供水管網(wǎng)中大口徑流量計的應用分析

朱　敏　趙文恒　高　湘　宋　狄

(新疆石油勘察設計研究院, 克拉瑪依 834000)

0　引言

大口徑流量計的計量問題倍受人們關(guān)注，是因為水計量的數(shù)據(jù)對保護珍貴的水資源、提高供水行業(yè)的經(jīng)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(tǒng)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沿線條件

“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。

表1　沿線條件

1.1.2取水水源水質(zhì)

新建南湖水擬采用穿城河水源補充，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)。

表2　阿依庫勒水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

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(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(jīng)世紀公園等市政規(guī)劃區(qū)，大口徑管路實行埋地敷設，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)中大口徑流量計應用現(xiàn)狀及分析

2.1　插入式流量計

2.1.1插入式渦輪流量計

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(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。

2.1.2差壓式均速管流量計

結(jié)構(gòu)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插入式渦街流量計

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，插入式流量計具有一些優(yōu)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(jié)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(yōu)點：

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(chǎn)品價格高;3)從準確性、經(jīng)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(nèi)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(chǎn)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(shù)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(yōu)點：

1)超聲波流量計的“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)安裝時無需破壞管道。無論是管段式或是插入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(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?shù)南拗贫鵁o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，而管段式儀表一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(guān)，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(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。

表3　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

3　供水管網(wǎng)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(yè)發(fā)展和計量學的一項技術(shù)難關(guān)。

3.1　送檢困難

南湖取水流量計用于貿(mào)易結(jié)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(xiàn)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(yè)根據(jù)各自實際條件,都在探索切實可行的實流檢定方法。傳統(tǒng)主要采用標準表法，有如下缺點：

1)要求準確知道管道參數(shù),而現(xiàn)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(xiàn)場流量不易調(diào)控,很難實現(xiàn)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(xiàn)在線大口徑流量計檢測的優(yōu)點：

1)可實現(xiàn)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(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的在線檢測；5)適應性強,可用于不同管徑、不同介質(zhì)的檢測；6)標準表價格基本與所測管徑無關(guān),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(yè)的計量工作,同時也有效降低了企業(yè)在計量方面的資金消耗。

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的主要技術(shù)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(jīng)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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