部分滿水管流是在非滿水管系中局部場(chǎng)所作滿水管流者,如圖2所示下水管道設(shè)置的蓄水機(jī)構(gòu)中低于原暗渠的管段10為滿水管流。在此管段內(nèi)設(shè)由表面流的明渠滿水管路置的流量?jī)x表應(yīng)為滿管流量?jī)x表(圖例為電磁流量計(jì)),因此非滿水管系在特定條件下也可用封閉管道流量計(jì)測(cè)量流量。
明渠流量計(jì)應(yīng)用場(chǎng)所有城市供水引水渠、火電廠冷卻水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)廢水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。本文重點(diǎn)討論前面幾種工業(yè)和公用事業(yè)適用的流量測(cè)量方法和儀表,不包括較大型的水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用的流量測(cè)量方法。
1)堰(weir)法 在明渠適當(dāng)位置裝一擋板,水流被阻斷,水位升到檔板上端堰(缺)口,便從堰口流出。水流剛流出的流量小于渠道中原來(lái)的流量,水位繼續(xù)上升,流出流量隨之增加,直到流出量等于渠道原流量,水位便穩(wěn)定在某一高度,測(cè)出水位高度便可求取流量。
常用薄壁堰按缺口形狀分為三角堰、矩形堰和等寬堰,它們的尺寸范圍、流量范圍、堰口尺寸和表面粗糙度要求可查閱標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程ISO1438-1,CJ/T3008.1,CJ/T3008.2,JJG771,均有具體規(guī)定。若迎流側(cè)堰口長(zhǎng)期使用后磨損成圓角以及迎流側(cè)堰壁粗糙度變化均會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。堰式流量計(jì)除堰板部分外,還包括相應(yīng)液位計(jì)以及堰板上游足夠長(zhǎng)的直渠段和整流段等。
P槽流量計(jì)的特點(diǎn)是:
PB槽公稱口徑為250~3000mm,與混凝土管尺寸相對(duì)應(yīng),其長(zhǎng)度是公稱口徑的2~4倍(小口徑段為4倍,大口徑段為2倍)。最大流量范圍通常如表1所示,但國(guó)內(nèi)若干型號(hào)產(chǎn)品常為其較小值,達(dá)到最高允許水位的范圍度標(biāo)準(zhǔn)值為30:1。
表1PB槽口徑和最大流量范圍
注:口徑1350mm以上為參考值
流速計(jì)除超聲式外,還有電磁式流速計(jì)以及現(xiàn)在用得較少的旋杯式流速計(jì)和旋槳式流速計(jì)。
式中Kq——流量系數(shù),Kq=AKL。
測(cè)量“點(diǎn)流速”的流速-水位流量計(jì)要引入點(diǎn)修正系數(shù)KP,即實(shí)測(cè)點(diǎn)流速與流通截面積平均流速之比。
式中K——系數(shù)
潛水式電磁流量計(jì)工作時(shí),液體流動(dòng)狀況屬于淹沒(méi)孔口流,孔口流出速度與孔口在自由表面下的沉沒(méi)深度無(wú)關(guān),僅取決于上下游的水位差。也就是說(shuō),流量測(cè)量值與流量傳感器(或分流模型)安裝位置無(wú)關(guān),但要求盡可能低使之在運(yùn)行過(guò)程中始終處于淹沒(méi)流狀態(tài)。
其他設(shè)計(jì)型號(hào)有:愛(ài)知時(shí)計(jì)電機(jī)公司采用相似原理,只是交替兩線圈串接同時(shí)通電激磁和單獨(dú)一線圈通電激磁。電極則是一對(duì)弧條形電極緊貼襯里;東芝公司設(shè)計(jì)的兩線圈軸線水平布置磁力線是水平方向。測(cè)量管底部置一電極測(cè)量其與測(cè)量管端部接地環(huán)之間的電位差。東芝公司稱,得到的信號(hào)是與液位、流速兩者均成比例,不需作液位演算處理,不受浮游物及液位波動(dòng)等影響,可測(cè)液位高度30mm;Krohne公司的設(shè)計(jì)是利用在測(cè)量管底部10%內(nèi)徑高度的一對(duì)電極測(cè)量流速,與液體接觸襯里面的背面,置有多塊大面積電極,以相似于電容液位計(jì)原理檢測(cè)測(cè)量管內(nèi)的液位高度。
式中A——過(guò)液流路斷面(m2)
天津大學(xué)用微壓傳感器在坡度可調(diào)管徑200mm圓形管道的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置上作試驗(yàn)。管道坡度設(shè)在2/1000,以電磁流量計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)原型樣作流量比對(duì)試驗(yàn)。流量在24L/s時(shí),h/d均為0.9。h/d為0.3~0.45時(shí)實(shí)際相對(duì)誤差≤30%(引用相對(duì)誤差<7%),h/d在>(0.45~0.8)時(shí),實(shí)際相對(duì)誤差為5%~9%(引用相對(duì)誤差<4%)。
圖14 Kennison噴嘴外形和性能
四選用考慮要點(diǎn)
表2 渠用流量?jī)x表性能比較
比較項(xiàng)目 | 堰法 (薄壁堰) | P槽法 | PB槽法 | 流速—水位法 | 潛水電磁法 | 非滿管電磁法 | 流位—流速演算式法 | 噴嘴流量計(jì)法 |
適用渠道 類型 | 明渠 | 明渠 | 圓形暗渠 | 明渠、暗渠 | 明渠、暗渠 | 圓形暗渠 | 明渠、暗渠 | 圓形暗渠排放口 |
流量檢測(cè)結(jié)構(gòu)特征 | 渠道要截流,檢測(cè)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 | 渠道—段要裝入槽 檢測(cè)件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 | 渠道—段 要裝入槽檢 測(cè)件結(jié)構(gòu)較 復(fù)雜 | 不必改動(dòng)渠 道流量檢測(cè) 要用流速計(jì) | 渠道要截 流檢測(cè)件為本體, 分流模型 擴(kuò)大流量 | 不改動(dòng)暗渠, 接入流量 傳感器即可 | 不改動(dòng)渠道裝上液位儀表即可 | 裝于渠道排 放末端 |
檢測(cè)儀表 | 液位計(jì) | 液位計(jì) | 液位計(jì) | 流速計(jì)+液位計(jì) | 本儀表 直接測(cè)量 | 本儀表 直接測(cè)量 | 液位計(jì) | 液位計(jì) |
渠寬、喉寬或口徑 (mm) | 渠寬: 450-8000 | 喉寬 25-240 (152000) | 口徑: 150- 1800(3000) | 渠寬: 300-10000 口徑: 300-500 | 口徑: 50- 400(600) | 口徑: 150-2000 | 口徑150-800 | |
流量或流 速范圍流速 | 15-40000 m3/h 三角堰 小流量 矩形堰 中流量 等寬堰 大流量 | 30-15000 (330000)m3/h | 20-12000 (42000) m3/h | 流速:0-20m/s | 10-5000 m3/h | 30-110000m3/h | 最大流速:1m/s | 45-3180m3/h |
測(cè)量精確 度誤差/ (±%FS) | 1-3 | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 獨(dú)傳感器:1.5 帶分流模型:2.5 | 3-5R | 4-10 | 2-5R |
流量范圍 度 | (10-20):1 | (20- 30):1 | (20-30):1 | (20- 100):1 | 10:1 | (10-50):1 | (5-10):1 | (10-20):1 |
抬高水位 (mm) | 200(120)-800 | 75-200 | 口徑的 (1/20-1/10) | 無(wú) | 100-500 | 無(wú) | 無(wú) | 最大1個(gè)管徑 |
上游側(cè)固 態(tài)物是否 會(huì)沉積和排泄程度 | 會(huì)沉積, 不會(huì)排泄, 要定期清除 | 不會(huì)沉,隨流排泄 | 不會(huì)沉積, 隨流排泄 | 不會(huì)沉積, 隨流排泄 | 會(huì)沉積, 能部分隨 流 | 不會(huì)沉積, 隨流排泄 | 不會(huì)沉積, 隨流排泄 | 不會(huì)沉積, 隨流排泄 |
上游直渠 段長(zhǎng)度要求(mm) | 1500-24000 (其中整流 流部690-12000) | 300-2000 | 上游側(cè): ≥(5-10) 倍口徑 下游側(cè): ≥2倍口徑 | 上游側(cè): ≥(1O-15) 倍渠寬(或口徑) 下游側(cè): ≥5倍渠寬 (或口徑) | 上游側(cè) ≥ 5-10倍口徑; 下游側(cè)3倍口 上游側(cè)管道坡 度:≤0.05測(cè) 管內(nèi)不能有持 的漩渦和水躍 | 測(cè)量段內(nèi)應(yīng)無(wú)水躍 | 上游側(cè)一般為8倍 內(nèi)徑:坡度過(guò)大另需設(shè)緩沖段 | |
對(duì)流體的 要求 | 無(wú)特殊要求 | 無(wú)特殊要求 | 無(wú)特殊要求 | 傳播時(shí)間法 超聲流速計(jì): 濁度≤ 5000mg/L 多普勒法 超聲流速計(jì): 濁度60- 50000mg/L | 液體導(dǎo)電率 ≥10-4/cm測(cè)量廢水、下水不存在問(wèn)題 | 無(wú)特殊要求 | 無(wú)特殊要求 |
1、流量指示值最?。阂话阌梢韵略蛟斐桑簷z測(cè)元件損壞零點(diǎn)太低。顯示有問(wèn)題;線路短路或斷路;正壓室堵或漏;系統(tǒng)壓力低;參與調(diào)節(jié)的參數(shù)還要檢查調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥及電磁閥。
2、流量指示最大:主要原因是負(fù)壓室引壓系統(tǒng)堵或漏。變送器需要調(diào)校的可能不大。
3、流量波動(dòng)大:流量參數(shù)不參與調(diào)節(jié)的,一般為工藝原因;參與調(diào)節(jié)的,可檢查調(diào)節(jié)器的PID參數(shù);帶隔離罐的參數(shù),檢查引壓管內(nèi)是否有氣泡,正負(fù)壓引壓管內(nèi)液體是否一樣高。
油田都需要選用哪些流量計(jì)?流量儀表有哪些種類?流量?jī)x表如何選型?流量?jī)x表的選型是系統(tǒng)、科學(xué)的系統(tǒng)工程,通過(guò)分析流量?jī)x表的類型、工作原理、影響因素及選型標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況做出正確選型。流量?jī)x表的選型對(duì)儀表能否成功使用往往起著很重要的作用,因此,選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)結(jié)合多方面影響因素,揚(yáng)長(zhǎng)避短,選擇較為合適的儀表。
流量?jī)x表應(yīng)根據(jù)計(jì)量的級(jí)別確定所選儀表的準(zhǔn)確度,以免造成浪費(fèi),流量測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)元件、一次儀表和顯示、記錄儀表之間的準(zhǔn)確度應(yīng)配合恰當(dāng);
流量?jī)x表在陸地油田應(yīng)用:在油田現(xiàn)場(chǎng),針對(duì)全國(guó)各油田深井、超深井鉆井,為解決目前高密度加重材料浪費(fèi)的問(wèn)題,若回收利用80%后,每年至少可節(jié)約近9000萬(wàn)元以上加重材料的費(fèi)用。通過(guò)理論研究結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),得知要做到對(duì)加重材料“實(shí)時(shí)”回收,需根據(jù)鉆井液中不同粘度、不同密度性能的變化及離心機(jī)性能參數(shù)的改變,經(jīng)傳感器檢測(cè)后輸入控制系統(tǒng),相應(yīng)給出離心機(jī)的工作轉(zhuǎn)速及處理量,通過(guò)計(jì)算機(jī)去控制,精確達(dá)到設(shè)計(jì)要求,建立了控制系統(tǒng)流程。
流量?jī)x表在海上油田應(yīng)用:海上油田平臺(tái)分為工藝生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助工藝系統(tǒng)、公用系統(tǒng)三大部分,選擇合適的流量計(jì)應(yīng)用于不同系統(tǒng)的不同工況。1)流量?jī)x表的選用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,對(duì)于某一具體的應(yīng)用場(chǎng)所可以采用的儀表可能有幾種方案,應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況量體裁衣,選擇性能較佳的流量?jī)x表。(2)選型不應(yīng)僅局限于標(biāo)準(zhǔn)化的儀表選型,思維應(yīng)具有創(chuàng)新性,如目前非標(biāo)準(zhǔn)化的V錐流量計(jì)在很多方面具有其它流量計(jì)不具備的優(yōu)點(diǎn),同樣在選型過(guò)程中值得商榷。(3)流量?jī)x表的安裝位置和方向選擇應(yīng)給予充分重視,特定的儀表有特定的安裝要求,只有在儀表選擇正確、安裝位置正確、前后直管段長(zhǎng)度充足等情況的共同配合下,測(cè)量系統(tǒng)才能最終達(dá)到符合規(guī)定測(cè)量的準(zhǔn)確度。
流量?jī)x表必須滿足所規(guī)定的直管段長(zhǎng)度,并考慮是否滿足耐溫、耐壓、抗振動(dòng)及安全保護(hù)問(wèn)題等影響儀表安裝的因素;儀表使用后周圍環(huán)境條件等:應(yīng)考慮儀表的日常維修、更換是否方便,環(huán)境溫度、濕度和電磁干擾對(duì)儀表的影響及環(huán)境的安全性能等。