摘要:市政環保行業正處在數字化轉型升級階段,其目標就是業內一直倡導的智慧水務,但數字化概念的提出在操作層面顯得更為明確。流量計作為數字化建設底層信息采集單元,它的選用和應用十分重要。本文對市政環保行業流量計的技術特點進行分析探討,明確不同工況中流量計選用的適合性,以達到市政環保項目數據可靠、運行穩定及施工方便的效果。另外,在流量計融合數字化通信技術方面,結合國內外工業互聯網物聯網的應用發展對流量計技術今后的發展趨勢提出展望。
在市政環保項目中,流量計是應用廣泛的儀表之一。流量是指單位時間內流經封閉管道或明渠有效截面的流體量，流量計可以根據工況需要給出現場所需的瞬時流量及累計流量。其介質可以為液體和氣體。常用流量計可以按原理分為電磁流量計、超聲波流量計、渦街流量計、質量流量計、差壓流量計及明渠流量計等。目前在市政領域應用是電磁流量計、超聲波流量計及明渠流量計。本文簡要介紹這幾種流量計的原理和使用，上的注意事項。
1電磁流量計
電磁流量計以優異的精度和穩定性,在市政環保領域使用廣泛，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。其原理為法拉第電磁感應原理,計算公式為:
式中:Um為測量電壓產生的和流體流向正交的電磁場;B為測量電壓的磁通密度,穿過流體介質并正交于流體流向;V為介質流速;d為測量管道內徑;k為比例系數或傳感器常數
電磁流量計的精度一般在0.2%~0.5%,要求介質電導率不小于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DN3000,但由于安裝成本和實際精度等因素,本文不推薦使用)。
2超聲波流量計
超聲波流量計分為插人式和外夾式，可測量非導電介質,最大的測量管徑可以達到10m(外夾式),見圖3。
大多數的超聲波流量計的測量基本原理采用時差法，其表達式如下:
插入式超聲波具有免維護、不受電磁影響、可帶壓安裝、無需中斷流體等特點,在市政管網應用中具有無可比擬的優勢,見圖4.
3明渠流量計
明渠流量計是測量許多非滿水、大流量(或小流量)的儀器,在自然流動的自由水面狀態下測量流體的流量
其原理為:利用明渠在特殊堰槽中的液位與流量的線性關系進行流量測量，見圖5。
此種方式的測量精度與超聲波液位計的精度有直接的關系，最高精度可達到1mm。
4流量計的安裝與應用.
4.1流量計在市政環保項目中的應用
目前大體分為3類典型應用:污水廠、凈水廠及管網。流量計的選擇需要考慮現場的工況與施工要求,現分析如下:新建凈水廠、污水廠及管網在安裝條件允許的情況下,安裝電磁流量計是不錯的選擇,但在安裝中需注意一-些情況。由于電磁流量計的特性,測量介質需滿管,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),見圖7.
可以縮徑(角度α≤8°),但不允許擴徑，見圖8。
不可測量含氣液體，如液體內有氣體,需提前做好排氣。
接線時需要注意:不可錯接、不可漏接、不可有潮氣進入,并且一定注意周邊的電磁干擾及振動干擾。
供水老舊管網改造或DMA(districtmeasuringarea)流量分區計量項目中,優先選擇超聲波流量計。城鎮老舊供水管網改造或DMA分區計量,需要加入大量流量計進行計量,會遇到供水管網施工難度大、斷流影響大的問題。如果此時選用電磁流量計,勢必需要破管、停水、安裝法蘭,而且時間會比較長。這種工況如果采用可帶壓安裝的超聲波.流量計,將會最大限度地避免上述情況的發生。
在進行超聲波流量計安裝的時候,需要注意下面幾點:
(1)需要專業的安裝團隊進行操作,安裝的專業與否對插人式超聲波流量計的精度影響非常大，見圖9。
(2)超聲波流量計的安裝需要預留足夠的空間，見圖10。
(3)安裝時盡量避開雨季(尤其是南方城市),避免線纜、變送器進水
圓形非滿管測量,可以選擇可測量圓管的明渠流量計,見圖11和圖12。
城鎮排水管網中的圓形管道是排水管道中數量最多的，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中的一個難點。由于該難點的存在,導致市場中出現了大量的概念性的非滿管流量計，對于推進此問題的解決提供了眾多的可.參考方案。
現在本文推薦一種簡單易行且有效的方案:內置圓管測量的明渠流量計。
此類明渠流量計內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行安裝即可,同時在流量計設置菜單中找到圓管測量并進行相應設置即可。
但此類明渠測量值不可用于貿易交接使用,可以作為參考值進行記錄
5流量計的技術發展探討
5.1無線通信技術
流量測量重要且復雜,近年來與網絡技術的結合使流量計的應用更為簡便,在人機交互上更豐富。如通過與無線遠傳技術的結合,流量測量突破了物理距離的限制。工業水監測的場合.目前流量儀表應用在較典型的無線應用有:藍牙Bluetooth無線HART(WirelessHart).GPRS/CDMA.LoRa和NB-IoT等,其中后者是最近物聯網技術進入到工業領域中的應用。但通過不同應用場合或從經濟性和實用性等需求考慮.無線和以太局域網LAN技術組合應用.是時下比較流行的通信組合,有著廣闊應用前景。
遠程診斷和檢驗為廣大用戶提供了實時的精度追蹤和遠程維護的工具。無線通信和互聯網的應用在市政流量測量應用中的一個熱點應用:即流.量計的遠程檢驗和校驗技術與通信技術的結合。
目前國內外流量計的生產廠商都發展出在線流量檢驗的工具包,簡化了市政用戶監測流量儀表的應用狀況。可以預見，與無線遠程技術的結合.對流量精度跟蹤到流量計的使用狀況評估乃至發展到預先判斷故障發生的時間和地點是切實可行的技術必然。態勢感知測量或故障預測等系列測量領域的前沿技術也必將為流量計帶來更廣闊的應用前景。但同時一些基本的應用基礎也制約著這些應用的發展,比較典型和突出的問題有數據格式的統一.或者說底層測量單元和監測單元的無縫鏈接問題。
5.2網絡安全
互聯網技術的融合賦予用戶對流量計及監控系統更多的自主和靈活性。如流量計和相關檢測單元的信息上云,這可為使用者突破原有層級限制,信息的獲取會更迅捷和扁平化。用戶排除故障所花費的成本大為降低,預計今后流量計的數量會越來越多。但網絡技術的應用也不可避免地會帶來網路安全等問題,特別如前文談到的區域計量等流量數據其實是屬于企業和政府敏感的數據,如何保護信息安全,是市政用戶特別是項目決策者關心的問題。
可以預見,新技術的相互結合將大幅度促進流量計的數量增加性能提升和成本降低,而更多的流量數據和相關數據的獲得,為流量數據的充分挖掘利用提供可能。供職的企業為許多工業領域提供過縱深防御和安全隔離的工業網絡安全的解決方案。為市政工業網絡安全系統架構可以結合本行業技術特點,再借鑒其它工業領域的網絡安全技術,迅速建立起市政工業數字化網絡解決方案
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