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技術文章

脈沖式聲學多普勒流量儀在城市排污中的應用

更新時間:2023-08-08 瀏覽次數:732

脈沖式聲學多普勒流量儀在城市排污中的應用

前言

 近二十年來,我國正經歷著一場速度迅猛、規模宏大的城鎮化進程,截至2020年我國城鎮化率已達63.89%。城鎮經濟的快速發展伴隨著人口密度大幅上升,民生的排水問題逐漸成為影響城市良性發展的因素之一。

 在二零二一年底,某污水處理廠就面臨污水管道測流的難題,他們對污水提升泵站長距離輸送的流量非常關注,但歷經兩次不同測流產品的試用,都未能得到可靠的實時流量數據。為此,二零二二年二月份水廠開啟了第三次設備嘗試,引進了賽萊默旗下品牌SonTek管道式聲學多普勒剖面流量計IQpipe,安裝在泵站出水約20米的位置,進行長期考核測驗。

 歷經長達一年的數據監測,第三次的設備選型與測驗結果獲得認可與肯定。IQpipe較好地滿足用戶測流需求,有效地為污水處理廠區域內排放量的監督、處理量的預測以及水資源調度等,提供了實時準確的水量信息,其意義重大。

在本次測驗中,采用的IQpipe流量儀能夠提供高質量的水流數據保障,得益以下幾個方面的原因:

·環境選址與組架設計

成效:測流點位于泵站粗格柵之后和集成商設計的U型安裝支架發揮了很大作用,很大程度降低了設備維護工作量;

·IQpipe工作原理更高的聲頻3MHZ、脈沖式的聲學多普勒流速剖析

成效:相比其它原理抗氣候/磁場等因素干擾;提供高分辨率、高精確度、多流層、三維矢量的實時流速剖析,滿足滿管和非滿管狀態的管道測流需求;

·IQpipe測流模式:水下四波束同時仰視測流,Smartpulse技術

成效:以更多角度和垂線方向的實時測流方式,置信度更高;Smartpulse技術保障環境適應性,特別適用于管道內常見的水流速不均、絮流、回流、弱流等情況。一臺IQpipe等于多臺其它測流儀且性能突出;

·IQpipe的截面積測驗:內置雙水位的測深設計

成效:不同原理雙水位的水深數據可同時輸出,工作時相互作用,不受水體雜質多或氣壓波動的測深影響。保障了水位數據更精確,流量匯算所需的截面積數據高精度

·IQpipe流量算法:內置了SONTEK專門針對管道流量的算法

成效:簡單的設置,就能得到準確的流量數據;而且特殊環境或更高數據要求支持率定分析

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污水處理廠 俯瞰圖

背景

 某污水提升泵站位于城市新區,擔負著高校校區及周邊小區的污水輸送任務。污水處理廠的管理者們非常關注該泵站的流量數據,曾先后采用電磁流量計和連續式聲學多普勒測流儀,以便實時監測管道內的污水流量,但采集數據不理想,沒有達到用戶預期需求。

為此,賽萊默與污水處理廠就管網流量測驗共同進行深度研討,并多次趕赴現場實況勘察,

1、調研工作

 污水提升泵站的輸送水體主要為居民生活污水和雨水,管道長度約5.6公里,管道直徑1.8米,管道的材質為不銹鋼。我們經過實況勘察和調研,記錄了現場測流存在主要特點:

·排水管的管壁,不能斷開、變徑和打孔

·污水輸送管路經常處于不滿管狀態

·管道的水位偶爾很低,水流緩慢

·水質和流速變化較大,有回流情況

·水體渾濁,雨季雜質更多

·流量數據要求高,精度最好在10%以內

2、選型分析

 城市排污管網測流產品的選型時,滿管優先選擇電磁流量計。但在非滿管條件下,往往會涉及到復雜的水體組份,管道材質的差異、液位變化的頻次、市場繁多測流品牌以及價格、維護成本等因素,讓業主很難做出選擇。

市場上不同測流產品良莠不齊,不同產品之間進行同步比測,有時數據差別都很大,業主甚至不清楚應該以哪組數據為準,從何處溯源。

針對這種情況,賽萊默推薦聲學多普勒剖面測流技術,尤其在非滿管管道測流情況,且用戶仍非常關注流量數據準確性的時候,理由如下:

·從技術角度出發,聲學多普勒剖面測流的是水下多流層剖析,是最為成熟的測流手段之一。除了滿管狀態下應用的電磁流量計,聲學多普勒剖面測流儀相比較其它原理的測流儀而言,它的測量結果更具真實性和代表性,在很多行業和領域可以視為其它測流儀的溯源數據。

·從實用角度出發,聲學多普勒流速剖面儀作為當前流行的一種測流產品(業內稱為“ADCP"),安裝簡便,日常運行成本低。它是通過水下換能器發射脈沖式聲波,可以為用戶提供具代表性的瞬時流量、平均流速、多流層流速、斷面面積以及累計流量等水流信息。

 考慮到北塘項目現場長期處于非滿管,我們根據綜上情況最終向用戶推薦SONTEK-IQ系列的底座式多普勒剖面流量計。同時,我們明確告知用戶IQ設備不具備防爆功能;并且如果水中漂浮物或泥沙含量過大,潛在定期維護量也會增加,用戶表示理解支持。

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實測分析

1、往復流態的測驗效果

2022225日調試設備時,管網水流狀態非常不穩定,提升泵并沒有正常開啟。水流處于受上游原水水力影響,呈現往復流態。

IQpipe準確記錄了此時的水流狀態的數據,水深約0.7米,水流在±20cm/s之間波動,累計水量緩慢上升。如下圖標:

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用戶平臺采集的流速數據曲線圖

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IQpipe自帶客戶端的流速/流量/水位數據曲線圖

2、突變流態的測驗效果

2.1

20236714時左右大雨引起了流量突變,雨停后流量又回到原初。IQpipe記錄了過程的數據,瞬時流量從0.2018m3/s上升到約0.3m3/s,雨停后很快恢復到0.22m3/s附近。如下圖表

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2.2

2023419號~430號期間,因為現場的提升泵進行幾次停水維護作業,管道的瞬時流量快速降低為0,啟動泵后又恢復正常的幾個時間。IQpipe記錄了泵站幾次維護的流量突變情況,如下藍色▲標記:

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3、長期穩定性的測驗效果

IQpipe在現場運行已經有一年三個月,除初期調試數據和正常維護工作,設備持續穩定為污水處理廠提供可靠的流量數據。如下數據日報、月報、年報數據表示例:

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案例總結

如何快速獲取真實可靠的流量數據,對水資源管理者們準確掌握排水管網的排放總量,對城市水資源的合理調度、污水排放的有效監管有著非凡的意義。

在城市排水管網測流項目中,繁多的流量計,為何選擇IQpipe呢?

1、產品集多功能合一,小巧、細長、扁平的外型設計,有效降低污物清理的維護量。

2、產品自帶內存和CUP處理系統,無需二次儀表獨立運行,占用空間少、易安裝、功耗低。

3、產品具備兩種不同原理的雙水位測深系統,科學的自切換和自校正邏輯保障在任何水體中,深度的準確性。

注:深度數據精度直接影響流量數據里截面積的精度。

4、產品工作在水下,比非接觸式的流速儀更具有代表意義。以多角度、多流層的方式,實時剖析四束垂向的水流信息,最終匯算成流量數據。一臺IQpipe的測流代表性相當于多臺其它測流儀。

5IQpipe的技術核心是采用了高頻3MHZSONTEK智能脈沖技術,噪音低、分辨率高,水流環境自適應并且抗氣候因素和磁場干擾能力強,滿足用戶對數據精度的高需求。

6、產品是針對管道測流專門設計的一款ADCP流量計,內置科學的管道測流算法,支持率定分析,對管道型測流場所有更好的適應性。

7、產品可以實現滿管、非滿管狀態的管道實時測流。從本案例也印證了無論管網處在豐水或枯水,甚至回水情況時,IQpipe設備都能清晰為用戶提供實時可靠測流數據。

8、當然,任何水下設備都有一個共同的課題:當設備處在懸浮物、漂浮物和沉積物冗多的水中,清理雜物的維護工作頻率會很高。如果水資源管理者們仍需準確的流量數據,則需提前解決或規避雜物的干擾。方式不局限如下:要考慮合理的選址,靈活地設計支架、過濾裝置或反沖洗系統。如本次案例中,生活污水的流量監測維護頻率可以達到一個月以上,這與選址和現場設計密不可分。注:項目的選址是在污水提升泵之后,提升泵前端的生活污水經過了一步攔污粗格柵的過濾,并且現場靈活設計了U型支架安裝,這兩點都非常重要。

綜上,IQpipe產品的性能可靠、數據準確、抗氣候與磁場環境干擾的能力強,尤其測流的實時剖析能力優勢明顯。產品應用在城市雨污水管道測流時,如能合理的解決或規避漂浮物或沉積物雜多的影響,既能保障管網中各種水位下的高質量數據,又能達到極低的維護成本,是在這類水域下測流的最佳工具之一。





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