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流量计监测管道内流量的应用

来源: 发布时间:2013-07-20 09:09:38

  国内外管道流量监测的设备很多,比如:电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、质量流量计、气体流量计、转子流量计、涡轮流量计玻璃转子流量计等。但是,能准确测量排水管道非重力流的水位、流速和流量的仪器并不多。目前应用较多的管道流量计为。主要产品有面积速度流量计,能同时测定非满管或满管流管道中水位和双向流速。910型是单通道式的,配一个探头,可以测定一个水位值和一个流速值;920型是双通道式的,配两个探头,可以同时测定两个测点的水位值和流速值。流量计可以按设定的时间间隔,连续采集瞬时流量、水位数据,存储在模块中。通过数据线与通讯软件进行下载、处理数据。

 Sigma910/920工作原理
    Sigma910/920性能参数见表1。

    压力传感器工作原理:将压力测量换算成液位高度。压力传感器探入或接触被测液位,受到一定的介质压力P,这种压力与被测液体的高度h(m)成正比例:

    P=ρgh

    式中ρ———液体的密度,kg/m3;

    g———当地的重力加速度,m/s2。

    对于一定的被测介质和地点,ρ、g为常数。从而,由压力即可得知液位,即h=P/(ρg)。液位变送器将测量的压力信号转化为液位信号,通过模数转换变成液位数值,记录在流量计的储存器中。

    多普勒传感器工作原理:当声音、光和无线电波等振动源与接收器以相对速度V相对运动时,接收器所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。通常,管内污水中有固体颗粒杂质,利用颗粒之间的频率差,再通过流量计中的计算模块,获得流速数据。

    根据水位计算出过水断面面积A,再根据Q=VA,得出流量数据。

    3 监测方法

    流量监测共15个点,其中浙大周边11个点,其监测位置示意见图1。采用8套Sigma910型流量计分两次对8个点进行测量。

    (1)现场勘查。摸清管道实际管径、管内污泥淤积和流量计安装条件。


    (2)流量计现场安装及调试。固定流量计探头在管底(或管侧壁);设置流量计采集参数。根据监测要求,流量计参数设置为:数据记录间隔为15min;晴天旱流量监测时间为48h;雨天监测时间为下雨前1天,雨天和下雨后1天。

    (3)数据采集。Sigma910型流量计能将监测数据自动存储在流量计的内存中,间隔一定时间后,用笔记本或DTU(data transfer unit)将监测时间段内的数据进行下载。

    (4)拆卸流量计。

    (5)数据处理与分析。对数据进行分析,比对相同条件下数据的一致性,确认数据的合理性。

    4 数据分析

    测量数据分析的主要目的是分析数据的科学性,找出变化规律以及峰值、波谷的发生点。进行数据科学性核查简单而有效的方法是观察和比较原始数据的图表,作水位、流速和流量随时间的变化曲线图,观察在同一测量点晴(雨)天数据是否表现出相似性(即数据是否表现出一致性)。

    选取玉古路—西溪路交叉口管道监测点进行分析讨论。该点位于玉古路上,合流管道,管径DN800,混凝土管,水流方向自南向北。管道内淤积厚度约60mm。监测主要目的是摸清晴天和雨天污水量、充满度、水位、流速等参数,判断管段是否满足晴雨天过流要求。

    下面将5月31日、6月1日两天晴天数据和6月2日雨天数据进行分析。

    4.1 水位数据分析

    5月31日和6月1日两天(晴天)内最大水位为133.786cm,最小水位为56.168cm,平均水位为67.422cm(见图2)。该管道管径为DN800,计算得出平均充满度为0.84,超过了设计规范值,说明管道晴天已经处于满负荷状态。6月2日雨天水位明显攀升,水位从6:00一直保持到第二天7:00才回落到旱流状态。


    从图2可以看出,5月31日和6月1日水位数据存在较好的一致性。从5月31日数据可以看出,水位明显存在4个波峰值。9:00~10:00、13:00~14:00、17:00~18:00及21:00~22:00。这与居民生活用水规律完全符合。早上七八点钟是居民洗漱及做早餐时间,为用水量高峰,污水汇流到监测点,流行时间为1~2h,正好是9点至11点,处在第一个高峰值位置。第二高峰点对应着中午用餐时间后1~2h;第三个高峰对应着晚上用餐时间后1~2h;第四个高峰点对应着晚上就寝洗漱时间。从分析可以清楚得出,该监测数据完全科学可靠。

    4.2 流速数据分析

    5月31日和6月1日两天(晴天)内最大流速为0.52m/s(见图3),最小流速为0.16m/s,平均流速为0.31m/s。流速数据具有较好的相似性,说明数据科学可靠。流速无明显的波峰或波谷值,流速瞬间波动较大,不过这也符合经验值。该监测点流速普遍偏小,最大流速小于规范中规定的最小设计流速(0.6m/s)。污水在管内流速过慢,很容易造成污泥淤积。6月2日雨天内最大流速为0.62m/s,平均流速也有增加。

    4.3 流量数据分析

    5月31日和6月1日两天(晴天)内最大流量为812.517m3/h,最小流量为256.5m3/h,平均流量为487.632m3/h(见图4)。两天内数据一致性较好,日变化系数Kh=1.67。6月2日雨天最大流量为1128.836m3/h,最小流量为410.817m3/h,平均流量为743.223m3/h。雨天平均流量增加了52.41%。


    以上数据分析可以得出,管道在晴天已处在满负荷状态,有满管压力流的状态发生。雨天污水大量增加,管道处于满管状态,管道发生漫溢的可能性较大。

    5 结语

    管道流量计在监测水位、流速及流量方面具有很高的准确度。

    通过监测某点的水力学参数,可以掌握该管道的运行状况,为管道运行和管理提供最直接的依据。如果需要掌握某一排水流域的整体情况,则建立该区域的管网水力模型,应用水力模型,可准确预测管网的运行状况。

  进行截污纳管工程规划时,需要摸清现有排出污水的数量,以便确定截污干管的管径和截流倍数。以往,调查某一排水流域的污水数量通常根据该区域的生活生产用水量,再乘以一个折算系数进行估计;或者通过计算该排水流域的面积,再乘以每单位面积的估算排水量,从而得到该区域的排水量。

    这两种污水量估算方法并不准确,首先,无法准确估算地下水渗入量。由于现有管道系统役龄较长,管材、接口方式、施工工艺方面抗渗能力差,地下水渗入现象普遍存在。据研究,上海市排水管道的地下水平均渗入量占排水总量的20%,杭州与上海同为南方高地下水地区,可以参考该数据。因此,污水总量估算时,必须考虑地下水的渗入量。其次,杭州作为一个有着悠久历史的老城市,雨污混接普遍存在,通过传统的经验估算法,很难准确把握雨天对流量的影响。

    鉴于以上原因,有必要采用管道流量监测设备对计划监测的管道进行24h连续测量,获得管道内每个时段的水位、流速和流量数据。排水管道流量监测能够客观地评估管道的输水能力与工作状况,是正确评价管道系统运行状况的重要依据。根据不同的目的可以分为短期流量监测、中期流量监测和长期流量监测。

    短期流量监测主要用于短期管道流量调查,为管网系统局部问题提出解决方案,有利于管网系统的及时维护和现场管理,另外还用于管网水力模型的率定;中期流量监测主要对管网系统的运行进行结构性能评价,一般要持续9个月或者1年;长期流量监测主要为了获取管网系统长期运行的数据,掌握管网系统运行周期,记录最大流量,为管网系统的长期管理和维护制定计划。

   

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