最近很多人再問排水管網流量測量的原理,方法和設備選擇分析「排水流量計算公式」，今天小編給大家整理了排水管網流量測量的原理,方法和設備選擇分析「排水流量計算公式」的相關內容，請往下看。

排水管網流量測量的原理、方法和設備選擇

隨著水環境治理的深化，越來越發現可靠的流量測量數據，是排水管網診斷、提質增效、廠站網河一體化和水務數字化項目規劃、建設和高效運營的起點和前提。而排水管網流量的測量，也恰恰是這些項目的痛點和難點。

1 排水管網的特點和流量測量的現狀

國內排水管網的特點為：（1）兩高，管網高水位、污水廠高負荷；（2）兩低，進水濃度低、減排效率低。

排水管網具有的這些特點，相應對流量計提出如下要求：

? 測量瞬時流速、瞬時流量、液位、水溫和累計流量；

? 根據測量點的要求，選擇合適的測量精度，并要求不同流量計之間的數據一致性好；

? 規避沉積物對流量測量的影響；

? 規避排水管網內微生物膜對傳感器表面的附著，減少微生物膜對測量數據的影響；

? 規避測量數據的二次清洗，減少人為誤差；

? 考慮排水管網腐蝕性氣體的影響，完善防腐方法，確保長期穩定運行；

? 要求方便安裝和維護；

? 使用壽命長，盡可能免維護。

目前，業內普遍重視排水管網的水質測量，而對流量測量的重視程度不夠。同時，常用的流量測量設備壽命短、精度差、維護工作量大；測量數據的重復性差。因此，普遍認為排水管網的流量測不準，測不好。

事實上，排水管網有大量的流量測量需求，更有大量的流量測量難題亟需解決。

2 排水管網流量測量的方法

結合國內外的流量測量設備，排水管網的流量測量方法可以分為：超聲波流量計、感應式電磁流量計、雷達流量計和基于水力學計算的流量計。

而超聲波流量計和感應式電磁流量計可以歸為接觸式或速度-面積法流量計，雷達流量計和基于水力學計算的流量計可以歸為非接觸式流量計。

雷達流量計和基于水力學計算的非接觸式流量測量方法的測量誤差大，更多的用于定性的測量而非定量測量。

接觸式或速度-面積法流量測量方法中，感應式電磁流量計需要開挖施工，且存在小流量偏差大的情況。因此，感應式電磁流量計不是排水管網流量測量的主流產品。而超聲波時差法受水中懸浮物的影響大，通常用在比較干凈的河水和供水管網，不適合含雜質比較多的排水管網。因此，排水管網中使用的主要是超聲波多普勒和超聲波互相關流量計。

德國NIVUS（尼沃斯）集團在45年前開始生產多普勒流量計，20年前開始生產互相關流量計。數十年以來，NIVUS對相關產品持續改進，在多普勒流量計和互相關流量計領域積累了深厚的技術積淀。

以下的比較，基于德國NIVUS生產的超聲波多普勒和超聲波互相關流量計這兩種速度-面積法流量計。

2.1 流量測量方法

流量無法直接測量，可以采用速度-面積法測量。速度-面積法測量流量Q時，需要測量兩個因素：平均流速V和過流面積A，通用計算公式如下。

Q = v(平均) ? A

因此，需要精確測量平均流速V平均和過流面積A。

液位的精確測量 (h)

通過連續測量包含渠道、管道或箱涵的充滿度來確認過流的橫截面A。液位變化會導致過流橫截面積的變化，因此精確的流量測量需要在所有水力條件下進行精確可靠的液位測量。排水管網中含有較多的雜質，需要考慮多重冗余的液位測量解決方案，確保在非滿管等復雜情況下液位的精確測量，提供更多的數據判斷可能存在的問題。

平均流速的精確測量 (V平均)

過流斷面平均流速的精確測量，是速度-面積法測量的核心技術。為解決上面的問題，我們對（1）多普勒流量計和（2）互相關流量計進行分析，以便選擇合適的流速測量方法。

2.2 多普勒流量計測量原理

NIVUS多普勒流量計基于多普勒效應，根據反射頻率的變化得到過流斷面中某個顆粒或氣泡的流速；再通過變送器中預設的流態分布曲線，擬合得到斷面的平均流速。

多普勒流量計具有技術成熟、價格便宜等優點；但也有如下的缺點：

? 無法感知被測量顆粒或氣泡的具體位置；

? 實際為點流速，而非斷面流速；

? 測量精度受顆粒濃度影響；

? 流速由統計確定最終結果，而非實際測量結果；

? 需要穩定的流場條件；

? 需要定期校正，通過比較測量進行校準；

? 信號穿透深度通常只有0.5米左右，等等。

這些缺點，導致多普勒流量計的流量測量誤差大，甚至需要對測量數據進行二次處理（即數據清洗）。

2.3 互相關流量計測量原理

NIVUS互相關流量計的測量流速的方法是基于超聲波反射原理。

NIVUS互相關流量計基于超聲波互相關原理而非多普勒效應，傳感器連續掃描水中多個顆粒或氣泡，反射信息存儲為圖像，基于頻率特征的粒子識別，根據脈沖重復頻率確定兩個脈沖之間的TPRF時差Δt，根據這個時間差和距離間隔得到顆粒或氣泡的速度，從而得到這個點的流速。可以把超聲波互相關流量計想象為超聲波相機：互相關流量計可以記錄超聲波束內的水平和垂直方向多個顆粒或氣泡，如同測量“顆粒云”，并在幾毫秒內對顆粒或氣泡進行相互比較（兩張照片的比對）。互相關流量計的優點是：測量實際流速而不是擬合值，無需對流量計進行校準，無需數據二次處理（即數據清洗）、在復雜條件下具有極高的測量精度；缺點是價格貴。

NIVUS互相關流量計基于最新的水力模型，COSP系統計算了一個密集的測量網絡，從單個測量點位出發涵蓋了整個流體橫截面。具有如下特點：

? 經過科學的流量測量得到渠道專用的實時流體數學模型；

? 靠近壁面和水平速度分布的流速計算；

? 速度積分覆蓋整個斷面，最多測量16層流速；

? 水力擾動下渠道平均流速的理想研究方法；

? 具有最高的測量精度和穩定的讀數；

? 無需校準；

? 流場的確定和指示。

2.4 互相關流量計和多普勒流量計的比較

互相關流量計和多普勒流量計的比較，如下表。

3 排水管網流量計的選擇

3.1 選擇排水管網流量計時的影響因素

下面這些因素會影響到排水管網流量計種類的選擇：

? 前后平直段長度；

? 測量精度要求；

? 幾何形狀（外形，尺寸）；

? 當前水位和高水位；

? 預計當前流速；

? 流動模式（湍流/對稱）；

? 有毒有害氣體濃度；

? 管材；

? 管網的狀況、檢查井和結構；

? 沉積物（安裝前開始清理）；

? 進入檢查井（整潔、可及性、爬梯的狀態）；

?交通管制（需要特殊許可嗎？）；

? 管網內沉積物的清理。

其中的測量點前后平直段長度、測量精度要求、幾何形狀（外形，尺寸）、當前水位和高水位、預計當前流速、流動模式（湍流/對稱）等因素，直接影響傳感器和變送器種類、數量，以及安裝方式。

3.2 排水管網流量計的選擇

排水管網測量條件復雜，有些測量位置適合進行流量測量，有些測量位置不適合測量。對于不同的位置，可以選擇NIVUS多普勒流量計或NIVUS互相關流量計。

排水管網的使用條件復雜；常常遇到設備選型不當、安裝點位置選擇錯誤而導致的測量結果偏差大、數據不穩定等問題。一個成功的排水管網流量測量，除了需要選擇適合的高質量的流量計之外，也需要重視前期的設計選型和設備安裝；還需要對數據的持續關注和分析，及時應對和解決使用中存在的問題。

4 NIVUS互相關流量計的技術參數、使用壽命、維護和保養

4.1 NIVUS互相關流量計技術參數

4.2 NIVUS互相關流量計的使用壽命、維護和保養

NIVUS互相關流量計已面市21年，整體設計使用壽命10年，10年后送廠檢修后，可以再次使用。迄今為止，已有互相關流量計連續運行18年的案例。

此外，互相關流量計還有如下特點：

? 傳感器、電纜、電纜表面和傳感器接口、傳感器背板等材質，有良好的耐受性和耐腐蝕性能；

? NIVUS互相關流量計的傳感器符合IP68要求，可以耐受40米水壓；

? NIVUS互相關流量計可以滿足ATEX 0區防爆；

? 液位冗余測量方式，可以提高測量精度并延長產品壽命；

? 日常維護工作量小，互相關傳感器可以做到連續一年免維護。

傳感器、電纜、電纜表面和傳感器接口和傳感器背板的材質說明如下。

5 互相關流量計的測量難度分類

排水管網測量條件復雜，有些測量位置適合進行流量測量，有些測量位置不適合測量。對于NIVUS互相關流量計：（1）95%的測量點屬于常規測量，即單套互相關流量計可以完成；（2）5%的測量點屬于特殊流量測量，即需要多組互相關流量計的組合測量。

5.1 常規流量測量

通常，排水管網流量測量中，95%的測量場合，可以用單套NIVUS互相關流量計進行測量。

在此情況下，可以解決如下測量難題：

? 0cm-100%滿管：采用NIVUS互相關流量計和空氣超聲波相結合的辦法，可以解決0cm-100%滿管的流量測量；

? 沉積物：采用互相關流量計偏心安裝的方式，規避沉積物對流量測量的影響；

? 超臨界流體條件：NIVUS互相關流量計可以測量-1至 6m/s的流速范圍，在低液位和高流速的超臨界條件下，也可以穩定運行；

? 旋流、逆流和壓力流：NIVUS互相關流量計可以測量最多16層流速，測量-1至 6m/s的流量范圍；

? 超低流速：NIVUS互相關流量計可以測量例如0.005m/s超低流速；

? 高流速：NIVUS互相關流量計可以測量高達 6m/s的高流速；

? 低濁度的應用：NIVUS互相關流量計很靈敏，可以測量低濁度和低流速水中的氣泡，從而精確測量低濁度水的流速；

? 小直徑管道：NIVUS互相關流量計可以測量低至DN150mm非滿管流量。

5.2 特殊流量測量

排水管網流量測量中，5%的測量場合屬于特殊流量測量，即需要多組互相關流量計的組合測量。

多組互相關流量計的組合測量，可以解決：

? 大尺寸的斷面；

? 前后平直段的距離不足；

? 斷面尺寸變化，等等問題。

多組互相關流量計的組合測量的結果，如下圖。