李富維
(太原市自來水公司,山西 太原 030051)
水表作為供水企業(yè)貿(mào)易結(jié)算的主要儀表之一,在供水企業(yè)中處于舉足輕重的地位,但是大口徑水表數(shù)量較少而且計(jì)量水量較大,因此,大口徑水表的計(jì)量準(zhǔn)確與科學(xué)管理,將對(duì)供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益產(chǎn)生直接影響。
目前,供水企業(yè)普遍采用機(jī)械式水表計(jì)量、現(xiàn)場(chǎng)定期人工抄表和巡檢的管理模式。然而這種模式存在著計(jì)量和管理上的弊端:機(jī)械水表的結(jié)構(gòu)特性(始動(dòng)流量較高、壓損大、不可避免的自然磨損等因素)導(dǎo)致水表計(jì)量失準(zhǔn);人工定期抄表和巡檢不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決水表故障問題,無法及時(shí)了解用戶用水高低峰的詳細(xì)情況,不便于分析該水表計(jì)量性能是否適合用戶用水情況。鑒于此,文章引進(jìn)一種新型電子水表—超聲波水表。通過對(duì)超聲波水表與機(jī)械式水表計(jì)量的性能指標(biāo)進(jìn)行比對(duì),并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益分析,可以預(yù)期超聲波水表的合理選型與應(yīng)用,可降低供水企業(yè)漏損率,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊,將現(xiàn)場(chǎng)流量數(shù)據(jù)傳到監(jiān)控中心,通過監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的無線監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了大口徑水表的科學(xué)管理。
總之,超聲波水表與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)綜合應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)供水企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益和大口徑水表管理水平質(zhì)的突破。
監(jiān)控系統(tǒng)主要由水流量測(cè)量設(shè)備超聲波水表、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控中心和終端用戶4部分組成。該系統(tǒng)以超聲測(cè)流原理的超聲波水表進(jìn)行計(jì)量,監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò),GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊從GPRS網(wǎng)絡(luò)接收到數(shù)據(jù),并經(jīng)由串口線發(fā)送給超聲波水表;超聲波水表返回的數(shù)據(jù)按原路反向傳輸至監(jiān)控中心,終端用戶通過internet訪問監(jiān)控中心,從而實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。原理見圖1。
圖1 無線監(jiān)控原理框圖
超聲測(cè)流原理是利用超聲波換能器產(chǎn)生超聲波,當(dāng)超聲波在水中傳播時(shí),水的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化,其傳播時(shí)間的變化正比于水的流速。當(dāng)零流量時(shí),兩個(gè)傳感器發(fā)射和接收聲波所需的時(shí)間完全相同;當(dāng)水流動(dòng)時(shí),逆流方向的聲波傳輸時(shí)間大于順流方向的聲波傳輸時(shí)間。
圖2描述了超聲波水表的測(cè)量原理。
圖2 超聲測(cè)流原理圖
式中:A:超聲波上游傳感器;
B:超聲波下游傳感器;
t1:為超聲波在正方向上的傳播時(shí)間;
t2:為超聲波在逆方向上的傳播時(shí)間;
D:管道直徑;
V:管段中水的流速;
C:超聲波在水中的傳播流速。
由數(shù)學(xué)模型可以推出:V∝f(t2-t1)。由于C>>Vsinα,所以時(shí)間差t2-t1很短,時(shí)間檢測(cè)分辨率<1ns,這一指標(biāo)是決定超聲水表始動(dòng)流量的重要因素。
3.1.1 特性流量參數(shù)對(duì)比
表1 DN150 mm水表特性流量參數(shù)對(duì)比表 m3/h
根據(jù)旋翼式機(jī)械水表與超聲波水表說明書的理論參數(shù),對(duì)兩種水表的特性流量參數(shù)對(duì)比見表1(以DN150 mm口徑水表為例)。
通過表1比對(duì)分析,超聲波水表有較大的量程,常用流量極大,始動(dòng)流量極低,可以滿足各種用水狀態(tài)的使用。從始動(dòng)流量分析看,用戶在0.318~0.55 m3/h狀態(tài)運(yùn)行時(shí),機(jī)械水表不計(jì)量,而超聲波水表可以計(jì)量,一天按照10 h計(jì)量,一年可為企業(yè)減少1 800 m3左右水量損失;大流量看,假如用戶超過200 m3/h狀態(tài)運(yùn)行時(shí),機(jī)械水表已經(jīng)超過它的超載能力,長(zhǎng)期運(yùn)行嚴(yán)重?fù)p壞其計(jì)量元件,極易造成水表卡字走停及計(jì)量失準(zhǔn),按照每小時(shí)200 m3運(yùn)行,一天10 h計(jì)量,若發(fā)現(xiàn)不及時(shí),一天可損失水量2 000 m3,對(duì)于超聲波水表來說,由于無運(yùn)動(dòng)元件,且這個(gè)流量介于分界和常用流量之間,可以正常計(jì)量。
3.1.2 性價(jià)綜合對(duì)比
以DN150 mm機(jī)械水表和超聲波水表的性能、特點(diǎn)和價(jià)格綜合方面進(jìn)行評(píng)價(jià),見表2。
表2 綜合評(píng)價(jià)對(duì)比表
綜合評(píng)價(jià)分析,超聲波水表雖采購(gòu)價(jià)格較高,但從水表特性流量數(shù)看,減少漏計(jì)的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水表的價(jià)格,況且超聲波水表壓損極小,寬量程比、使用壽命較長(zhǎng),重量輕,便于維修檢定,并且其本身帶有數(shù)據(jù)采集及信號(hào)輸出功能,容易構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),綜合來看,超聲波的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于旋翼式機(jī)械式水表。
在山西大學(xué)安裝一只DN200 mm的超聲波水表與原使用的旋翼式機(jī)械水表進(jìn)行了串聯(lián)比對(duì)試驗(yàn),經(jīng)過近一年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表3。
表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)
通過比對(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超聲水表比機(jī)械式水表多計(jì)量3.10%,而且隨著機(jī)械式水表的磨損,兩者相差有越來越大的趨勢(shì)。換算成水量,一年可減少損失約11 288 m3,可見,利用超聲波水表,可減少供水企業(yè)水量損失,提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
將小店部分用戶DN150 mm旋翼式水表更換為超聲波水表,并用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的超聲波數(shù)據(jù)分析原來水表的使用情況,得出結(jié)論如下。
3.3.1 建立監(jiān)控系統(tǒng),可對(duì)用戶用水狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控
通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示功能顯示,供水企業(yè)和用戶可以足不出戶,實(shí)時(shí)查看水表的瞬時(shí)流量、累積流量等相關(guān)信息,對(duì)瞬時(shí)為零用戶,供水企業(yè)可調(diào)查分析出現(xiàn)這種情況的原因,進(jìn)行針對(duì)性的處理。見圖3,對(duì)于33所用戶,2011年3月12日數(shù)據(jù)一直未上傳,營(yíng)銷部通過現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn),表井被大量煤堆覆蓋,嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸,通過及時(shí)清理,恢復(fù)正常。可見,通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),可及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種突發(fā)情況,便于及時(shí)處理解決問題,有效降低企業(yè)的損失,同時(shí)避免和用戶發(fā)生因水量估算而產(chǎn)生的糾紛。
圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面圖
圖4 日期和瞬時(shí)流量對(duì)應(yīng)折線圖
圖5 日期和瞬時(shí)流量對(duì)應(yīng)折線圖
3.3.2 建立監(jiān)控系統(tǒng),可隨時(shí)分析水表選型是否合理
從慶云街富士康水的上日期和瞬時(shí)流量折線圖(見圖4)可以看出,原來旋翼式水表(過載流量為200 m3/h)長(zhǎng)期處于超過常用流量狀態(tài)下及過載流量狀態(tài)下,水表的易損件加速磨損,造成水表卡字走?,F(xiàn)象,嚴(yán)重影響水表的計(jì)量性能,給供水企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此,旋翼式機(jī)械水表已經(jīng)不適合該用戶使用,該用戶用水量波動(dòng)較大,適合使用寬量程比、穩(wěn)定性高的超聲波水表。
3.3.3 監(jiān)控系統(tǒng)分析出原來機(jī)械水表對(duì)較小流量漏計(jì)問題
從電子街富士康水表的日期和瞬時(shí)流量折線圖(見圖5)可以看出,原來旋翼式水表用戶長(zhǎng)期處于始動(dòng)流量(0.55 m3/h)狀態(tài)以下運(yùn)行,該機(jī)械水表不計(jì)量,而更換為始動(dòng)流量極小的超聲波水表,可計(jì)量機(jī)械水表始動(dòng)流量值之下的流量。按照每小時(shí)0.3m3,每天按15 h計(jì)算,比原來機(jī)械水表一天多計(jì)量4.5 m3,一年多計(jì)量1 600 m3左右,為供水企業(yè)減少了不必要的損失。
通過上述分析,使用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)還可以隨時(shí)分析口徑及量程和流量的匹配程度,并掌握每個(gè)大用戶的用水變化規(guī)律,進(jìn)而建議使用最適合用戶的水表型號(hào)規(guī)格,這樣可解決大表小流量,小表大流量等水表選型不合適的問題。
超聲波水表的使用和無線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用,不僅可以提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,而且使大口徑水表的計(jì)量管理水平有了質(zhì)的飛躍,也為企業(yè)的節(jié)能降耗、和諧發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[1]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.冷水水表國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程(JJG162-2009).北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2009.
[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.封閉滿管道中水流量的測(cè)量飲用冷水水表和熱水水表國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T778-2007).北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.
[3]詹志杰.水表技術(shù)手冊(cè).北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2009.