電磁流量計(jì)在大口徑管道計(jì)量中的變通應(yīng)用電磁流量計(jì)在大口徑管道計(jì)量中的變通應(yīng)用
摘.. 要:針對(duì)電磁流量計(jì)在管道流速過(guò)低情況下引起流量信號(hào)不能檢測(cè)、計(jì)量的問(wèn)題, 利用水力學(xué)..簡(jiǎn)單并聯(lián)管道等水頭損失..原理, 通過(guò)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證, 依據(jù)..擴(kuò)流原理..在主干管流速過(guò)低的情況下, 采用小口徑流量計(jì)對(duì)大口徑管道流量信號(hào)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量, 達(dá)到滿足工程要求和降低工程費(fèi)用的目的。生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐驗(yàn)證了該方案的可行性和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞: 電磁流量計(jì);盲區(qū)流速;變通應(yīng)用;模擬試驗(yàn); 阻流元件設(shè)計(jì)
柿園水廠供水能力為37 .. 104 m3 /d, 凈化工藝分為新老兩個(gè)系統(tǒng), 其中新系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為10 .. 104 m3 /d, 原水管道口徑為dn 2 000。為優(yōu)化投加工藝, 采用流量比例變頻投加方案對(duì)加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造, 根據(jù)原水流量變化實(shí)時(shí)調(diào)整投藥量。實(shí)現(xiàn)藥劑流量比例投加, 得到穩(wěn)定、可靠的流量信號(hào)至關(guān)重要。通過(guò)技術(shù)論證, 擬在原水管道上安裝dn2 000口徑電磁流量計(jì)采集原水流量信號(hào)。
1.. 問(wèn)題的提出, 包括電磁流量計(jì)在內(nèi)的流量?jī)x表都存在盲區(qū)流速問(wèn)題: 管道流速低于盲區(qū)流速時(shí)流量計(jì)不能穩(wěn)定可靠地工作。技術(shù)手冊(cè)要求智能電磁流量計(jì)工作流速不得低于0. 3 m / s。水廠實(shí)際情況是新系統(tǒng)原水流量為( 5~ 6) .. 104 m3 /d左右, 折合管道流速為0. 18~ 0. 22m / s; 未來(lái)達(dá)到10 .. 104 m3 /d設(shè)計(jì)規(guī)模時(shí)流速為0. 36m / s。因此, 在dn2 000原水管道上安裝同口徑電磁流量計(jì)不能正常工作。為得到穩(wěn)定可靠的流量信號(hào), 探討了采用dn 2 000管道局部縮徑提高流速以及研究選用其他形式流量計(jì)等技術(shù)方案, 但結(jié)合水廠實(shí)際情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析, 上述方案均不具可行性。經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究和開展模擬試驗(yàn), 在項(xiàng)目中對(duì)電磁流量計(jì)大膽變通應(yīng)用: 對(duì)管道系統(tǒng)加以改進(jìn), 在dn2 000主干管流速低于盲區(qū)流速情況下, 利用小口徑電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)dn 2 000 管道流量進(jìn)行穩(wěn)定可靠地計(jì)量, 并且降低設(shè)備投資和后期維護(hù)費(fèi)用。
2.. 改進(jìn)方案
技術(shù)改進(jìn)和變通應(yīng)用技術(shù)方案見圖1。圖1.. 技術(shù)方案示意圖fig. 1.. schem atic d iagram e o f technica l p lan
2..1.. 方案的技術(shù)分析根據(jù)水力學(xué)..簡(jiǎn)單并聯(lián)管道等水頭損失..原理, 對(duì)圖1中的管道1而言: 由.. .. hf1 = a1 .. l1 .. q21 + .. ..1 .. v2 /2g .. q = v.. s 得.. .. hf1 = q21 .. (a1 .. l1 + .. ..1 /2gs21 ) 同理, 對(duì)管道2有: .. hf2 = q22 (a2 .. l2 + ..2 /2gs22 ) 而hf 1 = hf 2, 所以: .. q1 /q2 = [ ( a1 .. l1 + .. ..1 /2gs21 ) / (a2 .. l2 + ..2 /2gs22 ) ] - 1 /2 等式右邊是僅和管道本身有關(guān)的量( a 為沿程水頭損失系數(shù), l 為管長(zhǎng), ..為局部水頭損失系數(shù), s 為管斷面面積), 對(duì)于圖中的管道系統(tǒng)而言, 是個(gè)常數(shù)。利用小口徑電磁流量計(jì)測(cè)量q1 就可以達(dá)到測(cè)量總流量(q1 + q2 )的工程目的。流量比例加藥控制系統(tǒng)中的plc 通過(guò)小口徑電磁流量計(jì)采集到q1 信號(hào)乘以一個(gè)儀表系數(shù)k 就可以得到總流量信號(hào)。該儀表系數(shù)k 可以用便攜式超聲波流量計(jì)取得和校正。由于主管道流速偏低, 主管水頭損失太小進(jìn)而引起管道1內(nèi)的流速低于流量計(jì)的盲區(qū)流速。為達(dá)到工程目的, 在主管內(nèi)安裝..值合適的阻流元件來(lái)適當(dāng)增大主管水頭損失, 以使管道1的流速高于流量計(jì)盲區(qū)流速。該阻流元件加工為雙法蘭結(jié)構(gòu), 方便在未來(lái)生產(chǎn)情況變化時(shí)調(diào)整或更換。
2..2.. 模擬試驗(yàn)驗(yàn)證
為確保上述技術(shù)方案在生產(chǎn)應(yīng)用中可行, 利用公司下屬水表廠流量校驗(yàn)裝置和計(jì)量中心標(biāo)準(zhǔn)儀表開展模擬試驗(yàn), 采用容積法對(duì)不同..值及不同流速下并聯(lián)管道的某一分支管流量和總流量的數(shù)量比例關(guān)系是否存在進(jìn)行驗(yàn)證。利用容積法流量校驗(yàn)設(shè)備和便攜超聲波流量計(jì)搭建如圖2所示的模擬試驗(yàn)管道系統(tǒng)。圖2.. 試驗(yàn)設(shè)備構(gòu)成示意圖f ig. 2.. composition of test equipm ent 共進(jìn)行兩組對(duì)比試驗(yàn), 情況如下: ① .. 組試驗(yàn)。在dn250主管道安裝局部水頭損失系數(shù)..值較小的阻流元件, 先后6次調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的輸出流量, 超聲波流量計(jì)工作在流速為0. 5~ 1. 0 m / s范圍內(nèi)(便攜式超聲波流量計(jì)盲區(qū)流速為0. 5m / s)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。表1.. 組試驗(yàn)結(jié)果tab. 1.. test resu lts o fno. 1 g roup 試驗(yàn)編號(hào)1# 2# 3# 4# 5# 6# 超聲波流量計(jì)流速/ ( m.. s- 1 ) 0. 91 0. 90 0. 61 0. 82 0. 763 0. 918 超聲波流量計(jì)流量/ ( m3 .. h- 1 ) 25. 9 25. 58 17. 21 23. 2 21. 6 25. 95 試驗(yàn)開始讀數(shù)(底數(shù)) /l 57 63 33 128 83 100 試驗(yàn)結(jié)束讀數(shù)/l 742 729 705 818 764 782 累積流量/l 685 666 672 690 681 682 計(jì)量水塔標(biāo)尺讀數(shù)/mm 2 578 2 566. 5 2 568 2 569 2 573 2 567 計(jì)量水塔水量/l 10 049. 99 995. 2 10 002 10 007 10 026. 1 9 997. 6 流量比值k 14. 7 15. 0 14. 9 14. 5 14. 7 14. 7 流量比值平均值(k 1 +k 2 + . . . + k 6 ) /6= 14. 75 .. .. ② .. 第二組試驗(yàn)。在dn250 主管道安裝局部水頭損失系數(shù)..值較大的阻流元件, 先后6次調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的輸出流量, 超聲波流量計(jì)工作在1. 0~ 2. 0m / s流速范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。表2.. 第二組試驗(yàn)結(jié)果tab. 2.. test resu lts o f no. 2 group 試驗(yàn)編號(hào)1# 2# 3# 4# 5# 6# 超聲波流量計(jì)流速/ ( m.. s- 1 ) 2. 01 1. 788 1. 60 1. 42 1. 069 1. 28 超聲波流量計(jì)流量/ ( m3.. h- 1 ) 56. 6 50. 55 45. 28 39. 66 30. 19 35. 56 試驗(yàn)開始讀數(shù)(底數(shù)) /l 519 168 88 22 83 158 試驗(yàn)結(jié)束讀數(shù)/l 2 060 1 678 1 594 1 516 1 552 1 636 累積流量/l 1 541 1 510 1 506 1 494 1 469 1 478 計(jì)量水塔標(biāo)尺讀數(shù)/mm 2 560 2 552 2 560 2 566 2 573 2 564 計(jì)量水塔水量/l 9 964. 3 9 926. 2 9 964. 39 992. 8 10 026. 1 9 983. 3 流量比值k 6. 5 6. 6 6. 6 6. 7 6. 8 6. 7 流量比值平均值(k 1 + k 2 + . . . + k6 ) /6= 6. 65 .. .. 由以上兩組(共12 次) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出: 支管流量和總流量的比值在阻流元件確定(即..值一定) 情況下為一個(gè)常數(shù), 試驗(yàn)中該數(shù)值的平均誤差< 1% 。經(jīng)分析, 有以下幾個(gè)因素可能引起誤差: a. 計(jì)量水塔標(biāo)尺讀數(shù)存在讀數(shù)誤差; b. 讀數(shù)不同步引起的誤差, 超聲波流量計(jì)讀數(shù)和計(jì)量塔讀數(shù)由2 人操作完成, 起止時(shí)間不可能*同步; c. 儀表誤差, 超聲波流量計(jì)的精度為1% ; d. 采樣周期引起的誤差, 流量計(jì)的采樣周期為0. 5 s左右, 在試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)可能存在1~ 2個(gè)采樣周期的誤差。
3.. 工程應(yīng)用設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差的分析認(rèn)為: 簡(jiǎn)單并聯(lián)管道存在著流量比例關(guān)系。對(duì)于已經(jīng)確定的并聯(lián)管道, 該比例系數(shù)僅和選用的阻流元件有關(guān)。試驗(yàn)驗(yàn)證電磁流量計(jì)變通應(yīng)用方案可行, 據(jù)此進(jìn)行了施工圖設(shè)計(jì)(見圖3) , 考慮到運(yùn)行維護(hù)方便, 設(shè)置了阻流孔板檢查井。根據(jù)..原水流量為5 .. 104 m3 /d時(shí), dn200計(jì)量管道流速不低于0. 5 m / s..的要求進(jìn)行阻流元件設(shè)計(jì)。針對(duì)柿園水廠實(shí)際生產(chǎn)情況的阻流孔板設(shè)計(jì)尺寸見圖4。圖3.. 流量計(jì)系統(tǒng)圖f ig. 3.. flowm e ter system 圖4.. 法蘭孔板圖fig. 4.. o rifice flange 該阻流孔板安裝后, 當(dāng)原水流量為5 ..104 m3 /d 時(shí), 阻流孔板水頭損失計(jì)算值接近0. 4 kpa, 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響極小。
4.. 生產(chǎn)應(yīng)用情況及展望
根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)參數(shù), 理論計(jì)算儀表常數(shù)k = 36. 86。施工完畢系統(tǒng)調(diào)試時(shí)用便攜式超聲波流量計(jì)實(shí)際校驗(yàn)得到儀表常數(shù)k= 39. 23, 接近理論計(jì)算值。該實(shí)測(cè)儀表常數(shù)在編制控制程序時(shí)輸入到plc 和上位機(jī)中參與控制運(yùn)算。兩年多的生產(chǎn)應(yīng)用表明, 流量計(jì)的這種變通應(yīng)用*生產(chǎn)需要, 達(dá)到工程預(yù)期目的。
基于上述技術(shù)原理的工程應(yīng)用和科研試驗(yàn)情況, 擬申請(qǐng)..基于并聯(lián)管道擴(kuò)流原理的流量計(jì)..實(shí)用新型, 組成成套的管路計(jì)量系統(tǒng), 應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、貿(mào)易結(jié)算等大口徑流量計(jì)量領(lǐng)域。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流