3 u* `3 n5 \- x1 s1 K# n% N 前言
$ Z0 H( r9 e7 Z. h 近二十年来,我国正经历着一场速度迅猛、规模宏大的城镇化进程,截至2020年我国城镇化率已达63.89%。城镇经济的快速发展伴随着人口密度大幅上升,民生的排水问题逐渐成为影响城市良性发展的因素之一。 3 m/ \5 C- z% ^; u
在二零二一年底,某污水处理厂就面临污水管道测流的难题,他们对污水提升泵站长距离输送的流量非常关注,但历经两次不同测流产品的试用,都未能得到可靠的实时流量数据。为此,二零二二年二月份水厂开启了第三次设备尝试,引进了赛莱默旗下品牌SonTek管道式声学多普勒剖面流量计IQpipe,安装在泵站出水约20米的位置,进行长期考核测验。
; z; P, y- M' B5 C$ g' C1 l) ? 历经长达一年的数据监测,第三次的设备选型与测验结果获得认可与肯定。IQpipe较好地满足用户测流需求,有效地为污水处理厂区域内排放量的监督、处理量的预测以及水资源调度等,提供了实时准确的水量信息,其意义重大。
- ~( n |4 N9 s7 c 在本次测验中,采用的IQpipe流量仪能够提供高质量的水流数据保障,得益以下几个方面的原因: / @- E z& E1 a8 A5 t( m
环境选址与组架设计 ! P4 ?) f1 X# A3 a4 q) g# Z8 s6 q
成效:测流点位于泵站粗格栅之后和集成商设计的U型安装支架发挥了很大作用,很大程度降低了设备维护工作量; 3 x$ X, c L* l
IQpipe工作原理:更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析
: s% |: w$ F+ t/ K5 E 成效:相比其它原理抗气候/磁场等因素干扰;提供高分辨率、高精确度、多流层、三维矢量的实时流速剖析,满足满管和非满管状态的管道测流需求;
6 m' `' Q- O& q( h7 [4 s) g IQpipe测流模式:水下四波束同时仰视测流,Smartpulse技术 ! R- H% V- Z' J+ ?& v
成效:以更多角度和垂线方向的实时测流方式,置信度更高;Smartpulse技术保障环境适应性,特别适用于管道内常见的水流速不均、絮流、回流、弱流等情况。一台IQpipe等于多台其它测流仪且性能突出; 1 C& n4 \$ M+ I6 j( i2 C0 }" H2 K E( a
IQpipe的截面积测验:内置双水位的测深设计
m4 | h- p0 m8 }+ \6 Y- y 成效:不同原理双水位的水深数据可同时输出,工作时相互作用,不受水体杂质多或气压波动的测深影响。保障了水位数据更精确,流量汇算所需的截面积数据高精度 . N3 `% b/ f2 v" t G. a; T
IQpipe流量算法:内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
3 K3 g. {! g% m; O- b8 Z1 R1 t 成效:简单的设置,就能得到准确的流量数据;而且特殊环境或更高数据要求支持率定分析 ; v3 s9 G0 |' s) B B
污水处理厂 俯瞰图
# ? s7 F! F0 F* i/ x& U% O 背景 2 H/ u( x2 r: V! Q. e
某污水提升泵站位于城市新区,担负着高校校区及周边小区的污水输送任务。污水处理厂的管理者们非常关注该泵站的流量数据,曾先后采用电磁流量计和连续式声学多普勒测流仪,以便实时监测管道内的污水流量,但采集数据不理想,没有达到用户预期需求。
4 G2 A3 D9 s) ~ p 为此,赛莱默与污水处理厂就管网流量测验共同进行深度研讨,并多次赶赴现场实况勘察, + j# d4 s) x- T5 p5 }; |7 K y
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. \* \) C( S4 u/ `0 a! U 调研工作
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污水提升泵站的输送水体主要为居民生活污水和雨水,管道长度约5.6公里,管道直径1.8米,管道的材质为不锈钢。我们经过实况勘察和调研,记录了现场测流存在主要特点: " ]4 F* [% K' p( b1 K! k+ |
排水管的管壁,不能断开、变径和打孔 ; q9 y9 a2 V6 t8 Q' Q& h
污水输送管路经常处于不满管状态 $ @" Q3 d9 W1 c- \1 U
管道的水位偶尔很低,水流缓慢
; _* H% D% Q# R* v; [& L1 L$ G 水质和流速变化较大,有回流情况 5 r( ?1 p, w' `/ H9 {$ q8 G
水体浑浊,雨季杂质更多 1 K- J; g7 O+ ~; ?
流量数据要求高,精度最好在10%以内 7 ~6 e; f# c9 F
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- Q" C$ f% q$ f: l- p7 k2 Z4 o 选型分析 5 Q! |2 n5 q5 I; C+ ~2 D- h
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城市排污管网测流产品的选型时,满管优先选择电磁流量计。但在非满管条件下,往往会涉及到复杂的水体组份,管道材质的差异、液位变化的频次、市场繁多测流品牌以及价格、维护成本等因素,让业主很难做出最佳选择。 6 K$ S- P& Q9 T, J
市场上不同测流产品良莠不齐,不同产品之间进行同步比测,有时数据差别都很大,业主甚至不清楚应该以哪组数据为准,从何处溯源。 : a6 G/ o( L6 s6 A
针对这种情况,赛莱默推荐声学多普勒剖面测流技术,尤其在非满管管道测流情况,且用户仍非常关注流量数据准确性的时候,理由如下:
6 j. c3 i; y0 s' R& D) f8 a 从技术角度出发,声学多普勒剖面测流的是水下多流层剖析,是公认最为成熟的测流手段之一。除了满管状态下应用的电磁流量计,声学多普勒剖面测流仪相比较其它原理的测流仪而言,它的测量结果更具真实性和代表性,在很多行业和领域可以视为其它测流仪的溯源数据。 5 f: d) P+ I7 }' K' @5 g. r! Q( h
从实用角度出发,声学多普勒流速剖面仪作为当前流行的一种测流产品(业内称为“ADCP”),安装简便,日常运行成本低。它是通过水下换能器发射脉冲式声波,可以为用户提供具代表性的瞬时流量、平均流速、多流层流速、断面面积以及累计流量等水流信息。
) Q) l* C u. r- J3 R( Q- B: i 考虑到北塘项目现场长期处于非满管,我们根据综上情况最终向用户推荐SONTEK-IQ系列的底座式多普勒剖面流量计。同时,我们明确告知用户IQ设备不具备防爆功能;并且如果水中漂浮物或泥沙含量过大,潜在定期维护量也会增加,用户表示理解支持。 + A3 s, t, i, c% k, B
实测分析 1 w, ~" ?+ g7 `. k0 o# E
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9 Y9 z8 [# O: Y 往复流态的测验效果 ( P, p% F; ?2 `% v- N( u) S9 @
. P& b% O* I5 M1 R! g1 G4 M 2022年2月25日调试设备时,管网水流状态非常不稳定,提升泵并没有正常开启。水流处于受上游原水水力影响,呈现往复流态。
6 O V( u9 u1 f7 q5 K) Z IQpipe准确记录了此时的水流状态的数据,水深约0.7米,水流在±20cm/s之间波动,累计水量缓慢上升。如下图标:
5 ^ s$ A/ s5 {' ~6 w* F$ C 用户平台采集的流速数据曲线图
) R/ u* |* h+ k; |2 k6 A; \/ c7 y IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图
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突变流态的测验效果 % b+ Y# c; x9 o" h; h$ @3 q
" @4 N+ s2 f# j4 Z/ m 2.1 2023年6月7号14时左右大雨引起了流量突变,雨停后流量又回到原初。IQpipe记录了过程的数据,瞬时流量从0.2018m³/s上升到约0.3m³/s,雨停后很快恢复到0.22m³/s附近。如下图表
! g: }5 ]0 U* ]! {/ a: @ 2.2 2023年4月19号~4月30号期间,因为现场的提升泵进行几次停水维护作业,管道的瞬时流量快速降低为0,启动泵后又恢复正常的几个时间。IQpipe记录了泵站几次维护的流量突变情况,如下蓝色▲标记:
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/ P& F. g3 Q, V% u% z1 {6 N6 s) T 长期稳定性的测验效果
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IQpipe在现场运行已经有一年三个月,除初期调试数据和正常维护工作,设备持续稳定为污水处理厂提供可靠的流量数据。如下数据日报、月报、年报数据表示例:
% w8 h! W5 T* g) U% L6 V9 A 案例总结
. p1 t( o7 O: u3 s 如何快速获取真实可靠的流量数据,对水资源管理者们准确掌握排水管网的排放总量,对城市水资源的合理调度、污水排放的有效监管有着非凡的意义。
& n* Z! Q" U# o( e1 p 在城市排水管网测流项目中,繁多的流量计,为何选择IQpipe呢?
; O9 O4 x5 s5 j4 U3 R, |& C6 {7 M 产品集多功能合一,小巧、细长、扁平的外型设计,有效降低污物清理的维护量。
& y8 f# N" |0 n( j# l( | 产品自带内存和CUP处理系统,无需二次仪表独立运行,占用空间少、易安装、功耗低。
# E! W& {/ c, Q; Z6 E2 P" t 产品具备两种不同原理的双水位测深系统,科学的自切换和自校正逻辑保障在任何水体中,深度的准确性。 % B K5 m. ~1 ]( s3 N5 E
注:深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。 2 {. G( B, }/ o9 Z' V+ K# V& a3 c
产品工作在水下,比非接触式的流速仪更具有代表意义。以多角度、多流层的方式,实时剖析四束垂向的水流信息,最终汇算成流量数据。一台IQpipe的测流代表性相当于多台其它测流仪。
2 _& p7 c: A* O9 k7 L$ q# t, L! I IQpipe的技术核心是采用了高频3MHZ的SONTEK智能脉冲技术,噪音低、分辨率高,水流环境自适应并且抗气候因素和磁场干扰能力强,满足用户对数据精度的高需求。 : h3 A$ ]+ [* Z) L
产品是针对管道测流专门设计的一款ADCP流量计,内置科学的管道测流算法,支持率定分析,对管道型测流场所有更好的适应性。
) E1 \& o* G1 i0 U 产品可以实现满管、非满管状态的管道实时测流。从本案例也印证了无论管网处在丰水或枯水,甚至回水情况时,IQpipe设备都能清晰为用户提供实时可靠测流数据。 ) f: [5 R9 M9 G! }% j
当然,任何水下设备都有一个共同的课题:当设备处在悬浮物、漂浮物和沉积物冗多的水中,清理杂物的维护工作频率会很高。如果水资源管理者们仍需准确的流量数据,则需提前解决或规避杂物的干扰。方式不局限如下:要考虑合理的选址,灵活地设计支架、过滤装置或反冲洗系统。如本次案例中,生活污水的流量监测维护频率可以达到一个月以上,这与选址和现场设计密不可分。注:项目的选址是在污水提升泵之后,提升泵前端的生活污水经过了一步拦污粗格栅的过滤,并且现场灵活设计了U型支架安装,这两点都非常重要。
Y2 i9 m5 N% y& ? 综上,IQpipe产品的性能可靠、数据准确、抗气候与磁场环境干扰的能力强,尤其测流的实时剖析能力优势明显。产品应用在城市雨污水管道测流时,如能合理的解决或规避漂浮物或沉积物杂多的影响,既能保障管网中各种水位下的高质量数据,又能达到极低的维护成本,是在这类水域下测流的最佳工具之一。 7 d9 V% k# P3 H& L9 [1 q$ P9 o
参考文献 8 J* t! l' _: A2 P2 i
[1] SL247-2012水文资料整编规范[S].北京:中国水利水电出版社,2012.
+ ~3 ^( R' I; V0 B% U; W; z [2] SonTek技术白皮书.XA00118. 声学多普勒流量计类型比较:低成本的连续波与多流层脉冲波. ) V' X2 ~# `+ y: l
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