观点讨论:排水管网流量测量的难点和面临的挑战
发布时间:2022-11-18 09:31:50 来源:本站原创 作者:本站编辑 浏览次数:

摘要:流量测量技术是为测量目的服务的。不同的流量计有不同的适用范围,可以根据不同的应用场景和测量精度要求,选择不同的流量计。

01
排水管网流量测量的特点

流量测量技术是为测量目的服务的。不同的流量计有不同的适用范围可以根据不同的应用场景和测量精度要求,选择不同的流量计。


厂站网河一体化项目,尤其是重力排水管,是智慧水务关注的重点。重力排水管流量测量,其实是流量测量中非常小的应用领域,但有其特殊性。其特殊性体现在:①管径越大的管道,埋深越深,流速越快;②管道底部通常有污泥沉积;③满管/非满管交替运行;④悬浮物浓度波动大,异物/油脂和杂质多导致传感器容易被缠绕和覆盖,悬浮物以及卫生纸等杂质会对测量造成干扰;⑤随着提质增效的推进,管网里的CH4和H2S等浓度不断增加;⑥安装点的选择等。


由于适用性的问题,目前重力排水管流量测的主力产品是超声波流量计市政行业超声波流量计特指超声波连续多普勒流量计、超声波脉冲多普勒流量计和超声波互相关流量计。


02
排水管网流量计的建模问题

从测量原理分析,应用于排水管网流量测量的超声波流量计,都是测量过流断面实时的局部速度,区别在于局部流速的精度是否对每个局部颗粒准确定位数量,以及找到这些局部速度和断面平均速度相关联的方法——流量计建模。


流量计的数学模型需要:

可以用于实时数据处理;

模型计算的时间不应超过几毫秒。


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流量计的数学模型受以上因素的影响。尤其要重视实验室(基于受控稳定和扰动条件下)数据和现场(接近稳定和扰动的流动条件)数据的收集和整理,需要配置庞大的实验室数据和现场数据的数据库,并不断迭代。


事实上,大量和有效的实验室数据和现场数据的数据库是目前的薄弱环节之一,需要时间和认真态度,一点一点加以解决。



03
排水管网流量计实际使用中需要解决的问题

排水管网的特殊性导致流量计实际使用中出现以下困难:

(1) 管径越大的管道埋深越深且流速越快

大直径的管道,检查井大多采用沉井施工,通常需要安装工人进入检查井安装;

如果检查井高水位,则需要考虑潜水员施工,会大幅增加施工难度和施工风险


(2) 管道底部通常有污泥沉积

如果采用L杆将传感器抬高安装,避免传感器被污泥覆盖,会导致安装和维护工作非常频繁(L杆的维护间隔一般2~3天);

如果传感器偏心安装,需要解决测量误差急剧放大的问题;

调整测量界面设置,降低沉积物高度波动导致的过流断面面积测量误差


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(3) 满管/非满管交替运行

解决低于传感器测量盲区的流量测量问题;

解决满管情况下,多普勒流量计满管测量误差大的问题;

解决“奈奎斯特限制”导致的多普勒流量计测量高度有限问题


(4) 悬浮物浓度波动大异物/油脂和杂质多导致传感器容易被缠绕和覆盖悬浮物以及卫生纸等杂质会对测量造成干扰

悬浮物浓度高,会直接影响多普勒流量计的测量效果;

油脂,尤其是油+泥混合物,覆盖传感器表面,会影响传感器的正常工作,尤其在餐饮重油的城市和区域表现明显;

水中的卫生纸会“吸收”超声波,导致测量误差,尤其在小区排水管网中体现明显;

排水管网中存在大量的头发等丝状物,如果缠绕在L杆或传感器上,会导致测量数据波动,甚至无法正常测量。、


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(5) 随着提质增效的进展,管网里的CH4和H2S等浓度不断增加

管网里的CH4和H2S等浓度不断增加,提高了对操作工人的防护要求;

随着CH4浓度不断增加,对传感器、变送器和电池等提出防爆要求;

随着H2S浓度不断增加,对传感器和变送器的密闭性提出更高要求,否则容易造成腐蚀和设备快速损坏。


(6) 安装点选择

管网的流场受到平直段长度、液位、管道粗糙度、污泥高度和流速等影响,每时每刻都在波动,波动范围大,安装位置直接影响测量效果;

解决不同平直段长度流量计安装问题

解决不同尺寸和埋深的管道、渠道、箱涵流量计安装问题


这些实际使用中发现的问题,涉及传感器的测量原理选择、系统设计、材料优化、生产工艺、安装方法及CFD建模、产品的迭代改进等。


04
排水管网流量计的标定和校核问题

针对排水管网流量计使用遇到的上述问题,进行标定和校核就尤显重要。从行业角度,需要考虑:

建立和健全流量计的在线校准标准;

建立和健全流量计的定期校核制度;

实现底层传感器的在线定期校准。

排水管网流量计的标定和校核,有相当多的工作需要填补和完善。

 

综上所,排水管网流量计在测量方法的选择、传感器数学建模的有效实验室数据和现场数据积累、使用中存在的问题、标定和校核等方面,需要做的工作还有很多;这些需要行业同仁十年乃至数十年的不断努力,而绝非一两年之功!

 

由此可见排水管网流量测量任重而道远。



撰文:王   强

编辑:衣春敏

制作:文   凯

审核:李德强


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