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          深隧污水使用超聲波流量計監測流量的方法

          這次要講的是對一個深隧的測量,有難點的是它全長17.6千米,管徑范圍3.0到3.4米;支線落步咀預處理站-主隧道,全長1.7 km,管徑1.5 m。zui低設計流速0.65米每秒,深隧坡度百分之零點六五。污水深隧埋深達到50米以上,全長17.6 km且僅保留7座通風井,對地面及地下管線影響極小,為城市發展預留寶貴的地下淺層空間資源。相應的,深隧也面臨如下問題:

          通水后無法停水查看管道狀態,缺乏對深隧內污水的水量與流速等關鍵技術點的管控能力;

          流速高動態變化,對傳感器的監測的穩定性有較高要求;

          滿管運行,液位達到深隧管底以上30米,對傳感器的耐壓提出更高的要求;

          在流速低于0.65米每秒時,可能產生淤泥,對傳感器的安裝方法與安裝位置有限制;

          受限于深隧結構,傳感器必須安裝于豎井附近的平直管段,并通過電纜傳輸數據至地面,因此要求傳感器與變送器之間的電纜長達100米以上,電纜屏蔽效果好。

          流量測量方式的選擇

          不同種流量計的分析和比較

          隨著地下排水管網精細化管理的要求,流量測量不僅要有瞬時流速、瞬時流量、液位、水溫和累計流量,還對測量精度和周期提出更高的要求。流量計的種類繁多,而用于地下管網流量測量的流量計主要是超聲波流量計、電磁流量計和雷達流量計等。超聲波流量計又分為超聲波多普勒流量計、超聲波時差法流量計和超聲波流量計。

          考慮到深隧排水系統的zui大埋深為地下50米,而且帶壓以及滿管運行,電磁流量計、雷達流量計和超聲波時差法均不適合。剩下的超聲波多普勒流量計和超聲波流量計,都屬于速度-面積法測量。速度-面積法測量流量時,需要測量兩個因素:平均流速和過流面積,流量為平均流速與過流面積的乘積。

          因此,測量流體流速需要精確測量平均流速和過流面積,其中過流面積可通過測量液位而獲得。

          1.液位的精確測量

          通過連續測量包含渠道、管道或箱涵的充滿度來確認過流的橫截面。液位變化會導致過流橫截面積的變化,因此精確的流量測量需要在所有水力條件下進行精確可靠的液位測量。初雨中含有較多的雜質,需要考慮多重冗余的液位測量解決方案,確保在非滿管等復雜情況下液位的精確測量,提供更多的數據判斷可能存在的問題。

          ?2.流速的精確測量

          過流斷面平均流速的精確測量,是速度-面積法測量的核心技術。為解決上面的問題,選擇多普勒流量計和流量計進行分析,以便選擇合適的流速測量方法。

          深隧設備安裝難度高,安裝方式需選擇長期穩定固定的方式,且安裝后密封防水性高,安裝過程需對管道破壞程度低,安裝時間靈活、配合深隧自身施工進程等要求。

          基于以上的限制條件,深隧流量計采用化學螺栓固定安裝的方式,其具體安裝過程為:由豎井向內布線40米確定傳感器位置,并用水平尺確定傳感器水平位置;傳感器沿管壁共布設3個探頭,其中,正頂部安裝一個傳感器探頭,超聲波垂直向下發射,在滿管的水力狀態下,可同時用于監測流量與泥水界面的位置;左右30°角位置各安裝一個傳感器探頭,垂直向上發生超聲波,用于流量監測;3處傳感器探頭監測的數據互為校準,使監測數據的準確性得到極大提升,同時避免未來的頻繁校準維護問題。在每個傳感器探頭確定的固定孔位分別打4個孔,并用化學螺栓固定安裝附件,將傳感器探頭安裝于附件之上,保證探頭與地面水平;用扎帶將三根信號電纜捆綁,匯合于深隧管壁右側45°位置,從深隧內部沿伸至井口處;考慮豎井處有湍流或匯水,對豎井沖擊力比較大,因此從豎井處開始,三根傳感器電纜外部用鋼管保護,在豎井澆筑前穿過豎井井壁,從外壁引入地面,最大程度的避免對井體結構的影響。深隧施工結束后,最終傳感器及其保護套管將澆筑至豎井管壁混凝土內,保證其穩定性。

           

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