摘(zhāi)要:結合市政(zhèng)污水管網中(zhong)常見的非滿(man)管狀态，介紹(shào)了幾種常見(jian)的非滿管測(cè)量流量計 ，分(fen)析各種流量(liang)計測量原理(lǐ)、計量性能、應(ying)用場景、安裝(zhuāng)條件、經濟成(cheng)本等。爲市政(zheng)污水管網流(liu)量監測項目(mu)和越來🆚越多(duo)的污水管♊網(wǎng)流量監測智(zhi)能化改造項(xiang)目中流量計(jì)的合理選用(yòng)提供一定的(de)參考。
1前言.
　　污(wu)水管網系統(tǒng)被稱爲“城市(shi)生命線”，在城(chéng)市中承擔着(zhe)污水輸🤟送、控(kong)制水體污染(rǎn)及預防内澇(lào)溢流等作.用(yòng)，是保證城市(shi)生活正常🏒運(yun)轉的重要基(ji)礎設施，因此(cǐ)對污⛱️水管網(wǎng)的建設和監(jiān)測至關重要(yao)。污水管網的(de)流量監測有(you)助于管網污(wū)染物溯源能(neng)力的提升、監(jiān)控企業偷㊙️排(pai)漏排的管控(kong)、雨污混接🙇‍♀️的(de)及時整改、城(cheng)市内澇的預(yù)💔警、海水倒灌(guan)的監測等，爲(wèi)市政☂️管網的(de)維護提供數(shu)據支撐。如今(jīn)，“建設智慧型(xíng)城市”已成爲(wei)諸多市政工(gong)程項目的重(zhong)要指導思🔴想(xiang)之一，在水環(huán)境規劃與治(zhì)理項目中，市(shì)政污水管網(wǎng)的建設或改(gai)造是重要的(de)環🔞節，其中，對(dui)于管網的智(zhi)能化、可視💔化(huà)、實時性管理(lǐ)有着越來越(yue)廣泛的需求(qiú)。在污水管網(wǎng)的🚶設計階段(duan)，在線監測須(xū)被統籌考慮(lǜ)，特别在一❌些(xie)老舊管網改(gai)造項目中，新(xin)增在線監測(cè)通常存在很(hěn)多實際困難(nan)，針對複雜的(de)管網環🤩境，滿(man)管與非滿管(guǎn)并存的管道(dào)狀态，如何設(she)置适合的流(liu)量計顯得尤(yóu)爲✂️關鍵。
2污水(shui)管網流量測(ce)量難點
　　污水(shui)管網内的流(liú)體來源中，工(gōng)業污水和生(shēng)活污水占主(zhu)要部🏃🏻分。
　　工業(ye)污水，流體一(yi)般爲自然流(liu)動，流量大，并(bing)且非滿管具(jù)有自由水面(mian)，精确測量有(you)一定的難度(dù)。對污水排入(ru)🔅管網點位🚶的(de)點源監測，以(yǐ)前多采用傳(chuan)統槽式流量(liang)計，如圖1所🏃‍♀️示(shì)，不僅精度較(jiao)低，而且帶來(lái)較大的水頭(tou)損失，同時對(duì)上遊渠道的(de)坡度及下遊(yóu)水深也均有(yǒu)一定的要求(qiú)，當不能滿足(zu)條件時測量(liang)精度會降低(di)，有時甚㊙️至無(wú)法進行測量(liang)。如果用傳統(tǒng)的 電磁流量(liàng)計 來測量污(wu)水，則需要建(jian)造額外的閘(zha)闆和堰闆以(yi)保💁證滿管，這(zhè)💰些附加的安(ān)裝費用甚至(zhi)會超出流量(liang)計本身的費(fèi)用，大口徑❓管(guǎn)道時更是如(ru)此，而且還增(zēng)加了管道堵(dǔ)塞的可能性(xìng)㊙️。
 
　　生活污水來(lai)源比較分散(sàn)，排水管網末(mò)端流量小，不(bu)易測量，通常(cháng)要在區域主(zhǔ)幹管道上布(bù)設流量計，對(dui)流量計的合(he)理分布提出(chu)更高要求。生(sheng)活污水流量(liang)具有相對明(míng)顯的時間周(zhou)期性，導緻管(guan)✨網内水量産(chan)生波動，對流(liu)量計測:量的(de)穩定性是不(bú)小的考驗。
　　此(ci)外，排水管網(wǎng)流量測量還(hái)面臨以下問(wèn)題:排水管網(wang)内❓垃圾多、懸(xuán)浮物高，導緻(zhì)數據幹擾多(duo),設備維護成(cheng)本🔆高;監📞測點(dian)通常分布較(jiào)爲分散，給市(shì)政電源的接(jie)入帶來難度(dù);監測設備通(tōng)常🌍安裝于檢(jiǎn)查井内，對設(she)備的防護等(deng)級以💋及信号(hào)的傳輸能力(li)提出更高☀️要(yao)求;現場環境(jìng)複雜，安裝不(bú)便,維護複雜(za)等。
3常見的管(guan)網流量計介(jiè)紹
　　爲解決上(shang)述管網流量(liàng)監測中的難(nán)點與問題，須(xū)選用😍與實際(jì)工況相适宜(yí)的管網流量(liàng)計。目前，常見(jiàn)的可檢🌍測非(fēi)✍️滿管狀态🌂的(de)流☂️量計有以(yǐ)下幾種:
3.1多普(pu)勒式超聲波(bo)流量計
　　采用(yòng)連續波超聲(shēng)波多普勒原(yuan)理(速度面積(jī)法),超聲波發(fa)⛷️射器爲一固(gù)定聲源，随流(liú)體一起運動(dòng)的固體顆粒(lì)🎯起了與聲源(yuán)有相對運動(dòng)的“觀察者”的(de)作用，把入射(she)到固體顆粒(li)上的超聲波(bo)反射回接收(shōu)據。發射聲波(bo)與接收聲波(bo)之間的頻率(lǜ)差，就是由于(yú)流體中固體(ti)顆粒運動而(ér)産生的聲波(bo)多普勒頻移(yi)。這個頻率差(chà)正比于流體(tǐ)流速，則可通(tōng)過測量頻率(lü)差求得流速(su)。
　　非滿管情況(kuang)下的流體斷(duàn)面面積的測(ce)量要比滿管(guǎn)情況下複雜(za)♈一些，将管道(dào)本身的斷面(miàn)面積作爲已(yi)知條件,進而(ér)将此問題轉(zhuǎn)換爲對管道(dao)内液位的測(ce)量，目前較爲(wei)常見的形🌍式(shì)有以下幾種(zhǒng):
(1)在管道正上(shang)方居中位置(zhi)開孔，外加 超(chāo)聲波液位計(ji) 。
(2)在管道内部(bu)的正上方固(gù)定超聲波液(yè)位探頭。
(3)在管(guan)道内底部設(shè)置壓力傳感(gan)器，可置于測(ce)流速的超聲(shēng)🔴波聲🚶源傳感(gǎn)器内,通過所(suǒ)測流體壓力(lì)，結合管道斷(duàn)面參數等，反(fan)算出液位。得(dé)到速度與面(mian)積，可計算出(chū)流體的流💁量(liàng)。但這樣的流(liu)量測量✨的方(fāng)式也導❤️緻了(le)一定的局限(xian)性，即 多普勒(lè) 式超聲波流(liú)量計 适用于(yú)規則的管道(dào)斷面，如圓形(xíng)、矩形等。從測(ce)量介質來💘看(kàn)🐆，該流💋量計比(bǐ)較适用于雜(zá)質含量較多(duo)的市政污水(shuǐ)、污泥的❌測量(liang)。常見的多普(pǔ)勒式流量計(ji)傳感器安裝(zhuāng)🏃‍♂️方式有抱箍(gū)式安裝和杆(gǎn)式安裝，如圖(tu)2、圖3所示。
 
　　抱箍(gū)式安裝優點(diǎn)是安裝形式(shi)簡潔，在污水(shuǐ)管道中不🍉容(rong)易🚶鈎挂垃圾(ji)導緻管道堵(du)塞。但抱箍安(an)裝時的固定(ding)💞問題✌️決定☀️了(le)該形式較适(shì)用于新建管(guan)網管道，現狀(zhuang)管道需做臨(lin)時性堵水處(chù)🔱理，保證安裝(zhuāng)時的無水環(huan)境。且未來維(wéi)護時，需要人(ren)員下井進入(ru)管道潛水作(zuo)業。
杆式安裝(zhuang)的優點是，在(zài)管道位置和(he)井室結構清(qīng)楚的前提🌏下(xia)，安裝時無需(xu)人員下井，可(ke)以在低水位(wei)時✍️帶水🔞安裝(zhuang)。日常維護方(fāng)便，傳感器容(róng)易取出進行(háng)清理。缺點是(shì)容易纏繞垃(la)圾，爲了彌補(bu)這一-缺點，減(jian)少杆式安裝(zhuāng)日常維護的(de)頻率，可将底(dǐ)部固定傳感(gǎn)器的底闆加(jiā)長♌，讓傳感器(qi)更🔴加深入管(guǎn)道内部，減少(shǎo)垃圾纏繞的(de)幾率，避免對(duì)監測數據的(de)影響。
3.2多聲道(dao)超聲波流量(liang)計
　　時差法超(chao)聲波流量計(jì) 本質上是以(yǐ)超聲脈沖傳(chuán)播速度與流(liú)體流速進行(hang)矢量疊加爲(wèi)基礎，通過測(cè)量聲波在順(shun)、逆流過程傳(chuán)播所花時間(jian)來确定流體(tǐ)軸向平均流(liu)速。基于該原(yuán)理的流量計(jì)，目前在工業(ye)上應用得較(jiào)🏃🏻爲廣泛。由于(yú)單聲道測量(liàng)受管道參數(shu)、流體運動參(cān)數變化影響(xiǎng)🥵較大，具有一(yī)定的局限性(xìng)♍，所以用多聲(shēng)道布置以避(bì)🌈免或消除徑(jìng)向速度分量(liang)引入的偏差(chà),增加聲道對(duì)測量截面的(de)覆蓋率。 多聲(sheng)道超聲波流(liú)量計 在多層(céng)面對流體進(jin)行測量，通常(chang)采用4到5對傳(chuán)感器，誤差🙇🏻約(yuē)爲±1%，适用于滿(man)管、非滿管的(de)流體情況，也(ye)适用🔱于不同(tong)管道材料，如(ru)金屬、水泥等(deng)。同時，配套有(yǒu)儀表井、外部(bu)儀表箱及信(xìn)号🙇🏻裝置，安裝(zhuāng)環境相對較(jiào)好，便于後期(qi)維護。多聲道(dao)超聲波流量(liàng)計儀表井實(shi)景圖如圖4所(suo)示。
 
　　常見的多(duo)聲道超聲波(bō)流量計分爲(wei)外夾式和插(cha)入式。外👄夾式(shì)多聲道流量(liang)計由安裝在(zài)管壁上的多(duo)對超聲換能(neng)器組合而成(chéng)，每條聲道均(jun)過軸中心線(xiàn),可視爲多台(tai)單聲♋道儀表(biǎo)的疊加。
　　插入(rù)式流量計 是(shì)将換能器直(zhi)接插入管壁(bi)開孔處以測(cè)量流體流✏️動(dong)，避🔞免🈲了信号(hào)在管壁中傳(chuan)播這--過程，一(yī)定程度上提(tí)升了流⭐量計(jì)計量性能。一(yī)般在流道中(zhong)不同高度位(wei)置處平行布(bu)♈置多條聲道(dao)，每條聲道測(ce)得的線速度(du)可以代🌈表待(dài)測截面.上相(xiàng)應平行帶内(nei)流體的平均(jun1)速度，然後對(duì)各條聲道🌍讀(du)數進行加權(quan)平均即可㊙️估(gū)算出整個流(liu)通截面的流(liú)量。
　　上述兩種(zhǒng)形式相比，外(wai)夾式流量計(jì)可以直接在(zài)管💃🏻道♉外📱部安(ān)裝，或在現狀(zhuang)管網.上的閥(fa)門井内安裝(zhuang)，無需設置專(zhuan)門的流量計(ji)井。在排水管(guan)網監測改造(zao)項目中，更不(bu)容易受到土(tǔ)建條件的制(zhi)約。但值得注(zhu)意的是，利用(yong)閥門井安裝(zhuang)， 外夾式流量(liàng)計 容易受到(dào)閥門擾流的(de)幹擾，影響測(ce)量的精度及(jí)穩定🌈性✨，此外(wài)，外夾式要求(qiu)管道爲均質(zhi)式管材。與外(wài)夾式流量計(ji)相比，插入💚式(shì)多聲道流量(liang)計聲道空間(jian)覆蓋率更高(gāo)，閥門✉️擾流條(tiáo)件下測🛀🏻量結(jié)果的誤差波(bo)動範圍更小(xiǎo)💋，數據重複性(xìng)更好，因🎯而更(gèng)能反映出真(zhen)實⭕流場分布(bù)信息"。但插入(rù)式流量計需(xu)設置專用的(de)流量計井,以(yǐ)方便安裝與(yǔ)後期維護。
3.3非(fei)滿管電磁流(liu)量計
　　傳統的(de)電磁流量計(ji)是基于法拉(la)第電磁感應(yīng)原理,測:量滿(mǎn)👅管狀況下的(de)流量，在此基(jī)礎上， 非滿管(guǎn)電磁流量計(ji) 增加了管道(dào)内液位測量(liàng)的功能，進而(ér)通過面積速(sù)度法計算👌得(dé)到流量。非滿(man)管電磁流量(liàng)計常見的液(ye)位測量形式(shi)有以下兩種(zhǒng):
(1)在傳統的電(dian)磁流量計相(xiàng)鄰位置的管(guan)道正上方居(ju)中部✍️位🌏開孔(kong)㊙️，外加超聲波(bō)液位計。
(2)通過(guo)在管道内設(shè)置發射電極(jí),将電極間的(de)電容值🔱通過(guò)一定的比例(li)關系換量成(chéng)流體的液位(wei)高度，增加電(diàn)💃🏻極對數可🍉以(yǐ)提🌏高測量精(jing)度，一般爲4~6個(gè)4。
　　測得液位，進(jin)而可以得到(dao)非滿管流體(ti)的截面面積(ji)，結合流速⛱️，計(jì)算出流量。
　　非(fei)滿管電磁流(liu)量計維護工(gong)作量通常較(jiào)小，但考慮到(dào)污水可能會(hui)在傳感器内(nei)壁附着，形成(chéng)的積聚層會(hui)對傳感器電(dian)導率産生影(yǐng)響，并且由于(yu)非滿管電磁(cí)流量計傳感(gǎn)器均位于管(guan)道内部，不易(yi)進行人工清(qing)潔維護，所以(yǐ)該流量計一(yi)般适用于流(liú)速大于3m/s的管(guǎn)道，這樣一-定(ding)程度上可以(yǐ)減輕污染💃🏻物(wù)附着沉積的(de)現象。此外，非(fēi)滿管電磁流(liu)量✊計需要專(zhuān)用的儀表井(jing)，以方便儀表(biao)的安裝與維(wei)護。
4幾種流量(liàng)計的綜合比(bi)較
　　從流量計(ji)的性能來看(kan)，多聲道超聲(shēng)波流量計精(jing)度相對較💯高(gao)，一般誤差爲(wèi)1%~2%，是其核心優(you)勢之一，且流(liu)速的測量範(fàn)🔞圍較大。多普(pǔ)勒式流量計(jì)和非滿管電(diàn)磁流量計精(jing)度相當，誤差(cha)約爲3%~5%，且與多(duō)聲道超聲波(bō)液💜位計相比(bi)🆚，流速測量範(fàn)圍相對✏️較小(xiao)。
　　從應用場景(jing)及安裝條件(jian)來看，多普勒(le)式流量計安(ān)裝形式靈活(huo)，特别是在老(lao)舊的現狀管(guǎn)網中，更容易(yi)找到🌏合适安(ān)裝的點位;儀(yí)💰表安裝地點(dian)爲管道檢查(cha)🐕井，無需過多(duō)額♊外的土建(jiàn)施工，但在現(xian)狀管網中加(jia)裝該流量計(ji)時,應對相應(ying)位置的檢查(cha)井🈲進行勘查(chá)，并根據實際(ji)情況做适當(dāng)改造，以滿足(zú)設備的安放(fàng)。多聲道超聲(shēng)波流量計在(zai)安裝🈲時，在管(guan)道外操作，且(qie)可以在管道(dào)帶壓狀态下(xià)進行,方便🌈施(shi)工;多數情況(kuàng)下配有專用(yong)儀表井，儀表(biao)箱及信号裝(zhuang)置🐇安裝環境(jing)相對較好，便(bian)于後期維🈲護(hu)。對于非滿管(guan)電磁流量計(ji)，由于其檢測(cè)電極通常以(yǐ)✍️管道襯裏的(de)形式設置，再(zai)⁉️将該段管道(dao)整體嵌入管(guǎn)網💋中，通常要(yào)在新建管網(wǎng)🌈中提✏️前考慮(lǜ)安裝位置,并(bing)🌏設置儀表井(jing)。雖然安裝要(yao)求較高，但後(hou)期維護工作(zuo)相對較少。.
　　從(cong)經濟性來看(kàn)，多普勒式流(liú)量計由于機(ji)箱、蓄電池等(děng)㊙️相關⭕設備置(zhì)于管道或檢(jiǎn)查井内，環境(jing)較爲惡劣，對(duì)設備的防護(hu)等級及維護(hu)頻率提出更(geng)高要求;安裝(zhuāng)時常♉爲帶水(shuǐ)作業，需🌐要聘(pìn)請具有潛水(shui)作業資質的(de)人員進行安(ān)裝。基于以上(shang)原因，除流量(liàng)計本身造♌價(jia)較高外，安裝(zhuang)及後期維護(hù)還需要額外(wài)投入。與之相(xiàng)比，多聲道超(chao)聲波流量計(ji)造🌏價相對較(jiao)低，但需考慮(lü)儀表井✔️、管線(xiàn)開挖等額外(wài)的土建費用(yòng)。非滿管電磁(cí)流量計目前(qian)在國内應用(yong)較少,産品多(duo)👅爲國外進口(kou)，價格較高。影(ying)響經濟性的(de)因素較多，本(běn)文不做更多(duō)讨論，實際項(xiang)目中，須結合(he)具體情況，對(dui)各種流量計(jì)的經濟性進(jìn)行評價。
5結論(lun)
(1)多普勒式流(liu)量計，安裝形(xing)式靈活，可以(yǐ)利用現狀檢(jian)查井🤞作😄爲安(an)裝地點，建議(yì)用于現狀管(guan)網智慧化監(jian)測改造的項(xiang)目中。在🛀🏻選擇(ze)♻️流量計安裝(zhuang)位置時，盡量(liang)選在管道直(zhi)線段，且注❓意(yì)檢查井前後(hòu)管道無過大(da)的高差，防止(zhi)井内渦流或(huo)跌水現象對(dui)測量精度産(chan)生影響。由于(yú)涉及下井帶(dai)水作業，施工(gong)🐅現場需進行(háng)🈲相關施工安(ān)全⚽組織，請具(jù)有潛👈水作業(yè)資質的人員(yuán)進行安裝，同(tóng)時需要協調(diao)排水管網管(guan)理單位，降低(di)管網内水位(wèi)。
(2)多聲道超聲(sheng)波流量計，測(ce)量精度高，測(ce)量範圍廣，在(zài)設計時要☁️提(tí)前考慮流量(liàng)計及專用井(jing)位置，滿足直(zhí)管段和儀表(biǎo)井尺寸的要(yào)求。建議用于(yu)新建管網的(de)流量監🐪測項(xiang)目中，相關管(guan)線及📐結構專(zhuan)業可以較早(zao)的介入。若在(zài)現狀管網加(jia)裝該流量計(jì)，需考慮是否(fou)🔅有合适位置(zhì)滿足流量計(ji)設置要求并(bing)且便于土建(jian)施工。
(3)非滿管(guan)電磁流量計(ji)解決了傳統(tǒng)電磁流量計(ji)隻能測:滿管(guan)工況的問題(ti)，但其結構較(jiao)爲複雜，且該(gai)流量計安裝(zhuāng)後将成⭕爲管(guan)道的🌏一部分(fèn)，具有較大的(de)局限性。此外(wài)，考慮其成本(běn)較高、國内應(ying)用經驗較少(shao)等因⛱️素，目前(qian)不建議非滿(man)管電磁流♌量(liang)計在污水管(guǎn)網中😍應用。

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