限制,這一點(diǎn)不易辦到。
2.3超聲波流量計(jì)
2.3.1兩種超聲波流量計(jì)的選擇
目前超聲波流量計(jì)有管道安裝式和外敷式兩種。管道安裝式由于其大口徑產(chǎn)品價(jià)格高、不方便拆卸等原因,所以本工程不考慮采用。本工程最終采用超聲波流量計(jì)(外敷式)。
2.3.2超聲波流量計(jì)(外敷式)技術(shù)特性與其它大口徑流量計(jì)比較
超聲波流量計(jì)(外縛式)是目前其它流量計(jì)所無法做到的獨(dú)有的測量方式,是適于解決大口徑流量測量困難問題的一.類流量計(jì),有較突出的優(yōu)點(diǎn):
1)超聲波流量計(jì)的“外縛式”安裝,檢測件內(nèi)無阻礙物,不干擾流場,不會堵塞,無附加壓損。
2)安裝時(shí)無需破壞管道。無論是管段式或是插人式都需要在管道上開孔,或截管法蘭連接,或停運(yùn)安裝,而超聲波流量計(jì)外縛即可,安裝成本大大降低。
3)由于“外縛式”測量為非接觸式,測量時(shí)探頭夾縛在管道外側(cè)，沒有防腐防污處理的要求。其他儀表需考慮接觸材質(zhì)的選材,且選材等級愈高,造價(jià)愈昂貴。
4)測量管徑足夠大時(shí),其它流量計(jì)均會受到機(jī)械加工或運(yùn)輸?shù)南拗贫鵁o法滿足測量要求,超聲波流量計(jì)外敷式可很好地解決,而且一臺表可任意測量各種管徑,而管段式儀表--臺表只能針對性地測量一種管徑的流量。
5)無定期調(diào)校和定期拆洗等要求。由于儀表不與被測介質(zhì)接觸,故無需進(jìn)行定期拆洗、定期排污等維護(hù)工作,大大降低儀表的運(yùn)行維護(hù)成本。
6)超聲波流量計(jì)的測量精度同管徑有關(guān),管徑越大,精度越高。有的供應(yīng)商能提供帶測量管的多聲道時(shí)差式超聲流量計(jì),正確度最高可達(dá)0.15級。
7)量程比大,基本無上限。
8)對直管段的要求較寬松。一般流量計(jì),通常會嚴(yán)格要求測點(diǎn)前10D后5D。而超聲波流量計(jì)對此則較寬松,測點(diǎn)前7D后3D即可,甚至更小,測量點(diǎn)選擇范圍更寬。這樣測量時(shí)會更加方便,減少測量時(shí)的安裝難度。
9)對于本工程，由于地表綠化用水、井壁滲透和管路外漏等原因常常引起井內(nèi)水位上升而很可能淹沒流量傳感器，所以用超聲波流量計(jì)的傳感器和變送器為分體式安裝:傳感器安裝在管內(nèi),探頭的防護(hù)等級為潛水型;超聲波流量計(jì)變送器目前做不到IP68,所以將變送器安裝在儀表井,靠近上部。
超聲波流量計(jì)(外縛式)與幾種常用大口徑流量計(jì)的性能比較如表3所示。
3供水管網(wǎng)中大口徑流量計(jì)應(yīng)用存在的問題及解決方案
由于對大口徑水流量計(jì)不能停水檢測及不方便拆卸等原因,進(jìn)行校準(zhǔn)和檢定也是水工業(yè)發(fā)展和計(jì)量學(xué)的一項(xiàng)技術(shù)難關(guān)。
3.1送檢困難
南湖取水流量計(jì)用于貿(mào)易結(jié)算,對其必須進(jìn)行周期性強(qiáng)制檢定。由于我國大于DN400以上的大口徑流量計(jì)檢定站很少,流量計(jì)送檢不便且增加了運(yùn)輸成本。
3.2在線實(shí)流檢定困難
由于大口徑流量計(jì)的現(xiàn)場工作條件與實(shí)驗(yàn)室的工作條件相差很大，因此所有供水企業(yè)根據(jù)各自實(shí)際條件,都在探索切實(shí)可行的實(shí)流檢定方法。傳統(tǒng)主要采用標(biāo)準(zhǔn)表法,有如下缺點(diǎn):
1)要求正確知道管道參數(shù),而現(xiàn)場實(shí)際情況又難以確定;2)作為標(biāo)準(zhǔn)表要求有較理想的管道安裝條件;3)人為因素對測量的影響較大;4)現(xiàn)場流量不易調(diào)控,很難實(shí)現(xiàn)全量程測試。
解決方法:
將便攜式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表。運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)在線大口徑流量計(jì)檢測的優(yōu)點(diǎn):
1)可實(shí)現(xiàn)不斷流測量,設(shè)備便于攜帶,安裝方便;2)不干擾流場,無壓力損失,穩(wěn)定性好;3)外夾式探頭,可以根據(jù)管道現(xiàn)場情況移動安裝測量;4)適用范圍廣,可用于各種類型流量計(jì)的在線檢測;5)適應(yīng)性強(qiáng)，可用于不同管徑.不同介質(zhì)的檢測;6)標(biāo)準(zhǔn)表價(jià)格基本與所測管徑無關(guān),性價(jià)比高。
運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)開展在線大口徑流量計(jì)的檢測,這種方法極大地方便了供水企業(yè)的計(jì)量工作.同時(shí)也有效降低了企業(yè)在計(jì)量方面的資金消耗。
4結(jié)論與展望
論文結(jié)合“克市南湖(東污溝水庫)改造工程取水工程",對供水管網(wǎng)中各類大口徑流量計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)和影響因素進(jìn)行了分析與研究，為大口徑流量計(jì)進(jìn)一步的推廣應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，希望各種大口徑流量計(jì)的性能更趨于完善,更好地解決大口徑流量計(jì)的檢定難問題。
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