摘要:市政環(huán)保行業(yè)正處在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級階段,其目標(biāo)就是業(yè)內(nèi)一直倡導(dǎo)的智慧水務(wù),但數(shù)字化概念的提出在操作層面顯得更為明確。流量計(jì)作為數(shù)字化建設(shè)底層信息采集單元,它的選用和應(yīng)用十分重要。本文對市政環(huán)保行業(yè)流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析探討,明確不同工況中流量計(jì)選用的適合性,以達(dá)到市政環(huán)保項(xiàng)目數(shù)據(jù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定及施工方便的效果。另外,在流量計(jì)融合數(shù)字化通信技術(shù)方面,結(jié)合國內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展對流量計(jì)技術(shù)今后的發(fā)展趨勢提出展望。
在市政環(huán)保項(xiàng)目中,流量計(jì)是應(yīng)用廣泛的儀表之一。流量是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)封閉管道或明渠有效截面的流體量，流量計(jì)可以根據(jù)工況需要給出現(xiàn)場所需的瞬時(shí)流量及累計(jì)流量。其介質(zhì)可以為液體和氣體。常用流量計(jì)可以按原理分為電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、差壓流量計(jì)及明渠流量計(jì)等。目前在市政領(lǐng)域應(yīng)用是電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)及明渠流量計(jì)。本文簡要介紹這幾種流量計(jì)的原理和使用，上的注意事項(xiàng)。
1電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)以優(yōu)異的精度和穩(wěn)定性,在市政環(huán)保領(lǐng)域使用廣泛，見圖1。它具有耐腐蝕、無阻流部件、雙向測量與測量范圍廣(100:1~1000:1)等特點(diǎn)。其原理為法拉第電磁感應(yīng)原理,計(jì)算公式為:
式中:Um為測量電壓產(chǎn)生的和流體流向正交的電磁場;B為測量電壓的磁通密度,穿過流體介質(zhì)并正交于流體流向;V為介質(zhì)流速;d為測量管道內(nèi)徑;k為比例系數(shù)或傳感器常數(shù)
電磁流量計(jì)的精度一般在0.2%~0.5%,要求介質(zhì)電導(dǎo)率不小于5μS/cm,其原理,見圖2。對于市政水處理的的工藝要求，管徑范圍可以從DN15到DN2200(目前市場最大口徑的電磁流量計(jì)DN3000,但由于安裝成本和實(shí)際精度等因素,本文不推薦使用)。
2超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)分為插人式和外夾式，可測量非導(dǎo)電介質(zhì),最大的測量管徑可以達(dá)到10m(外夾式),見圖3。
大多數(shù)的超聲波流量計(jì)的測量基本原理采用時(shí)差法，其表達(dá)式如下:
插入式超聲波具有免維護(hù)、不受電磁影響、可帶壓安裝、無需中斷流體等特點(diǎn),在市政管網(wǎng)應(yīng)用中具有無可比擬的優(yōu)勢,見圖4.
3明渠流量計(jì)
明渠流量計(jì)是測量許多非滿水、大流量(或小流量)的儀器,在自然流動(dòng)的自由水面狀態(tài)下測量流體的流量
其原理為:利用明渠在特殊堰槽中的液位與流量的線性關(guān)系進(jìn)行流量測量，見圖5。
此種方式的測量精度與超聲波液位計(jì)的精度有直接的關(guān)系，最高精度可達(dá)到1mm。
4流量計(jì)的安裝與應(yīng)用.
4.1流量計(jì)在市政環(huán)保項(xiàng)目中的應(yīng)用
目前大體分為3類典型應(yīng)用:污水廠、凈水廠及管網(wǎng)。流量計(jì)的選擇需要考慮現(xiàn)場的工況與施工要求,現(xiàn)分析如下:新建凈水廠、污水廠及管網(wǎng)在安裝條件允許的情況下,安裝電磁流量計(jì)是不錯(cuò)的選擇,但在安裝中需注意一-些情況。由于電磁流量計(jì)的特性,測量介質(zhì)需滿管,如不滿足滿管條件,請參考圖6的建議。
前5后3直管段必須具備(尤其大口徑電磁流量計(jì)),見圖7.
可以縮徑(角度α≤8°),但不允許擴(kuò)徑，見圖8。
不可測量含氣液體，如液體內(nèi)有氣體,需提前做好排氣。
接線時(shí)需要注意:不可錯(cuò)接、不可漏接、不可有潮氣進(jìn)入,并且一定注意周邊的電磁干擾及振動(dòng)干擾。
供水老舊管網(wǎng)改造或DMA(districtmeasuringarea)流量分區(qū)計(jì)量項(xiàng)目中,優(yōu)先選擇超聲波流量計(jì)。城鎮(zhèn)老舊供水管網(wǎng)改造或DMA分區(qū)計(jì)量,需要加入大量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,會(huì)遇到供水管網(wǎng)施工難度大、斷流影響大的問題。如果此時(shí)選用電磁流量計(jì),勢必需要破管、停水、安裝法蘭,而且時(shí)間會(huì)比較長。這種工況如果采用可帶壓安裝的超聲波.流量計(jì),將會(huì)最大限度地避免上述情況的發(fā)生。
在進(jìn)行超聲波流量計(jì)安裝的時(shí)候,需要注意下面幾點(diǎn):
(1)需要專業(yè)的安裝團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作,安裝的專業(yè)與否對插人式超聲波流量計(jì)的精度影響非常大，見圖9。
(2)超聲波流量計(jì)的安裝需要預(yù)留足夠的空間，見圖10。
(3)安裝時(shí)盡量避開雨季(尤其是南方城市),避免線纜、變送器進(jìn)水
圓形非滿管測量,可以選擇可測量圓管的明渠流量計(jì),見圖11和圖12。
城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)中的圓形管道是排水管道中數(shù)量最多的，而且大部分屬于非滿管。這一類管道的流量測量一直是水行業(yè)中的一個(gè)難點(diǎn)。由于該難點(diǎn)的存在,導(dǎo)致市場中出現(xiàn)了大量的概念性的非滿管流量計(jì)，對于推進(jìn)此問題的解決提供了眾多的可.參考方案。
現(xiàn)在本文推薦一種簡單易行且有效的方案:內(nèi)置圓管測量的明渠流量計(jì)。
此類明渠流量計(jì)內(nèi)置了圓管明渠的測量程序，選擇好超聲波液位探頭的安裝位置進(jìn)行安裝即可,同時(shí)在流量計(jì)設(shè)置菜單中找到圓管測量并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置即可。
但此類明渠測量值不可用于貿(mào)易交接使用,可以作為參考值進(jìn)行記錄
5流量計(jì)的技術(shù)發(fā)展探討
5.1無線通信技術(shù)
流量測量重要且復(fù)雜,近年來與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合使流量計(jì)的應(yīng)用更為簡便,在人機(jī)交互上更豐富。如通過與無線遠(yuǎn)傳技術(shù)的結(jié)合,流量測量突破了物理距離的限制。工業(yè)水監(jiān)測的場合.目前流量儀表應(yīng)用在較典型的無線應(yīng)用有:藍(lán)牙Bluetooth無線HART(WirelessHart).GPRS/CDMA.LoRa和NB-IoT等,其中后者是最近物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。但通過不同應(yīng)用場合或從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等需求考慮.無線和以太局域網(wǎng)LAN技術(shù)組合應(yīng)用.是時(shí)下比較流行的通信組合,有著廣闊應(yīng)用前景。
遠(yuǎn)程診斷和檢驗(yàn)為廣大用戶提供了實(shí)時(shí)的精度追蹤和遠(yuǎn)程維護(hù)的工具。無線通信和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用在市政流量測量應(yīng)用中的一個(gè)熱點(diǎn)應(yīng)用:即流.量計(jì)的遠(yuǎn)程檢驗(yàn)和校驗(yàn)技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合。
目前國內(nèi)外流量計(jì)的生產(chǎn)廠商都發(fā)展出在線流量檢驗(yàn)的工具包,簡化了市政用戶監(jiān)測流量儀表的應(yīng)用狀況�？梢灶A(yù)見，與無線遠(yuǎn)程技術(shù)的結(jié)合.對流量精度跟蹤到流量計(jì)的使用狀況評估乃至發(fā)展到預(yù)先判斷故障發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)是切實(shí)可行的技術(shù)必然。態(tài)勢感知測量或故障預(yù)測等系列測量領(lǐng)域的前沿技術(shù)也必將為流量計(jì)帶來更廣闊的應(yīng)用前景。但同時(shí)一些基本的應(yīng)用基礎(chǔ)也制約著這些應(yīng)用的發(fā)展,比較典型和突出的問題有數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一.或者說底層測量單元和監(jiān)測單元的無縫鏈接問題。
5.2網(wǎng)絡(luò)安全
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合賦予用戶對流量計(jì)及監(jiān)控系統(tǒng)更多的自主和靈活性。如流量計(jì)和相關(guān)檢測單元的信息上云,這可為使用者突破原有層級限制,信息的獲取會(huì)更迅捷和扁平化。用戶排除故障所花費(fèi)的成本大為降低,預(yù)計(jì)今后流量計(jì)的數(shù)量會(huì)越來越多。但網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也不可避免地會(huì)帶來網(wǎng)路安全等問題,特別如前文談到的區(qū)域計(jì)量等流量數(shù)據(jù)其實(shí)是屬于企業(yè)和政府敏感的數(shù)據(jù),如何保護(hù)信息安全,是市政用戶特別是項(xiàng)目決策者關(guān)心的問題。
可以預(yù)見,新技術(shù)的相互結(jié)合將大幅度促進(jìn)流量計(jì)的數(shù)量增加性能提升和成本降低,而更多的流量數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)的獲得,為流量數(shù)據(jù)的充分挖掘利用提供可能。供職的企業(yè)為許多工業(yè)領(lǐng)域提供過縱深防御和安全隔離的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全的解決方案。為市政工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)架構(gòu)可以結(jié)合本行業(yè)技術(shù)特點(diǎn),再借鑒其它工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),迅速建立起市政工業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)解決方案
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