摘要:結合市政(zheng)污水管網中常(chang)見的非滿管狀(zhuàng)态，介紹了💯幾種(zhong)常見的非滿管(guǎn)測量流量計 ，分(fèn)析各種流量計(ji)測量原理、計量(liang)性能、應用場景(jǐng)、安🐪裝條件👉、經濟(jì)成本等。爲市政(zhèng)污水管網流量(liàng)監測項目和⚽越(yue)來越多的污水(shuǐ)管網流量監測(cè)智能化改造項(xiang)目中流量計的(de)合理選用提供(gòng)一定的參考。
1前(qián)言.
　　污水管網系(xì)統被稱爲“城市(shi)生命線”，在城市(shì)中承擔着污水(shui)輸送、控制水體(tǐ)污染及預防内(nei)澇溢流等作☎️.用(yong)，是保證城市生(shēng)活正常運轉的(de)重要基礎設施(shi)，因❗此對污🐇水管(guǎn)網的建設和監(jiān)測至關重要。污(wū)水管網的流量(liang)監測有助于管(guan)網污染物溯源(yuán)能力的提升、監(jiān)控企業偷排漏(lòu)排的管控、雨污(wū)混接的及時整(zheng)改、城市内澇的(de)預💛警、海水倒灌(guan)的☂️監測等，爲市(shì)政管網的維護(hu)提供數據支撐(cheng)。如今，“建設智慧(huì)型城市”已成爲(wei)諸多市政工程(chéng)項目的重要指(zhi)導思想之一，在(zài)水環境規劃㊙️與(yǔ)治理項目中，市(shi)政污水管網的(de)建設或改造是(shi)重要的環節，其(qí)中，對于管網的(de)智🐪能化、可視化(huà)、實時性管🔞理有(yǒu)着越來越廣泛(fan)的需求。在污水(shui)管🔴網的設計階(jiē)段，在線監測須(xū)被統籌考慮，特(te)别在一些老舊(jiù)管🛀🏻網改造項目(mù)中，新增在線監(jiān)測通常存在很(hen)多實際困難，針(zhen)對複雜的管網(wang)環境，滿管與非(fei)✨滿🎯管并存的管(guan)道狀态，如何設(shè)置适合的流量(liang)計顯得🏃‍♂️尤爲關(guan)鍵。
2污水管網流(liú)量測量難點
　　污(wu)水管網内的流(liú)體來源中，工業(ye)污水和生活污(wū)水占主要😄部分(fèn)。
　　工業污水，流體(tǐ)一般爲自然流(liu)動，流量大，并且(qiě)非滿🤩管具有自(zì)由水面，精确測(cè)量有一定的難(nan)度。對污水排入(ru)管網點位的點(dian)源監測，以前多(duo)采用傳統槽式(shi)流量計，如圖1所(suo)示，不僅精度較(jiào)低，而且帶來較(jiao)大的水頭損失(shi)，同時對上遊渠(qú)道的坡度及下(xià)🏃‍♂️遊水深也均有(yǒu)一定的🔞要求，當(dang)不能💞滿足條件(jian)時測量精度會(huì)降低，有時甚至(zhi)無法進行測量(liang)。如果用傳統的(de) 電磁流量計 來(lái)測量污水，則需(xū)要建造額外的(de)閘闆和堰闆以(yi)保證滿㊙️管，這⭕些(xiē)附加的安裝費(fèi)用甚至會超出(chu)流量計本身的(de)費用，大口徑管(guǎn)道時更是如此(ci)，而且還增加了(le)管道堵塞的可(ke)能性📐。
 
　　生活污水(shuǐ)來源比較分散(san)，排水管網末端(duān)流量小，不♋易測(ce)量，通常要在區(qū)域主幹管道上(shang)布設流量計，對(duì)✌️流量🔴計的🧡合理(li)分布😘提出更高(gao)要求。生活污水(shui)流量具有相對(dui)明顯的時間周(zhou)期性，導緻管網(wang)内水量産生波(bō)動，對流量計測(cè):量的穩定性是(shi)不小的考驗。
　　此(cǐ)外，排水管網流(liu)量測量還面臨(lin)以下問題:排水(shuǐ)管網内💚垃圾👉多(duō)、懸浮物高，導緻(zhi)數據幹擾多,設(shè)備維護成本高(gāo);監測點通常分(fen)布🌈較爲分散，給(gěi)市政電源的👌接(jie)入帶🌈來難度;監(jiān)測設備通常安(an)裝于檢查井内(nei)，對設備的防護(hu)等級以及信号(hao)的傳輸能力提(tí)出更高要求;現(xiàn)場環境複雜，安(an)裝不便,維護複(fú)🈲雜等。
3常見的管(guǎn)網流量計介紹(shao)
　　爲解決上述管(guǎn)網流量監測中(zhong)的難點與問題(tí)，須選👣用與實際(jì)🏃🏻‍♂️工況相适宜的(de)管網流量計。目(mu)前，常見的可檢(jian)💰測非滿管狀态(tai)🏃‍♀️的流量計有以(yi)下幾種:
3.1多普勒(le)式超聲波流量(liàng)計
　　采用連續波(bō)超聲波多普勒(le)原理(速度面積(jī)法),超聲波發射(she)器爲⛱️一固定聲(shēng)源，随流體一起(qǐ)運動的固體☀️顆(ke)粒起了㊙️與聲🌍源(yuán)有相對運動的(de)“觀察者”的作用(yòng)，把入射到固體(ti)顆粒上的超聲(sheng)波反射回接收(shōu)據。發射聲波與(yu)接收聲波之間(jiān)的頻率🆚差，就是(shi)由于流體中☔固(gu)體顆粒運動而(ér)産生的聲波多(duo)普勒頻移。這個(ge)頻率差正比于(yú)流體流速，則可(ke)通過測量頻率(lü)差求得流速。
　　非(fei)滿管情況下的(de)流體斷面面積(ji)的測量要比滿(mǎn)管情🚶況下複🍉雜(zá)一些，将管道本(běn)身的斷面面積(ji)作爲已知條件(jiàn),進而将此問題(tí)轉換爲對管道(dao)内液位的測量(liang)，目前㊙️較爲常見(jian)的形式有以下(xia)幾種:
(1)在管道正(zheng)上方居中位置(zhì)開孔，外加 超聲(shēng)波液位計 。
(2)在管(guan)道内部的正上(shang)方固定超聲波(bō)液位探頭。
(3)在管(guǎn)道内底部設置(zhi)壓力傳感器，可(kě)置于測流速的(de)超聲波🐪聲🌍源傳(chuán)感器内,通過所(suo)測流體壓力，結(jié)合管道斷面參(cān)數等⛱️，反算出液(yè)🏃‍♀️位。得到速度與(yu)面積，可計算出(chu)流體的流量。但(dàn)這樣的流量測(cè)量的方式也導(dǎo)緻了一定的局(ju)限性㊙️，即 多普勒(lè) 式超聲波流量(liang)計 适用于規則(ze)的管道斷面，如(rú)圓形、矩形等。從(cóng)測量介🌍質來看(kan)🔴，該流量計比較(jiao)适用于雜質含(han)量較多的市政(zheng)污水、污泥的測(cè)量㊙️。常見的多普(pǔ)勒式流量計傳(chuan)感器安裝💁方式(shì)有抱箍式安裝(zhuāng)和杆式安裝，如(rú)圖2、圖3所示。
 
　　抱箍(gū)式安裝優點是(shì)安裝形式簡潔(jie)，在污水管道中(zhong)不容易鈎挂🛀🏻垃(lā)圾導緻管道堵(du)塞。但抱箍安裝(zhuāng)時的固定問題(tí)🙇🏻決定了該形式(shi)較适用于新建(jiàn)管網管道，現狀(zhuang)管道需做臨時(shí)性堵水處⛹🏻‍♀️理，保(bao)證安裝時的無(wu)水環境。且未來(lái)維護時，需要人(rén)員下井進入管(guan)道潛水作業。
杆(gǎn)式安裝的優點(diǎn)是，在管道位置(zhi)和井室結構清(qīng)楚✊的前提下⛱️，安(an)裝時無需人員(yuán)下井，可以在低(dī)水位時帶水🥰安(an)裝。日常維護♍方(fāng)便，傳感器容易(yi)取出進行清理(lǐ)。缺點🙇‍♀️是容易纏(chán)繞垃圾，爲了彌(mi)補這一-缺點，減(jiǎn)少杆式安裝日(rì)常維護的頻率(lǜ)，可将底部固💚定(dìng)傳感器的底闆(pǎn)加長💁，讓傳感器(qì)更加深入管道(dào)内部，減少垃圾(ji)纏繞的幾💋率，避(bi)免對監測數據(ju)的影響。
3.2多聲道(dào)超聲波流量計(ji)
　　時差法超聲波(bō)流量計 本質上(shàng)是以超聲脈沖(chòng)傳播速度與流(liú)體流速進行矢(shǐ)♉量💰疊加爲基礎(chǔ)，通過測量聲波(bō)在順、逆流過程(cheng)傳播所花時間(jian)來确定流體💋軸(zhou)向平均流速。基(ji)于該原理的流(liu)量計，目前在工(gong)業上應用得較(jiào)爲廣泛。由于單(dan)聲道測✉️量受管(guǎn)道參數、流體運(yun)動參數變化影(ying)響較大，具有一(yī)定的局限性，所(suo)以用多聲道布(bù)置以避免或消(xiāo)除徑向🏃‍♀️速度分(fen)量引入的偏差(cha),增加聲道對測(cè)量截面的覆蓋(gài)率。 多聲道超聲(sheng)波流量計 在多(duo)層面對流體進(jin)行測量，通常采(cǎi)用4到5對傳感器(qi)，誤📱差約爲±1%，适用(yòng)于滿管、非滿管(guan)的流體情況，也(ye)适用于不同管(guan)道材料，如💜金屬(shǔ)、水泥等。同時，配(pèi)套有儀表👣井、外(wai)部儀表箱及信(xin)号😘裝置，安裝環(huán)境相對較好，便(bian)于後期維護。多(duo)聲道超聲波流(liú)量計儀表井實(shí)景圖如圖4所示(shi)。
 
　　常見的多聲道(dao)超聲波流量計(jì)分爲外夾式和(he)插入式。外夾式(shi)多聲道流量計(ji)由安裝在管壁(bì)上的多對超聲(shēng)換能器組合而(er)成，每條聲道均(jun1)過軸中心線,可(kě)視爲多台單聲(sheng)道儀表的疊加(jia)。
　　插入式流量計(ji) 是将換能器直(zhí)接插入管壁開(kāi)孔處以測量流(liu)體流♉動㊙️，避免了(le)信🌈号在管壁中(zhong)傳播這--過程，一(yi)定程度上提升(sheng)🔱了流量計計量(liàng)性能。一般在流(liu)道中不同高度(dù)位置處平行布(bù)置多條聲道，每(mei)🥰條聲道測得的(de)線速度可以代(dai)👣表待測截面.上(shàng)相應☁️平行帶内(nei)🏃🏻‍♂️流體的平均速(su)度，然後對各條(tiao)聲道讀數進行(háng)加㊙️權平均即可(kě)☀️估算出整個流(liú)通截面的流量(liàng)。
　　上述兩種形式(shì)相比，外夾式流(liú)量計可以直接(jie)在管道💞外部安(ān)裝，或在現狀管(guǎn)網.上的閥門井(jing)内安裝，無需設(she)置專門的流量(liang)🌏計井。在排水管(guǎn)網監測改造項(xiang)目中，更不容易(yi)受到土建條件(jiàn)的制約👉。但值得(dé)注意的是，利用(yòng)✊閥門井安裝， 外(wai)夾式流量計 容(róng)易受到閥門擾(rao)流的幹擾，影響(xiang)測量的精度及(jí)穩🔞定⭐性，此外，外(wài)夾式要求管道(dao)爲均質式管材(cái)。與外夾式流量(liàng)計✌️相比，插入式(shì)多聲道流量計(ji)聲道空間覆🏒蓋(gài)率更☎️高，閥門擾(rao)流條♍件下測量(liàng)結果的誤差波(bo)動🐕範圍更小，數(shu)據重複性更好(hǎo)，因而更能反映(yìng)出真實流場分(fèn)布信息"。但插入(rù)式流量計需設(she)置專用的流👣量(liang)計井,以方🔅便安(an)裝與後期維護(hu)。
3.3非滿管電磁流(liu)量計
　　傳統的電(diàn)磁流量計是基(ji)于法拉第電磁(ci)感應原理,測:量(liàng)🐉滿🈲管狀況下的(de)流量，在此基礎(chu)上， 非滿管電磁(ci)流量計 增加了(le)管道内液位測(cè)量的功能，進而(ér)通過面積速度(du)法計💔算得到流(liú)量。非滿管電磁(ci)流量計常見的(de)液🏃🏻位測💔量形式(shì)有以下兩種🤟:
(1)在(zai)傳統的電磁流(liu)量計相鄰位置(zhi)的管道正上方(fang)居中部位開孔(kǒng)，外加超聲波液(yè)位計。
(2)通過在管(guan)道内設置發射(shè)電極,将電極間(jiān)的電容值通過(guo)一🔴定❓的比例關(guān)系換量成流體(tǐ)的液位高度，增(zeng)加電極對數可(ke)💛以提高測量精(jīng)度，一般爲4~6個4。
　　測(cè)得液位，進而可(ke)以得到非滿管(guan)流體的截面面(miàn)積，結👉合流速⛷️，計(jì)算出流量。
　　非滿(man)管電磁流量計(jì)維護工作量通(tōng)常較小，但考慮(lü)到污水可能會(hui)在傳感器内壁(bì)附着，形成的積(jī)聚層🔴會對傳感(gǎn)器電導率産生(sheng)影響，并且由于(yu)非滿管電磁流(liu)量計傳感器均(jun)位于管道内部(bu)，不易進行人工(gōng)清潔維護，所以(yǐ)該流量計一般(bān)适用于流速大(da)于3m/s的管道，這樣(yàng)一-定程度上可(kě)以減輕污染物(wu)附着沉積的現(xian)象。此外，非🌈滿管(guǎn)電磁流量🔴計需(xu)要專用的儀表(biao)井，以方便❄️儀表(biao)的安裝與維護(hù)。
4幾種流量計的(de)綜合比較
　　從流(liú)量計的性能來(lai)看，多聲道超聲(sheng)波流量計精度(dù)😘相對較高，一般(bān)誤差爲1%~2%，是其核(he)心優勢之一，且(qie)流速的測量範(fàn)圍較大。多普勒(lè)♊式流量計和非(fēi)滿管電磁流量(liàng)計精度相當，誤(wu)差約爲3%~5%，且與多(duo)聲道超聲波液(ye)位計相比，流速(su)測量範圍相對(dui)較小。
　　從應用場(chang)景及安裝條件(jiàn)來看，多普勒式(shì)流量計安❄️裝形(xing)式靈活😘，特别是(shì)在老舊的現狀(zhuang)管網中，更容易(yì)找到合适安裝(zhuang)的點位;儀表安(ān)裝地點爲管道(dao)檢查❄️井，無需過(guo)多額外的土建(jian)施工，但在現狀(zhuàng)管網中加裝該(gai)流量計時,應對(duì)♋相應位置的檢(jiǎn)查井進行勘查(chá)，并根據實際🌍情(qing)況做适當改造(zào)，以滿足設備的(de)安放✊。多聲道超(chao)聲♻️波流量計在(zai)安裝🧑🏾‍🤝‍🧑🏼時，在管道(dao)外操👉作，且可以(yi)在管道帶壓狀(zhuang)态下進行,方便(biàn)施工;多數情況(kuang)🚶‍♀️下配有專用儀(yi)表井，儀表箱及(jí)信号裝❓置🌂安裝(zhuang)環境相對較好(hǎo)，便于後期維🔴護(hu)。對于非滿管電(dian)磁流量計🐅，由于(yú)其檢測電極通(tong)常以管道襯裏(lǐ)的形式設置，再(zai)🐪将該段管道整(zhěng)體嵌入管網中(zhōng)，通常要在新建(jian)管網⁉️中提🐕前考(kǎo)慮安裝位置,并(bìng)🐉設置儀表井。雖(sui)然安裝要求較(jiao)高，但後期維護(hù)工作相對較少(shǎo)。.
　　從經濟性來看(kàn)，多普勒式流量(liang)計由于機箱、蓄(xù)電池等相關設(she)備置于管道或(huò)檢查井内，環境(jing)較爲惡劣，對設(she)🌂備的🐪防護🐆等級(jí)及維護頻率提(tí)出更高要求;安(ān)裝時常🐪爲帶水(shui)作業，需🥵要聘請(qǐng)㊙️具有潛🆚水作業(ye)資質的人員進(jìn)行安裝。基于以(yi)上原♋因，除流量(liang)計本身造🐉價較(jiào)高外，安裝及後(hou)期維護還需要(yào)額外投入。與之(zhi)🏃🏻相比，多聲道超(chāo)🙇‍♀️聲波流量計造(zào)價相對較低，但(dan)需考慮儀表井(jing)、管線開挖等額(é)外的土建費用(yong)。非滿管電磁流(liú)量計目前在國(guó)内應用較少,産(chǎn)品多爲國外進(jin)口，價格較高。影(ying)響經濟性的因(yin)素較多，本文不(bú)👌做更多讨論，實(shí)際項目中，須結(jie)合具體情況，對(dui)各種流量計的(de)經濟性進行評(ping)價。
5結論
(1)多普勒(lè)式流量計，安裝(zhuāng)形式靈活，可以(yi)利用現狀檢查(cha)井作爲安💃🏻裝地(di)點，建議用于現(xian)狀管網智慧化(hua)監測改造的👌項(xiàng)目中。在選擇流(liú)量計安裝位置(zhi)時，盡量選在管(guan)道直線🧑🏾‍🤝‍🧑🏼段，且注(zhu)意檢查🌏井前後(hou)管道無過大的(de)高差，防止井内(nèi)渦流或跌水💋現(xiàn)象對測量精度(dù)産生影響。由于(yú)涉及下井帶🈲水(shuǐ)作業，施工現場(chǎng)需進行相關施(shi)工安⭐全組織，請(qing)具有潛水作業(ye)資質的🔴人員進(jin)行安裝，同時需(xū)要協調排水管(guan)網🈲管理單位，降(jiang)低管網内水位(wei)。
(2)多聲道超聲波(bo)流量計，測量精(jing)度高，測量範圍(wei)廣，在設⭐計時要(yào)提前考慮流量(liàng)計及專用井位(wei)置，滿足直🌏管段(duan)和儀💯表井尺寸(cùn)的要求。建議用(yòng)于新建管網的(de)流量監測項目(mù)中，相關管線及(ji)結構專業可以(yi)較早的介入。若(ruo)在現狀管網加(jiā)裝該流量計，需(xū)⛱️考慮是否有合(he)适位置滿足流(liú)量計設置要求(qiú)并且便于土建(jian)施工。
(3)非滿管電(diàn)磁流量計解決(jué)了傳統電磁流(liú)量計隻能測🔱:滿(mǎn)🐕管工況的問題(tí)，但其結構較爲(wei)複雜，且該流量(liang)計安裝後将成(chéng)爲管道的一部(bu)分，具有較大的(de)局限性。此外，考(kao)慮其成本較😘高(gāo)、國内應用經驗(yàn)較少等因素，目(mu)前不建議非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)在污水管網中(zhōng)應用。

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