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脈沖式聲學(xué)多普勒流量儀在城市排污中的應(yīng)用

更新時間:2023-08-08 瀏覽次數(shù):641

脈沖式聲學(xué)多普勒流量儀在城市排污中的應(yīng)用

前言

 近二十年來,我國正經(jīng)歷著一場速度迅猛、規(guī)模宏大的城鎮(zhèn)化進程,截至2020年我國城鎮(zhèn)化率已達63.89%。城鎮(zhèn)經(jīng)濟的快速發(fā)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(fā)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(guān)注,但歷經(jīng)兩次不同測流產(chǎn)品的試用,都未能得到可靠的實時流量數(shù)據(jù)。為此,二零二二年二月份水廠開啟了第三次設(shè)備嘗試,引進了賽萊默旗下品牌SonTek管道式聲學(xué)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(jīng)長達一年的數(shù)據(jù)監(jiān)測,第三次的設(shè)備選型與測驗結(jié)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(qū)域內(nèi)排放量的監(jiān)督、處理量的預(yù)測以及水資源調(diào)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(zhì)量的水流數(shù)據(jù)保障,得益以下幾個方面的原因:

·環(huán)境選址與組架設(shè)計

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

·IQpipe工作原理更高的聲頻3MHZ、脈沖式的聲學(xué)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(tài)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(shù)

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(shù)保障環(huán)境適應(yīng)性,特別適用于管道內(nèi)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(nèi)置雙水位的測深設(shè)計

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

·IQpipe流量算法:內(nèi)置了SONTEK專門針對管道流量的算法

成效:簡單的設(shè)置,就能得到準確的流量數(shù)據(jù);而且特殊環(huán)境或更高數(shù)據(jù)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(qū),擔負著高校校區(qū)及周邊小區(qū)的污水輸送任務(wù)。污水處理廠的管理者們非常關(guān)注該泵站的流量數(shù)據(jù),曾先后采用電磁流量計和連續(xù)式聲學(xué)多普勒測流儀,以便實時監(jiān)測管道內(nèi)的污水流量,但采集數(shù)據(jù)不理想,沒有達到用戶預(yù)期需求。

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

1、調(diào)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(zhì)為不銹鋼。我們經(jīng)過實況勘察和調(diào)研,記錄了現(xiàn)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(jīng)常處于不滿管狀態(tài)

·管道的水位偶爾很低,水流緩慢

·水質(zhì)和流速變化較大,有回流情況

·水體渾濁,雨季雜質(zhì)更多

·流量數(shù)據(jù)要求高,精度最好在10%以內(nèi)

2、選型分析

 城市排污管網(wǎng)測流產(chǎn)品的選型時,滿管優(yōu)先選擇電磁流量計。但在非滿管條件下,往往會涉及到復(fù)雜的水體組份,管道材質(zhì)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(yè)主很難做出選擇。

市場上不同測流產(chǎn)品良莠不齊,不同產(chǎn)品之間進行同步比測,有時數(shù)據(jù)差別都很大,業(yè)主甚至不清楚應(yīng)該以哪組數(shù)據(jù)為準,從何處溯源。

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

·從技術(shù)角度出發(fā),聲學(xué)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(tài)下應(yīng)用的電磁流量計,聲學(xué)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(jié)果更具真實性和代表性,在很多行業(yè)和領(lǐng)域可以視為其它測流儀的溯源數(shù)據(jù)。

·從實用角度出發(fā),聲學(xué)多普勒流速剖面儀作為當前流行的一種測流產(chǎn)品(業(yè)內(nèi)稱為“ADCP"),安裝簡便,日常運行成本低。它是通過水下?lián)Q能器發(fā)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(xiàn)場長期處于非滿管,我們根據(jù)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(shè)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(fù)流態(tài)的測驗效果

2022225日調(diào)試設(shè)備時,管網(wǎng)水流狀態(tài)非常不穩(wěn)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(xiàn)往復(fù)流態(tài)。

IQpipe準確記錄了此時的水流狀態(tài)的數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)曲線圖

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IQpipe自帶客戶端的流速/流量/水位數(shù)據(jù)曲線圖

2、突變流態(tài)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(shù)據(jù),瞬時流量從0.2018m3/s上升到約0.3m3/s,雨停后很快恢復(fù)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(xiàn)場的提升泵進行幾次停水維護作業(yè),管道的瞬時流量快速降低為0,啟動泵后又恢復(fù)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(wěn)定性的測驗效果

IQpipe在現(xiàn)場運行已經(jīng)有一年三個月,除初期調(diào)試數(shù)據(jù)和正常維護工作,設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定為污水處理廠提供可靠的流量數(shù)據(jù)。如下數(shù)據(jù)日報、月報、年報數(shù)據(jù)表示例:

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案例總結(jié)

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

在城市排水管網(wǎng)測流項目中,繁多的流量計,為何選擇IQpipe呢?

1、產(chǎn)品集多功能合一,小巧、細長、扁平的外型設(shè)計,有效降低污物清理的維護量。

2、產(chǎn)品自帶內(nèi)存和CUP處理系統(tǒng),無需二次儀表獨立運行,占用空間少、易安裝、功耗低。

3、產(chǎn)品具備兩種不同原理的雙水位測深系統(tǒng),科學(xué)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(shù)據(jù)精度直接影響流量數(shù)據(jù)里截面積的精度。

4、產(chǎn)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(shù)據(jù)。一臺IQpipe的測流代表性相當于多臺其它測流儀。

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

6、產(chǎn)品是針對管道測流專門設(shè)計的一款ADCP流量計,內(nèi)置科學(xué)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(yīng)性。

7、產(chǎn)品可以實現(xiàn)滿管、非滿管狀態(tài)的管道實時測流。從本案例也印證了無論管網(wǎng)處在豐水或枯水,甚至回水情況時,IQpipe設(shè)備都能清晰為用戶提供實時可靠測流數(shù)據(jù)。

8、當然,任何水下設(shè)備都有一個共同的課題:當設(shè)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?nèi)孕铚蚀_的流量數(shù)據(jù),則需提前解決或規(guī)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(shè)計支架、過濾裝置或反沖洗系統(tǒng)。如本次案例中,生活污水的流量監(jiān)測維護頻率可以達到一個月以上,這與選址和現(xiàn)場設(shè)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(jīng)過了一步攔污粗格柵的過濾,并且現(xiàn)場靈活設(shè)計了U型支架安裝,這兩點都非常重要。

綜上,IQpipe產(chǎn)品的性能可靠、數(shù)據(jù)準確、抗氣候與磁場環(huán)境干擾的能力強,尤其測流的實時剖析能力優(yōu)勢明顯。產(chǎn)品應(yīng)用在城市雨污水管道測流時,如能合理的解決或規(guī)避漂浮物或沉積物雜多的影響,既能保障管網(wǎng)中各種水位下的高質(zhì)量數(shù)據(jù),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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