摘要：文中主要針對(duì)在生產(chǎn)實(shí)踐中液體流量計(jì)由于出現(xiàn)故障或臨近使用壽命出現(xiàn)流量計(jì)不能正常工作以及計(jì)量偏差過(guò)大需要更換流量計(jì)的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，探討利用原有流量計(jì)管段在線不斷流帶壓安裝流量計(jì)的方案。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用多聲道超聲流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)在線帶壓開(kāi)孔安裝，不僅對(duì)生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率具有重要意義，也避免了由于停水造成的連帶經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。
1 項(xiàng)目背景
由于管段式液體流量計(jì)具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定、可靠、不產(chǎn)生壓力損失、可滿(mǎn)足 dn3000 管徑的應(yīng)用需求等特點(diǎn)，目前市政工程中大量使用了管段式液體流量計(jì)。生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)出現(xiàn)故障或臨近使用壽命時(shí)，易出現(xiàn)流量計(jì)不能正常工作以及測(cè)量偏差過(guò)大需要更換流量計(jì)的問(wèn)題，而這些液體流量計(jì)大多使用在市政管網(wǎng)的重要計(jì)量點(diǎn)，如:城市水源引水管線的流量計(jì)量、自來(lái)水廠的進(jìn)出廠流量計(jì)量、污水廠進(jìn)出廠流量計(jì)量等。一旦流量計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致停水施工，停水施工不但成本高、周期長(zhǎng)，還會(huì)有連帶的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。
2 問(wèn)題分析
研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)應(yīng)用具有不斷流安裝特點(diǎn)的流量計(jì)，可以有效應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，該流量計(jì)的選用應(yīng)優(yōu)先考慮以下幾方面。
(1)準(zhǔn)確度等級(jí)。流量計(jì)不僅用于安裝位置所在地點(diǎn)的流量計(jì)量，還要通過(guò)流量計(jì)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)漏損和系統(tǒng)的平衡，所以新選用的流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)不能低于原有流量計(jì)，否則不但影響該計(jì)量點(diǎn)的測(cè)量還會(huì)影響系統(tǒng)的誤差和平衡。
(2)流速范圍。通常供水管網(wǎng)中的流量變化比較大，一方面隨著生活水平的提高，人均用水量在不斷增加，另一方面集中用水現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，夏季傍晚高峰時(shí)的用水量是夜間低谷的數(shù)倍甚至數(shù)十倍以上。因此，要求流量計(jì)量程比要大，通常在 40∶1以上，應(yīng)達(dá)到 100∶1以上，且保證量程范圍內(nèi)的測(cè)量準(zhǔn)確度和重復(fù)性。
(3)直管段要求。通常流量計(jì)要求較長(zhǎng)的前后直管段，特別是速度式流量計(jì)要求在流態(tài)充分發(fā)展(對(duì)稱(chēng)、態(tài)分布)的狀態(tài)下方可準(zhǔn)確計(jì)量。管段式液體流量計(jì)直管段至少要求為前 5d 后 2d(d= 流量計(jì)直徑)，而大部分速度式流量計(jì)要求直管段更長(zhǎng)。要選擇的流量計(jì)直管段要求要與原有液體流量計(jì)相當(dāng)，保證測(cè)量穩(wěn)定性。
(4)在線不斷流帶壓安裝、維護(hù)。通常在安裝、維護(hù)或檢定傳統(tǒng)形式的流量計(jì)時(shí)要進(jìn)行斷流施工，為了避免斷流帶來(lái)的麻煩，通常采用安裝旁路備份流量計(jì)，但需要增加設(shè)備和土建的投資，而且現(xiàn)場(chǎng)要有足夠的空間。所以，選用的流量計(jì)應(yīng)具備在無(wú)旁路、不斷流的情況下能夠安裝維護(hù)，且能夠在線標(biāo)定。
(5)不產(chǎn)生壓損，滿(mǎn)足節(jié)能降耗的要求部分流量計(jì)在測(cè)量過(guò)程中易產(chǎn)生不同程度的壓力損失，出現(xiàn)投資多、計(jì)量成本高、管網(wǎng)效率低的問(wèn)題，所以選擇流量計(jì)要在測(cè)量過(guò)程中不產(chǎn)生壓損，滿(mǎn)足節(jié)能降耗的要求。
3 應(yīng)對(duì)措施
結(jié)合技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性分析，多聲道超聲流量計(jì)能滿(mǎn)足上述要求。
3．1 原理分析
選用多聲道超聲流量計(jì)主要取決于該流量計(jì)具有以下特點(diǎn)。
(1)測(cè)量精度更高
相對(duì)其他速度式流量計(jì)，雙聲道超聲流量計(jì)對(duì)上游障礙物如彎管、泵或閥的敏感度較低，測(cè)量結(jié)果的可靠性高，即使由于某些原因?qū)е乱粋€(gè)通道停止工作，流量?jī)x表仍可繼續(xù)測(cè)量。典型的入口直管段的要求是上游至少 5d，下游至少 2d，在滿(mǎn)足上述安裝要求的前提下，多通道超聲流量計(jì)的測(cè)量精度可達(dá)±0. 5%。對(duì)比此精度下液體流量計(jì)的重復(fù)性要求是該精度的 1/3，超聲波流量計(jì)在此精度下的重復(fù)性是該精度的 1/5，顯然超聲波流量計(jì)能達(dá)到的要求高于電磁流量。
(2)對(duì)直管段要求更低
多通道超聲流量計(jì)由于采用對(duì)流速分布和面積分布的二重積分計(jì)算流量，所以在層流和紊流的情況下都能準(zhǔn)確測(cè)量出流量，可做到計(jì)量交接的精度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量范圍和測(cè)量口徑大，對(duì)直管段要求小(d 后 3d)，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品可以做到的適用管道口徑是 dn5000，而且口徑越大越容易實(shí)現(xiàn)高精度，多聲道超聲流量計(jì)的口徑在理論上可以做成任意大。
(3)測(cè)量靈敏度更高
多聲道超聲流量計(jì)的另一特點(diǎn)是由于時(shí)間測(cè)量精度非常高，可達(dá)到皮秒級(jí)，所以可實(shí)現(xiàn)高測(cè)量靈敏度，從而保證低流速下的準(zhǔn)確測(cè)量(0. 05 m/s 時(shí)可達(dá)到 0. 5%)。量程比相對(duì)也較高，可達(dá) 400∶1。
(4)可實(shí)現(xiàn)不斷流帶壓施工和在線維護(hù)
插入式超聲流量計(jì)與外卡式流量計(jì)不同，其傳感器直接與水(介質(zhì))接觸。與其他流量計(jì)一樣有用法蘭連接形式的工廠化的管段式產(chǎn)品，而且還可以在使用的管道上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。大部分插入式超聲波流量計(jì)可以通過(guò)帶壓安裝工具實(shí)現(xiàn)不斷流帶壓安裝，這種技術(shù)不僅可以在舊管網(wǎng)改造工程中應(yīng)用，還可以在新建工程中應(yīng)用，免去伸縮節(jié)和連接法蘭，如在管網(wǎng)通水后再進(jìn)行安裝，則可節(jié)省投資和工期。使用多年后，由于水質(zhì)問(wèn)題發(fā)生的管壁結(jié)垢和傳感器前端結(jié)垢，這樣有可能導(dǎo)致傳感器信號(hào)發(fā)送和接收受到影響，此時(shí)傳感器可以在線通過(guò)帶壓安裝工具在不斷流情況下將傳感器退出清洗，繼續(xù)保證流量計(jì)測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
(5)其他特點(diǎn)
超聲流量計(jì)還具備其他一系列的特點(diǎn)，如對(duì)流體沒(méi)有任何阻礙，也沒(méi)有壓力損失和流量損失，耗電小;使用壽命長(zhǎng)，可以用不斷流安裝方式更換換能器;維護(hù)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低;可以市電供電，也可以電池供電，通過(guò)電池供電時(shí)可以很好地解決電源引入的雷擊問(wèn)題;全套材料不銹鋼，經(jīng)久耐用，造型美觀。
3．2 應(yīng)用案例
某供水集團(tuán)第 n 水廠某原安裝管段式液體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量的 dn1600 管道，由于鄰近使用壽命(已使用近 15 年)，出現(xiàn)流量計(jì)測(cè)量偏差和波動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，需要更換流量計(jì)。更換過(guò)程中，將 dn1600 液體流量計(jì)外殼在現(xiàn)場(chǎng)用氣焊切割掉，拆下勵(lì)磁線圈后在原有流量計(jì)本體的管段上現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔安裝雙聲道超聲流量計(jì)。整個(gè)安裝過(guò)程采用現(xiàn)場(chǎng)不斷流在線帶壓安裝，安裝之后測(cè)得的流量穩(wěn)定性、線性度都能達(dá)到使用要求。經(jīng)實(shí)踐總結(jié)，更換實(shí)施過(guò)程中要注意的幾個(gè)問(wèn)題。
(1)要確認(rèn)在用液體流量計(jì)的管壁厚度及內(nèi)襯材料特性，保證換能器在管段內(nèi)壁的突出長(zhǎng)度;(2)用氣焊切割液體流量計(jì)外殼時(shí)，一定要在管道內(nèi)充滿(mǎn)水的情況下(是帶壓并繼續(xù)保持管內(nèi)水在運(yùn)行流動(dòng)的狀態(tài))進(jìn)行，以免內(nèi)襯受熱凸起變形影響流態(tài);(3)要有足夠安裝空間(流量井)，可以用原有的流量井，但管壁與流量井墻壁最小距離不小于 500 mm，流量井長(zhǎng)不小于 1. 5 倍管徑。超聲波流量計(jì)空管安裝和帶壓安裝要求空間如圖 1 所示。
為進(jìn)一步確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔安裝多聲道超聲流量計(jì)的性能指標(biāo)，采用歷史數(shù)據(jù)、泵機(jī)的電耗數(shù)據(jù)、流量計(jì)前端的清水池的庫(kù)容等多個(gè)校核手段，對(duì)本次現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔安裝的雙聲道超聲波流量計(jì)進(jìn)行了測(cè)量數(shù)據(jù)的核定。核定的結(jié)果是線性誤差在 0. 48%以?xún)?nèi)，重復(fù)性在 0. 288%以?xún)?nèi)。
4 結(jié)論
(1)通過(guò)以上分析研究及核定數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)液體流量計(jì)由于出現(xiàn)故障或臨近使用壽命出現(xiàn)流量計(jì)不能正常工作以及測(cè)量偏差過(guò)大需要更換流量計(jì)的問(wèn)題，采用在線不斷流帶壓現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔安裝多聲道超聲流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量計(jì)更替的方法是可行的，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)踐的計(jì)量要求。
(2)對(duì)多聲道超聲流量計(jì)特點(diǎn)的了解和供水管網(wǎng)對(duì)流量計(jì)的要求來(lái)看，多聲道超聲流量計(jì)比較適合用于供水管網(wǎng)改造及不斷流安裝的現(xiàn)場(chǎng)，特別是管道的計(jì)量。多聲道超聲流量計(jì)的廣泛應(yīng)用可為供水企業(yè)降低產(chǎn)銷(xiāo)差率、控制漏失率提供有效的監(jiān)控手段，可在類(lèi)似工況中推廣使用。