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案例分析:“带压且非满管”情况下,泵站出口流量怎么测?

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提升泵站的出水管,通常都是满管及较高流速,适合安装电磁流量计进行流量测量。


在实际项目中,由于现场土建和安装条件限制,不少提升泵站出现如下情况,导致其出水管为带压及非满管

▶出口有较长的水平管段,类似下图的位置;

▶跌水,类似下图的位置。

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提升泵站的出水管如果为带压及非满管,则无法使用电磁流量计正常进行流量测量,也无法采用常见的流量测量方式。


带压及非满管流量测量问题,是不少提升泵站运行中都存在的难点和痛点问题,值得深入分析、讨论并解决。


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问题分析

目前提升泵站的出水流量测量,常采用电磁流量计,可能使用超声波多普勒流量计和超声波互相关流量计。这些流量计都是速度面积法流量计。其核心就是要同步测量过流断面的平均流速和过流断面面积。


Q=A过流面积·V平均[体积/面积]


非满管情况下,过流断面面积的测量转换为高度的测量。

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在满管情况下,过流断面设定为固定值,则只需测量过流断面的平均流速,例如电磁流量计。

“不带压及非满管”情况下,需要同步测量过流断面的高度和平均流速。过流断面的高度,可采用压力传感器和空气超声波液位计,例如重力流排水管网的流量测量。
“带压及非满管”情况下,也需要同步测量过流断面的面积和平均流速。除了非满管情况下的流速测量难题以外,过流断面的高度测量也面临很大的挑战:
压力传感器受到管道内空气压力(正压或负压)的影响,无法准确测量液位的高度;
在管道带压情况下,通常无法在管道上安装空气超声波液位计;或者空气超声波液位计无法承受管道内较高的压力。

因此,提升泵站带压及非满管出口流量测量面临两个难题:

如何准确测量带压及非满管情况下的流速;
如何精确测量带压及非满管情况下的液位。


02

解决方法

2.1 “带压及非满管情况下的流速测量

如前文《观点讨论:排水管网流量精准测量,为多场景提供硬安全底座和软数字底座中提及,可以用插入式超声波互相关流量计,对过流断面进行全断面扫描;在带压及非满管情况下,过流断面平均流速的测量误差达到:

流速<1 m/s情况下,<测量值的0.5%+5 mm/s

流速>1 m/s情况下,<测量值的1%



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传感器顶端为45°角的斜面,仅仅深入管道内壁1.5cm左右,不会影响流场分布,也不会挂垃圾。

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2.2 “带压及非满管情况下的液位测量

带压及非满管情况下的液位测量,是其中的难点。在现场安装条件受限情况下,可以考虑:
安装压力传感器,要求压力传感器的测量精度达到0.25 % FSO
采取措施,抵消管道内压力对液位测量的影响。

2.3 传感器的安装方式
将插入式互相关流速传感器和压力传感器安装在管道的侧下方,如下图所示。

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安装方式,要考虑方便安装、方便维护、方便带压施工等要求。


03

实际案例

3.1 项目背景
某城市提升泵站出口管道;
DN600,钢管;
测量介质为污水,杂质多,存在非满管情况;
现有电磁流量计无法稳定测量。

3.2 测量任务
采用高精度的流量测量方法,实时监测泵站运行情况;
尽可能少的安装工作,适应复杂条件下的安装;
适应高杂质等特点。

3.3 解决方案
采用超声波互相关流量计,满足高精度的测量要求;
数量:1套;
传感器:1xCSM插入式互相关传感器,1套压力传感器;
安装方式:插入式安装;
数据:通过4G上传云端。

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实际测量结果

经过连续测量,发现:
当液位在0.200 m(非满管)~0.543 m(非满管)波动情况下,可以稳定测量流量。
能够在带压及非满管情况下,实时反馈液位和流速的变化,且与现场运行工况相符。

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05

结论

1)提升泵站出水管如果为带压及非满管,则无法使用电磁流量计等常规流量计进行流量测量。
2带压及非满管流量测量的难点是过流断面的平均流速和带压情况下的液位测量。
3)可以考虑采用插入式互相关流量计+压力传感器的组合测量;同时采取措施,抵消管道内压力对液位测量的影响。
4)实际使用效果证明,插入式互相关流量计+压力传感器的组合测量能够在带压及非满管情况下,实时反馈液位和流速的变化,且与现场运行工况相符。

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