摘(zhāi)要:結合市政(zhèng)污水管網中(zhōng)常見的非滿(man)管狀态，介紹(shao)了幾種常見(jian)的非滿管測(cè)量流量計 ，分(fèn)析各種流量(liàng)計測量原理(lǐ)、計量性能、應(yīng)用場景、安裝(zhuang)條件、經濟成(cheng)本等。爲市政(zheng)污水管網流(liú)量監測項目(mù)和越來越多(duo)的污水管網(wǎng)流量監測智(zhì)能化改造項(xiang)目中流量計(jì)的合理♊選用(yong)提供一定的(de)參考。
1前言.
　　污(wu)水管網系統(tong)被稱爲“城市(shì)生命線”，在城(cheng)市中承擔着(zhe)污水輸送🌈、控(kòng)制水體污染(rǎn)及預防内澇(lào)溢流等作.用(yong)，是保證城市(shi)生活正常📱運(yun)轉的重要基(jī)礎設施，因此(cǐ)對污水管網(wang)🎯的建設和監(jiān)測至關重🛀要(yào)。污水管網的(de)流量監測有(you)助于管網污(wu)染物溯源能(neng)力的提升👨‍❤️‍👨、監(jian)控企業偷♻️排(pai)漏排的管控(kòng)、雨污混接的(de)及時整改、城(cheng)市内澇的❄️預(yu)警、海水倒灌(guan)的監測等，爲(wèi)市政💋管網的(de)維護提供數(shù)據支撐。如今(jin)，“建設智慧型(xíng)城市”已成爲(wèi)諸多市政工(gōng)程項目的重(zhong)要指導思想(xiang)之一，在水環(huan)境規劃與治(zhì)理項目🈲中，市(shì)政污水管網(wang)的建設或🙇‍♀️改(gai)造是重要的(de)環節，其中，對(dui)于管網的智(zhì)♈能化、可視化(huà)、實時性管理(li)有着越來越(yuè)廣泛的需求(qiu)。在污水管🚶網(wang)的設計階段(duàn)，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(nán)，針對複雜的(de)管網環境，滿(mǎn)管與非☀️滿管(guan)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(shuǐ)管網流量測(cè)量難點
　　污水(shui)管網内的流(liú)體來源中，工(gong)業污水和生(sheng)活污水💁占💔主(zhǔ)要部分🔴。
　　工業(yè)污水，流體一(yi)般爲自然流(liu)動，流量大，并(bing)且非滿管具(ju)有自由🔴水面(miàn)，精确測量有(yǒu)一定的難度(du)。對污水🍓排入(rù)🔞管網點位的(de)點源監測，以(yi)前多采用傳(chuan)統槽式流量(liàng)計，如圖1所示(shi)，不僅精度較(jiao)✍️低，而且帶來(lái)較大的水頭(tóu)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(zú)條件時測量(liang)精度會👈降低(dī)，有時甚至無(wu)法進行測量(liang)。如果用傳統(tǒng)的 電磁流量(liàng)計 來測量污(wū)水，則需要建(jiàn)造額外的閘(zha)闆和堰闆以(yǐ)保證滿管，這(zhe)些附加的安(ān)裝費用甚至(zhi)會超出流量(liàng)計本身的費(fei)用，大口徑管(guǎn)道時更是如(ru)此，而且還增(zēng)加了管道堵(du)塞的可能性(xìng)。
 
　　生活污水來(lái)源比較分散(sàn)，排水管網末(mò)端流量小，不(bú)易測量，通常(cháng)❤️要在區域主(zhu)幹管道上布(bù)設流量計，對(dui)流量計的㊙️合(hé)理分布提出(chū)㊙️更高要求。生(shēng)活污水流量(liang)✌️具有相對明(ming)顯的時間周(zhōu)期性，導緻管(guan)網内水量産(chǎn)生波動，對流(liú)量計測:量的(de)穩定性是不(bú)小的考驗。
　　此(cǐ)外，排水管網(wang)流量測量還(hái)面臨以下問(wèn)題:排水管💛網(wǎng)内垃圾多、懸(xuán)浮物高，導緻(zhi)數據幹擾多(duō),設備維護成(chéng)本高;監測點(dian)通常❌分布較(jiao)爲分散，給市(shì)政電源的接(jie)入帶來難度(dù);監測設備通(tong)常安裝于檢(jian)查井内，對設(shè)備的防護等(deng)級以🈲及信号(hao)的傳輸能力(li)提出更高🐉要(yào)求;現場環境(jing)複雜，安裝不(bu)便,維護複雜(za)等。
3常見的管(guǎn)網流量計介(jiè)紹
　　爲解決上(shàng)述管網流量(liang)監測中的難(nan)點與問題，須(xu)選用與🌐實際(jì)工況相适宜(yi)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(pǔ)勒式超聲波(bō)流量計
　　采用(yong)連續波超聲(shēng)波多普勒原(yuán)理(速度面積(ji)法),超聲波發(fā)射☔器爲一固(gu)定聲源，随流(liu)體一起運動(dòng)的固體顆粒(lì)⭐起了⭐與聲源(yuan)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(bō)反射回接收(shou)據。發射聲波(bo)與接收聲波(bō)之間的頻率(lü)🔱差，就是由❤️于(yú)流體中🚩固體(tǐ)顆粒運動而(er)産生的㊙️聲波(bo)多普勒頻移(yi)。這個頻率差(cha)正比于💋流❌體(ti)流速，則可通(tong)✉️過測量頻率(lü)差求得🌈流速(sù)。
　　非滿管情況(kuang)下的流體斷(duan)面面積的測(cè)量要比滿管(guan)情況下複雜(zá)一些，将管道(dao)本身的斷面(mian)面積作爲已(yǐ)知條件,進而(er)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(shi)有以下幾種(zhong):
(1)在管道正上(shang)方居中位置(zhi)開孔，外加 超(chāo)聲波液位計(jì) 。
(2)在管道内部(bù)的正上方固(gu)定超聲波液(ye)位探頭。
(3)在管(guan)道内底部設(shè)置壓力傳感(gǎn)器，可置于測(cè)流速的超聲(shēng)波聲源傳感(gǎn)器内,通過所(suo)測流體壓力(li)，結合管🌐道斷(duàn)面參數等，反(fǎn)算出液位。得(de)到速度與面(miàn)積，可計算出(chu)流體的流量(liang)。但這樣的流(liu)量測量的方(fang)式也導✍️緻了(le)一定的局限(xian)性☀️，即 多普勒(le) 式超聲波流(liú)量計 适用于(yú)規則的管道(dao)斷面，如圓形(xing)、矩形等。從測(cè)量介質來看(kan)，該流♌量計比(bi)較适用于雜(za)質含量較多(duo)的市政污水(shuǐ)、污泥的測量(liang)。常見的多普(pu)勒式流量計(jì)傳感器安裝(zhuang)方式有抱箍(gu)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(shui)管道中不容(róng)易🤟鈎挂垃圾(ji)導緻管道堵(du)塞。但抱箍安(ān)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(lín)時性堵水處(chu)理，保證安裝(zhuāng)時的無🔴水環(huán)境。且未來維(wéi)護時，需要人(rén)‼️員下井進入(ru)管道潛🏃‍♀️水作(zuo)業。
杆式安裝(zhuāng)的優點是，在(zài)管道位置和(he)井室結構清(qing)楚的前🌐提下(xià)☎️，安裝時無需(xū)人員下井，可(ke)以在低水位(wei)時帶水♈安裝(zhuāng)。日常維護方(fang)便，傳感器容(róng)易取出進行(hang)清理。缺點是(shi)容易纏繞垃(la)圾，爲了🌐彌補(bu)這㊙️一-缺點，減(jiǎn)少杆式安裝(zhuāng)日常維護的(de)頻率，可将底(dǐ)部固定傳感(gan)器的底闆加(jia)長，讓傳感器(qì)更加深入管(guǎn)道✌️内部，減少(shǎo)垃📧圾纏繞的(de)幾率，避免對(dui)監測數據的(de)影響。
3.2多聲道(dào)超聲波流量(liàng)計
　　時差法超(chao)聲波流量計(jì) 本質上是以(yi)超聲脈沖傳(chuán)播速度與流(liú)體流速進行(hang)矢量疊加爲(wei)基礎，通過測(cè)量聲波在順(shun)、逆流過程傳(chuán)播所❤️花時間(jiān)來确定🈲流體(tǐ)軸向平均流(liú)速。基于該原(yuán)理的流😍量計(jì)，目前在工業(yè)上應用得較(jiao)爲廣泛。由于(yu)單聲道測量(liang)受管道參數(shu)、流體運動參(can)數變化影響(xiang)較大，具有一(yi)定的局限性(xìng)，所以用多聲(sheng)道布置以避(bì)免或消除徑(jing)向速度分量(liang)引入的偏差(cha),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(ceng)面對流體進(jin)行測量，通常(chang)采用4到5對傳(chuan)感器，誤差🙇‍♀️約(yue)爲±1%，适用于滿(mǎn)管、非滿管的(de)流體情況，也(yě)适用于不同(tóng)管道材料，如(ru)金屬、水泥等(deng)。同時，配套有(yǒu)儀表井、外部(bù)💔儀表箱及信(xìn)号裝置，安裝(zhuang)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(shí)景圖💞如圖4所(suǒ)示。
 
　　常見的多(duo)聲道超聲波(bo)流量計分爲(wei)外夾式和插(cha)入式。外夾式(shi)多聲道流量(liàng)計由安裝在(zài)管壁上的多(duo)對超聲換能(neng)器組合而成(cheng)，每條聲道均(jun1)過軸中心線(xian),可💛視爲多台(tái)單聲道儀表(biao)👄的疊加。
　　插入(rù)式流量計 是(shi)将換能器直(zhí)接插入管壁(bì)開孔處以測(ce)量流體流動(dong)，避免了信号(hào)在管壁中傳(chuan)播這--過程，一(yi)定程度上🙇‍♀️提(tí)升了流🧡量計(ji)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(dào)，每條聲道測(ce)得的線速🆚度(du)可以代🧑🏾‍🤝‍🧑🏼表待(dài)測截面.上相(xiang)應平行帶内(nei)流體的平均(jun)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(liu)量。
　　上述兩種(zhǒng)形式相比，外(wai)夾式流量計(ji)可以直接在(zai)管道外部安(ān)💯裝，或在現狀(zhuang)管網.上的閥(fá)門井内安裝(zhuāng)，無👈需設置專(zhuān)門的流量計(jì)井。在排水管(guan)網監測改造(zào)項目中，更✏️不(bú)容易⭕受到土(tǔ)建條件的制(zhì)約。但值得注(zhu)意的是，利用(yòng)閥門井安裝(zhuāng)， 外夾式流量(liang)計 容易受到(dao)閥門擾流的(de)幹擾，影響測(cè)量的精度及(jí)穩定性，此外(wai)🌍，外夾式要求(qiu)管道爲均質(zhi)式管材。與外(wai)夾式流量計(ji)相比，插入式(shi)多聲道流量(liang)計聲道空間(jian)覆蓋率更高(gāo)，閥門擾流條(tiao)件下測量結(jie)果的誤差波(bō)動範圍更小(xiao)，數據重複✨性(xing)更好，因🔞而更(gèng)能反映出真(zhēn)實流場分布(bu)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(fēi)滿管電磁流(liú)量計
　　傳統的(de)電磁流量計(ji)是基于法拉(la)第電磁感應(ying)原理,測:量滿(man)管狀況下的(de)流量，在此基(ji)礎上， 非滿管(guǎn)電磁流量計(jì) 增加了管道(dào)内液位測量(liàng)的功能，進而(ér)通過面積速(su)度法🏃‍♂️計算得(de)🐆到流量。非滿(mǎn)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(bo)液位計。
(2)通過(guo)在管道内設(she)置發射電極(jí),将電極間的(de)電容值通過(guo)一定的比例(lì)關系換量成(cheng)流體的液位(wei)高度，增加電(dian)極對數可🧡以(yǐ)提高測量精(jīng)度，一般爲4~6個(gè)4。
　　測得液位，進(jìn)而可以得到(dào)非滿管流體(ti)的截面面積(jī)，結合流🌐速，計(jì)算出流量。
　　非(fēi)滿管電磁流(liú)量計維護工(gong)作量通常較(jiào)小，但考慮到(dao)污水可能會(hui)在傳感器内(nèi)壁附着，形成(chéng)的積聚層會(hui)對傳感器電(diàn)🌍導率産生影(ying)響，并且由于(yu)非滿管電磁(ci)流量計傳感(gan)器均位于管(guan)道内部，不易(yi)進行人工清(qīng)潔維護，所以(yi)該流量計一(yī)般适用于流(liu)速大于3m/s的管(guǎn)道，這樣一💜-定(ding)程度上可以(yi)減輕污染物(wù)附着沉積的(de)現象。此外，非(fei)滿管電磁流(liu)量計需要專(zhuān)用的⭕儀表井(jǐng)，以方便儀表(biǎo)的安裝與維(wéi)護。
4幾種流量(liàng)計的綜合比(bǐ)較
　　從流量計(ji)的性能來看(kan)，多聲道超聲(shēng)波流量計精(jīng)度相對較高(gao)，一般誤差爲(wèi)1%~2%，是其核心優(yōu)勢之一，且流(liú)速的測量範(fan)👣圍較大。多✨普(pu)勒式流量計(jì)和非滿管電(dian)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(bǐ)，流速測量範(fan)圍相對較小(xiao)。
　　從應用場景(jing)及安裝條件(jiàn)來看，多普勒(le)式流量計安(ān)裝形式靈✨活(huó)，特别是在老(lao)舊的現狀管(guǎn)網中，更容易(yì)找到合适😍安(an)裝的點位;儀(yí)表安裝地點(diǎn)爲管道檢查(chá)井，無需過多(duo)額外的土建(jiàn)施工，但在現(xian)狀管網中加(jiā)裝該流量計(jì)時,應對💋相應(yīng)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(sheng)波流量計在(zai)安裝時，在管(guǎn)道外操作，且(qie)✏️可以在管道(dao)帶壓😄狀态下(xia)進行,方便施(shi)工;多數情況(kuàng)下配有專用(yong)儀表井🛀🏻，儀表(biǎo)箱及信号裝(zhuāng)置安裝環境(jing)相對較好，便(biàn)于後期維☀️護(hù)。對于非滿管(guan)電磁流量計(ji)，由于其檢測(ce)電極👌通常以(yǐ)管道襯裏的(de)形式設置，再(zài)将該段管道(dào)整體嵌入管(guǎn)網中，通常要(yao)在新建管網(wǎng)🤩中提前考慮(lü)安裝位置,并(bìng)設置儀表井(jing)。雖然安裝要(yào)🈲求較高，但後(hou)期維護工作(zuo)相對較少。.
　　從(cong)經濟性來看(kan)，多普勒式流(liú)量計由于機(jī)箱、蓄電池等(deng)相關設備置(zhì)于管道或檢(jian)查井内，環境(jìng)較爲惡劣🆚，對(duì)設備的防護(hù)👈等級及維護(hù)頻率提出更(geng)高要求;安裝(zhuang)時常爲帶水(shuǐ)作業，需要聘(pin)請具有潛水(shuǐ)作業資質的(de)人員進行安(ān)裝。基于以上(shàng)原❤️因，除流量(liang)計本身造🔴價(jià)較高外，安裝(zhuang)及後期維㊙️護(hù)還需要額外(wài)投入。與之相(xiang)比，多聲道㊙️超(chao)聲波流量計(jì)造價相對較(jiao)低，但需考慮(lǜ)儀表井、管線(xian)開挖等額⛹🏻‍♀️外(wài)的土建費用(yong)。非滿管電㊙️磁(ci)流量計目前(qian)在國内應用(yong)較少,産品❄️多(duō)爲國外進㊙️口(kou)，價格較高。影(yǐng)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(hé)具體情況，對(dui)💚各種流量計(ji)的經濟性🌏進(jin)行評價。
5結論(lun)
(1)多普勒式流(liú)量計，安裝形(xing)式靈活，可以(yi)利用現狀檢(jiǎn)查井作㊙️爲安(an)裝地點，建議(yi)用于現狀管(guan)網智慧化監(jian)測改造的項(xiang)目中。在✍️選擇(zé)🔴流量計安裝(zhuāng)位置時，盡量(liang)🔞選在管道直(zhí)線段，且注意(yi)檢查井前後(hòu)管道無過大(da)的高差，防🧑🏽‍🤝‍🧑🏻止(zhǐ)井内渦流或(huò)跌水現象對(dui)測量精度産(chǎn)生影響。由于(yu)涉及下井帶(dai)水作業，施工(gong)現場需進行(háng)☎️相關施工安(an)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(diào)排水管網管(guǎn)理單位，降低(di)🌏管網内水位(wei)。
(2)多聲道超聲(sheng)波流量計，測(cè)量精度高，測(cè)量範圍廣，在(zài)設計時🌈要提(tí)前考慮流量(liang)計及專用井(jǐng)位置，滿足直(zhí)管段和儀表(biǎo)井👈尺寸🐆的要(yao)求。建議用于(yú)新建管網的(de)流量監測項(xiang)目中，相關🍉管(guan)線及㊙️結構專(zhuān)業可以較早(zǎo)的介入。若在(zai)現狀管網加(jiā)裝該流量計(ji)，需考慮是否(fou)有合适位置(zhi)滿足流量計(jì)設置要求并(bing)且便于土建(jiàn)🔞施工。
(3)非滿管(guan)電磁流量計(ji)解決了傳統(tong)電磁流量計(ji)隻能測:滿管(guan)工況的問題(tí)，但其結構較(jiao)爲複雜，且該(gai)流量計安裝(zhuang)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(yīng)用經驗較少(shǎo)等因素，目前(qián)不建議非滿(mǎn)管電磁流🈲量(liàng)計在污水管(guǎn)網中應用。

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