朱　敏　趙文恒　高　湘　宋　狄

(新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院, 克拉瑪依 834000)

0　引言

大口徑流量計(jì)的計(jì)量問(wèn)題倍受人們關(guān)注，是因?yàn)樗?jì)量的數(shù)據(jù)對(duì)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(kù))改造工程取水工程”就是將穿城河水引至南湖(東溝污水庫(kù))，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(jiàn)，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沿線條件

“克市南湖(東污溝水庫(kù))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?dāng)M采用穿城河水源補(bǔ)充，水質(zhì)參照阿依庫(kù)勒水庫(kù)水質(zhì)，可滿(mǎn)足備用水源水質(zhì)要求，見(jiàn)表2，數(shù)據(jù)來(lái)源于2012年3月12日市環(huán)保局監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

表2　阿依庫(kù)勒水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

1.2　引水工程大口徑管路液體流量測(cè)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?jī)x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(guò)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(cè)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(jí)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(méi)流量傳感器。

7)取水管道水質(zhì)呈堿性，需考慮腐蝕問(wèn)題。

8)取水管道流量?jī)x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(lèi)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(mǎn)足要求的過(guò)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(jiǎn)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(duì)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(cè)量原理的制約，可測(cè)流速下限只能達(dá)到0.3m/s，在測(cè)量對(duì)象的流速下限要求更低時(shí)，不能勝任。

總的來(lái)說(shuō)，插入式流量計(jì)具有一些優(yōu)點(diǎn)：1)購(gòu)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(cè)量精度很低。

2.2　電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)在水流量測(cè)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(cè)量管內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，不會(huì)引起附加的壓力損失；2)測(cè)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(cè)范圍可達(dá)200:1。

但是，本工程若采用電磁流量計(jì)，會(huì)存在以下問(wèn)題：

1)在線使用的大口徑電磁流量計(jì)，由于不停水檢測(cè)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)從準(zhǔn)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(cè)量管內(nèi)襯和電極上形成沉積物，造成測(cè)量不準(zhǔn)確。要及時(shí)清洗檢測(cè)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(wú)法做到的獨(dú)有的測(cè)量方式，是適于解決大口徑流量測(cè)量困難問(wèn)題的一類(lèi)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(cè)件內(nèi)無(wú)阻礙物，不干擾流場(chǎng)，不會(huì)堵塞，無(wú)附加壓損。

2)安裝時(shí)無(wú)需破壞管道。無(wú)論是管段式或是插入式都需要在管道上開(kāi)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(cè)量為非接觸式，測(cè)量時(shí)探頭夾縛在管道外側(cè)，沒(méi)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(jí)愈高，造價(jià)愈昂貴。

4)測(cè)量管徑足夠大時(shí)，其它流量計(jì)均會(huì)受到機(jī)械加工或運(yùn)輸?shù)南拗贫鵁o(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量要求，超聲波流量計(jì)外敷式可很好地解決，而且一臺(tái)表可任意測(cè)量各種管徑，而管段式儀表一臺(tái)表只能針對(duì)性地測(cè)量一種管徑的流量。

5)無(wú)定期調(diào)校和定期拆洗等要求。 由于儀表不與被測(cè)介質(zhì)接觸，故無(wú)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(cè)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(cè)量管的多聲道時(shí)差式超聲流量計(jì)，準(zhǔn)確度最高可達(dá)0.15級(jí)。

7)量程比大，基本無(wú)上限。

8)對(duì)直管段的要求較寬松。一般流量計(jì)，通常會(huì)嚴(yán)格要求測(cè)點(diǎn)前10D后 5D。 而超聲波流量計(jì)對(duì)此則較寬松，測(cè)點(diǎn)前 7D后 3D即可，甚至更小，測(cè)量點(diǎn)選擇范圍更寬。這樣測(cè)量時(shí)會(huì)更加方便，減少測(cè)量時(shí)的安裝難度。

9)對(duì)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(méi)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(jí)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。

表3　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

3　供水管網(wǎng)中大口徑流量計(jì)應(yīng)用存在的問(wèn)題及解決方案

由于對(duì)大口徑水流量計(jì)不能停水檢測(cè)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(duì)其必須進(jìn)行周期性強(qiáng)制檢定。由于我國(guó)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(chǎng)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)要求準(zhǔn)確知道管道參數(shù),而現(xiàn)場(chǎng)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(duì)測(cè)量的影響較大；4)現(xiàn)場(chǎng)流量不易調(diào)控,很難實(shí)現(xiàn)全量程測(cè)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(cè)的優(yōu)點(diǎn)：

1)可實(shí)現(xiàn)不斷流測(cè)量,設(shè)備便于攜帶,安裝方便；2)不干擾流場(chǎng),無(wú)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(chǎng)情況移動(dòng)安裝測(cè)量；4)適用范圍廣,可用于各種類(lèi)型流量計(jì)的在線檢測(cè)；5)適應(yīng)性強(qiáng),可用于不同管徑、不同介質(zhì)的檢測(cè)；6)標(biāo)準(zhǔn)表價(jià)格基本與所測(cè)管徑無(wú)關(guān),性?xún)r(jià)比高。

運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)開(kāi)展在線大口徑流量計(jì)的檢測(cè),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(kù))改造工程取水工程”，對(duì)供水管網(wǎng)中各類(lèi)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(wèn)題。

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