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供水管網中大口徑流量計的應用
發布時間:2022-1-26 08:20:06

摘要:供水管網中大口徑流量計的測量應用一直是供水行業所面臨的一個難題。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用效果來看,仍然各有短缺,另外,水計量對保護珍貴的水資源、提高供水行業的經濟效益有著十分重要的意義。本文結合“克市南湖(東污溝水庫)改造工程取水工程”,就大口徑流量計在供水管網中計量方面的應用做出了相關的技術分析與探討。
0引言
  大口徑流量計的計量問題倍受人們關注,是因為水計量的數據對保護珍貴的水資源、提高供水行業的經濟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,并同時擴大克拉瑪依市水資源系統備用蓄水設施能力。由此可見,做好南湖取水工程水流量的交接計量具有十分重要的意義。
1工程概況及特點分析
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
  新建南湖水擬采用穿城河水源補充,水質參照阿依庫勒水庫水質,可滿足備用水源水質要求,見表2,數據來源于2012年3月12日市環保局監測數據。
 
1.2引水工程大口徑管路液體流量測量的特點及儀表選型注意事項
  綜合表1、表2,可得以下結論:
1)由表1可知,取水管道水流為自流狀態,且沿線高程很小,管路口徑大,要求壓損越小越好,流量儀表選型時就要使壓損盡可能小。
2)由引水規模可知,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壁沉積。設計時應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)防護等級要求高。取水管道口徑大,且途經:世紀公園等市政規劃區,大口徑管路實行埋地敷設,流量傳感器安裝在儀表井內的管段上。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水位上升而淹沒流量傳感器。
7)取水管道水質呈堿性,需考慮腐蝕問題。
8)取水管道流量儀表用于貿易結算。
2供水管網中大口徑流量計應用現狀及分析
2.1插入式流量計
2.1.1入式渦輪流量計
  價格較低。但流體中含固體顆粒時,極易導致渦輪卡滯。且四氟生料帶之類的異物,極易繞在渦輪葉片,上,導致流量系數改變,而大口徑管路上加裝網目數滿足要求的過濾器又不太現實。
2.1.2差壓式均速管流量計
結構簡單,價格便宜。但是,水中泥沙易將取樣孔堵死而引起故障,相對流量較小時誤差增大。
2.1.3入式渦街流量計
  受其測量原理的制約,可測流速下限只能達到0.3m/s,在測量對象的流速下限要求更低時,不能勝任。
  總的來說,插人式流量計具有一些優點:1)購置費。管徑愈大愈便宜。2)安裝費。采用不斷流取出型可節省旁路管及其輔助設備。3)運行費少,壓損小,能耗費低。但測量精度很低。
2.2電磁流量計
  電磁流量計在水流量測量中有重要地位,這是因為該種儀表具有以下優點:
1)測量管內無可動部件,不會引起附加的壓力損失;2)測量精度高,且輸出本質上是線性的;3)范圍度大,保證精度的范圍度一般可達40:1,可測范圍可達200:1。但是,本工程若采用電磁流量計,會存在以下問題:1)在線使用的大口徑電磁流量計,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行周期檢定;2)大口徑產品價格高;3)從準確性、經濟性方面考慮,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,易在測量管內襯和電極上形成沉積物,造成測量不準確。要及時清洗檢測件,就必須增加旁路管。大口徑管路因為投資和位置空間限制,這一點不易辦到。
2.3超聲波流量計
2.3.1兩種超聲波流量計的選擇
  目前超聲波流量計有管道安裝式和外敷式兩種。管道安裝式由于其大口徑產品價格高、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(外敷式)。
2.3.2超聲波流量計(外敷式)技術特性與其它大口徑流量計比較
  超聲波流量計(外縛式)是目前其它流量計所無法做到的獨有的測量方式,是適于解決大口徑流量測量困難問題的一.類流量計,有較突出的優點:
1)超聲波流量計的“外縛式”安裝,檢測件內無阻礙物,不干擾流場,不會堵塞,無附加壓損。
2)安裝時無需破壞管道。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,或停運安裝,而超聲波流量計外縛即可,安裝成本大大降低。
3)由于“外縛式”測量為非接觸式,測量時探頭夾縛在管道外側,沒有防腐防污處理的要求。其他儀表需考慮接觸材質的選材,且選材等級愈高,造價愈昂貴。
4)測量管徑足夠大時,其它流量計均會受到機械加工或運輸的限制而無法滿足測量要求,超聲波流量計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)無定期調校和定期拆洗等要求。由于儀表不與被測介質接觸,故無需進行定期拆洗、定期排污等維護工作,大大降低儀表的運行維護成本。
6)超聲波流量計的測量精度同管徑有關,管徑越大,精度越高。有的供應商能提供帶測量管的多聲道時差式超聲流量計,準確度最高可達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,通常會嚴格要求測點前10D后5D。而超聲波流量計對此則較寬松,測點前7D后3D即可,甚至更小,測量點選擇范圍更寬。這樣測量時會更加方便,減少測量時的安裝難度。
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水位上升而很可能淹沒流量傳感器,所以用超聲波流量計的傳感器和變送器為分體式安裝:傳感器安裝在管內,探頭的防護等級為潛水型;超聲波流量計變送器目前做不到IP68,所以將變送器安裝在儀表井,靠近上部。
  超聲波流量計(外縛式)與幾種常用大口徑流量計的性能比較如表3所示。
 
3供水管網中大口徑流量計應用存在的問題及解決方案
  由于對大口徑水流量計不能停水檢測及不方便拆卸等原因,進行校準和檢定也是水工業發展和計量學的一項技術難關。
3.1送檢困難
  南湖取水流量計用于貿易結算,對其必須進行周期性強制檢定。由于我國大于DN400以上的大口徑流量計檢定站很少,流量計送檢不便且增加了運輸成本。
3.2在線實流檢定困難
  由于大口徑流量計的現場工作條件與實驗室的工作條件相差很大,因此所有供水企業根據各自實際條件,都在探索切實可行的實流檢定方法。傳統主要采用標準表法,有如下缺點:
1)要求準確知道管道參數,而現場實際情況又難以確定;2)作為標準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)現場流量不易調控,很難實現全量程測試。
解決方法:
  將便攜式超聲波流量計作為標準表。運用便攜式超聲波流量計實現在線大口徑流量計檢測的優點:
1)可實現不斷流測量,設備便于攜帶,安裝方便;2)不干擾流場,無壓力損失,穩定性好;3)外夾式探頭,可以根據管道現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的在線檢測;5)適應性強,可用于不同管徑.不同介質的檢測;6)標準表價格基本與所測管徑無關,性價比高。
  運用便攜式超聲波流量計開展在線大口徑流量計的檢測,這種方法極大地方便了供水企業的計量工作.同時也有效降低了企業在計量方面的資金消耗。
4結論與展望
  論文結合“克市南湖(東污溝水庫)改造工程取水工程",對供水管網中各類大口徑流量計的主要技術特點和影響因素進行了分析與研究,為大口徑流量計進一步的推廣應用提供了實踐經驗。同時,希望各種大口徑流量計的性能更趨于完善,更好地解決大口徑流量計的檢定難問題。

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