夾馬口泵站電磁流量計穩(wěn)定性探索

王建剛

(運城市夾馬口引黃管理局 044000)

1 灌區(qū)概況

運城市夾馬口引黃管理局下轄夾馬口、小樊、泉杜三個灌區(qū)，水源統(tǒng)一由吳王泵站提供。夾馬口灌區(qū)由夾馬口泵站供水，泉杜泵站在夾馬口灌區(qū)一級干渠23+300處取水供給泉杜灌區(qū)，小樊灌區(qū)自成體系。

1998年以來，管理局對灌區(qū)管理體制、經(jīng)營機制進行了改革和創(chuàng)新，圍繞“農(nóng)民增收、工程發(fā)展、職工受益”的“三贏”管理目標(biāo)，實行“事企”分開。按照“水”的商品屬性和流程，實行“泵站生產(chǎn)水、灌區(qū)銷售水、農(nóng)戶消費水”的市場化運作模式，形成了“模擬法人主體化、獨立核算企業(yè)化、層層買賣市場化、規(guī)范服務(wù)公開化”的管理模式。

夾馬口干渠站與夾馬口泵站、泉杜泵站、支渠、干斗等在內(nèi)部管理中屬于買賣關(guān)系，即夾馬口泵站生產(chǎn)的“水商品”經(jīng)插入式電磁流量計批發(fā)給夾馬口干渠站，干渠站經(jīng)管道電磁流量計躉售給泉杜泵站，經(jīng)巴歇爾量水槽躉售給各支渠，經(jīng)無喉道量水槽躉售給各干斗，最終由干斗、支斗將“水商品”零售給農(nóng)戶。

管理局對所轄泵站根據(jù)單耗(即單方水耗電量)指標(biāo)進行獎罰考核，對干渠、支渠按千噸·公里損失(即每千噸水每運行1公里所損失的水量，相對干渠渠道水利用系數(shù)更科學(xué)，二者間可相互運算轉(zhuǎn)化)指標(biāo)考核，對斗渠水量全額計費。

2 存在的問題

2009年夏澆，夾馬口泵站與夾馬口干渠站水量交接方式由人工流速儀測流變革為插入電磁流量計計量。

流量計投入運行以后，給交接雙方管理者的總體印象是穩(wěn)定性特別差、誤差特別大。2010年12月9～10日用流速儀校核的流量為2.0m3/s，而流量計卻平均偏大0.533m3/s，造成干渠站千噸·公里損失指標(biāo)嚴(yán)重虧損。通過對2009年夏澆至2011年春澆年灌溉運行數(shù)據(jù)進行比較分析，初步摸索出了以下規(guī)律:千噸·公里損失指標(biāo)正常時，干渠站和夾馬口泵站雙贏;指標(biāo)浮動時，干渠站持平或虧損，夾馬口泵站虧損;指標(biāo)失實時，干渠站嚴(yán)重虧損，夾馬口泵站單耗指標(biāo)低于理論值范圍。

流量計運行的不穩(wěn)定性完全打破了內(nèi)部管理平衡，造成管理指標(biāo)嚴(yán)重失真，嚴(yán)重干擾了內(nèi)部的正常管理秩序和管理方向。尤其是干渠站因水量無故虧損而受罰，挫傷了職工的積極性和創(chuàng)造性。

3 問題剖析

3.1 流量計工作原理

流量計安裝于水泵出口的鋼制管件上，數(shù)字儀表置于調(diào)度值班室的儀表柜中;二者間用數(shù)據(jù)線連接，將流量計的流速信息傳輸?shù)絻x表，并計算、顯示相關(guān)運行數(shù)據(jù)。其工作原理是:將泵站壓力輸水管道的直徑參數(shù)輸入儀表計算出過水?dāng)嗝婷娣e，電磁場掃描通過流量計斷面的瞬時流速，儀表據(jù)此顯示水泵機組的瞬時流量和累計水量值。

3.2 問題分析

由流量計的工作原理可知:當(dāng)管道中通過的流體全部為水時，儀表的顯示是準(zhǔn)確無誤的，對應(yīng)的千噸·公里損失指標(biāo)正常;當(dāng)水體中夾雜少量氣體時，機組由于氣蝕而效率下降，表現(xiàn)為泵站單耗上升、千噸·公里損失指標(biāo)浮動;當(dāng)含氣量大到一定的程度時，機組由于做功少而單耗下降，對應(yīng)的千噸·公里損失指標(biāo)則失實。

3.3 誤差計算

根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，當(dāng)水中混有1%空氣時，水泵效率下降5% ～15%，當(dāng)混入10%時，水泵就不能工作了。管道中水和氣的運行情況是十分復(fù)雜的，只能通過純物理理論來進行粗淺的分析和計算，計算的結(jié)果可以說明生產(chǎn)實際中發(fā)生的問題，下面以2011年6月22日的運行數(shù)據(jù)為例計算如下。

3.3.1 運行參數(shù)

夾馬口泵站運行機組7臺，單機流量1.110m3/s，日提水量737958m3，當(dāng)日單耗0.275kW·h/m3;干渠站當(dāng)日千噸·公里損失10.3841m3，按指標(biāo)7m3核算日虧損40540m3。

3.3.2 含氣率1%的水量誤差

a.體積誤差。假設(shè)水中含氣率為1%，則過水?dāng)嗝婷娣e、流量、水量即誤差1%。

b.物理誤差。以當(dāng)日運行的6號管道的平均流量Q=4.439m3/s、φ1400管道面積A=1.539m2計算，管道中水平均流速v流量計=2.884m/s。

c.合計誤差。因45.25% ×99%=44.80%，則誤差率為55.20%。按2011年6月22日水量折算，多計水量為737958×55.20%=407353m3。

3.3.3 以當(dāng)日虧損水量折算水體含氣率

折算的誤差率為40540/737958=5.49%。

設(shè)水體含氣率為 x，則v水(1 － x)+v氣x=v流量計，即2.726(1－x)+122×2.726x=2.884，解得 x=0.00048=0.48‰。

3.3.4 結(jié)果說明

a.在1%含氣率的假定下，理論計算的誤差率55.20%即為水泵效率的下降值，是經(jīng)驗值5% ～15%最大值的近4倍，恰恰證明了泵體和管路中水和氣運動狀態(tài)的復(fù)雜性，單單依靠理論計算是不能完全解釋清楚的。

b.以2011年6月22日運行數(shù)據(jù)算得的水體含氣率0.48‰，雖然不是十分準(zhǔn)確，但能證明電磁流量計的穩(wěn)定性對水體含氣率十分敏感。

4 干擾因素

4.1 進水池攔污柵

從實際運行效果來看，泉杜泵站安裝的管道電磁流量計的穩(wěn)定性遠遠好于夾馬口泵站的插入式電磁流量計。

泉杜泵站前池結(jié)構(gòu)按設(shè)計對稱布置，且設(shè)有隔墩;夾馬口泵站經(jīng)1998年增容改造，前池基于原開放結(jié)構(gòu)在右側(cè)增加了兩臺機組，非對稱布置，因此泉杜泵站前池及進水池水的流態(tài)要好于夾馬口泵站。根本的區(qū)別在于攔污柵的布置。泉杜泵站在取水口和前池進口設(shè)有兩道攔污柵，對進水池水的流態(tài)沒有干擾;夾馬口泵站原設(shè)有進水閘、前池進口和水泵進口(管口焊有鐵箅子)三道攔污柵，2000年在進水閘安裝了撈污機，取消了前池和水泵進口的攔污柵，增設(shè)了進水池攔污柵(見下圖)，其結(jié)構(gòu)雖優(yōu)于原鐵箅子攔污，但嚴(yán)重擾亂了進水池中水的流態(tài)，使水體含氣率急劇上升，進而影響水泵的效率和流量計的穩(wěn)定性。具體的因素有以下兩點:

a.柵前污物堵塞，減小了進水池過水?dāng)嗝婷娣e，流水不暢，進水池中易進氣;污物量與進氣量成正增長關(guān)系。

夾馬口泵站進水池結(jié)構(gòu)圖(單位尺寸:cm;高程:m)

b.柵前污物堵塞，造成柵前泥沙淤積逐年上升，目前已達4m高，人為將進水池變?yōu)榧?當(dāng)淤積達到一定高度時，進水池的進水量滿足不了水泵抽水量時，機組便不能正常運行;柵前淤積高度與進氣量成正增長關(guān)系。

4.2 前池泥沙淤積

由于進水池攔污柵人為抬高了前池的泥沙淤積，因此在機組輪換時，尤其是在輪換不同管路中的機組時，水流要改道形成新的沖溝，流態(tài)紊亂造成水體含氣率突增，流量計的穩(wěn)定性即刻改變;流量愈大整流時間愈短，流量愈小流量計恢復(fù)得愈慢。

4.3 機組的運行工況

機組的進氣量同樣會影響流量計的穩(wěn)定性，因此要對機組及時進行維護和保養(yǎng)，避免水泵效率下滑和失穩(wěn)。

5 結(jié)論

a.前池泥沙淤積高度影響著進水池中水的流態(tài)，決定著水體含氣率，進而干擾了流量計的穩(wěn)定性，并且流量計的誤差率是隨前池泥沙淤積高度而增大的，這個因素是根本性、持續(xù)性和長期性的;機組輪換和維護因素具有一定的時效性，排除了則無影響。

b.基于夾馬口泵站進水池目前的結(jié)構(gòu)，一個周期內(nèi)，前池泥沙淤積高度保持不變，流量計相對是穩(wěn)定的;小流量運行，前池淤積上升，流量計誤差增大，大流量時則相對減小。前池淤積高度總體是抬升趨勢，因此應(yīng)定期用流速儀對流量計進行校核，或通過實際運行數(shù)據(jù)調(diào)整流量計儀表系數(shù)，保持內(nèi)部管理和水量交接的平衡和穩(wěn)定。

c.拆除進水池攔污柵是根本措施，為了保證攔污效果，可增設(shè)前池進口攔污柵?！?/p>