8·王強-排水系統電磁流量計在線校核的原理方法和實踐.pdf

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1、擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標、安裝方式現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標、安裝方式排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項目錄目錄排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準流量測量：常用流量方法流量測量：常用流量方法

2、流量，現代水行業的基石和基本要素，需求貫穿各個階段；流量測量=準確的流量計+合理的測量點+合適的安裝方法+科學的數據挖掘。接觸式接觸式/速度面積法：速度面積法：排水管網流、河道、渠道、泵站的流量測量非接觸測量：非接觸測量：渠道、排水管網流、特殊設備的流量測量流量計發展史流量計發展史：文丘里流量計：1886年巴氏計量槽：1920年代電磁流量計：1920年代超聲波流量計：1952年多普勒流量計：1960年代互相關流量計：2000年每款成熟的排水系統流量計，都需要長期的理論探索、試驗驗證，以及不斷的產品迭代?；诓匠蹋?726年）基于法拉第原理（1831年）基于多普勒效應（1842年）排水用電

3、磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐l電磁流量計普遍用于排水系統帶壓滿管的流量測量，是排水系統流量的感知底座；l當前國內電磁流量計銷量預計為30萬-40萬套/年；自1980年代國內開始使用電磁流量計以來，累計已使用數百萬套，其中水務行業約占30%的份額；l電磁流量計使用法拉第電磁定律（1831）當一導電體經過磁場并切割磁力線，就會產生感應電動勢，來測量管道中的液體流量。l當流體運動得更快時，會產生更多的電壓。生成的電壓與速度和流量Q成正比。電磁流量計簡介電磁流量計簡介排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐法拉

4、第電磁感應定律vLBUeB=磁場強度磁場強度L=導體長度導體長度v=導體的速度導體的速度部分數據和圖片資料來源：部分數據和圖片資料來源：E+HUt電化學的干擾電壓信號地點：倫敦滑鐵盧橋磁場磁場l地球磁場流體流體l泰晤士河水電磁流量計的發展沿革電磁流量計的發展沿革排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐資料來源：資料來源：E+Hl1831年，英國物理學家邁克爾法拉第（Michael Faraday）發現了電磁感應現象；l1833年，法拉第原理的第一次現場試驗；l1941年，美國神父Bonaventura Thrlemann（博納文圖拉圖勒曼）研究了基于

5、法拉第電磁感應定律來測量流量的可能性n生辰時間：19091997；n瑞士英格堡修道院的物理和數學教師；n1941年開始研究基于法拉第電磁感應定律來測量流量的可能性；n他沒有從電磁流量計的發明中索取任何好處。l1952 年，荷蘭Tobinmete公司生產了第一臺商用電磁流量計；l1977年，瑞士Endress+Hauser公司誕生并開始生產電磁流量計；l1980 年，世界上第一臺一體化電磁流量計，Magpac，誕生；l1981年，世界上第一臺具有自動零點校正的高精度的電磁流量計，Autozero 2000，誕生；l1987年，世界上第一臺兩線制的電磁流量計，Eximag，誕生；l1984年，En

6、dress+Hauser 引進第一臺用于商業用途的微處理器電磁流量計；l2021年，Endress+Hauser累計生產和銷售電磁流量計達3,000,000臺。排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐缺點：缺點：只適合電導率5 S/cm的液體；電極上的隔離涂層會引起測量誤差；系統運行中無法安裝；設備重；安裝費用高，無法帶水安裝；最小測量流速約0.5 m/s；通常僅用于滿管。電磁流量計的優點和缺點電磁流量計的優點和缺點優點：優點：用于污水和清水；無阻礙；高精度測量。部分資料來源：部分資料來源：E+H和和NIVUSAbstand(DN)1 Pfad2 P

7、fade4 Pfade3xDN5%2%1,5%Abstand(DN)1 Pfad2 Pfade4 Pfade3xDN5%2%1,5%5xDN3%1,5%1%10 xDN1,5%1%1%Abstand(DN)1 Pfad2 Pfade4 Pfade3xDN5%2%1,5%5xDN3%1,5%1%Distance(DN)1 Path2 Paths4 Paths3xDN5%2%1.5%5xDN3%1.5%1%10 xDN1.5%1%1%自 50 xDN1.5%1%1%VminVmaxResults from numerical simulations project British Standard

8、,2013).Errors without sensor mountingDNDNl雷諾數直接影響電磁流量計的測量精度；雷諾數直接影響電磁流量計的測量精度；l如果要求高精度測量，需要保證足夠的前后平直段長度。如果要求高精度測量，需要保證足夠的前后平直段長度?？赡艿臏y量誤差來源：平直段可能的測量誤差來源：平直段 vs 雷諾數雷諾數排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐部分資料來源：部分資料來源：NIVUSl生物膜或結垢積累達到了臨界水平，導致測量誤差；生物膜或結垢積累達到了臨界水平，導致測量誤差；l生物膜或結垢黏附導致生物膜或結垢黏附導致管徑減小管徑

9、減小，造成額外的，造成額外的壓力損失壓力損失。這反過來又會導致能量損失，從而導致。這反過來又會導致能量損失，從而導致運營成本增加。運營成本增加?？赡艿臏y量誤差來源：生物膜和結垢可能的測量誤差來源：生物膜和結垢排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐部分資料來源：部分資料來源：E+H測量電極參考電極測量電極EPD 電極2x測量電極；1x物理空管檢測電極；1x接地電極；實體電極確保測量穩定。擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標

10、、安裝方式現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標、安裝方式排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項目錄目錄排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準電磁流量計需要定期校準準（根據重要程度，1-2年校準1次），主要方法有：l管徑管徑DN300，拆卸后離線校準；l管徑管徑DN300，在線校準；住建部行標CJ/T 364-2011管道式電磁流量計在線校準要求【給

11、水行業】，規定采用：（1）標準表法：外夾式超聲波時差法流量計，定量測量；（2）電參數法：確定電參數測量與流量測量值之間的函數關系，定性測量；（3）零點漂移法：定性測量?，F行電磁流量計在線校準方法現行電磁流量計在線校準方法外夾式超聲波時差法流量計排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐在線校準解決了：l使用中的大口徑電磁流量計拆卸困難、不可停運等原因，很難拆下送檢；l很大一部分大口徑電磁流量計由于現場安裝使用不規范、內壁微生物膜等給流量計量帶來的附加誤差也無法通過送檢而獲得。在線校準是解決這些難題的首選方案。存在的問題存在的問題：l拆卸校準：u工作量大

12、，需要停工停水，對系統運行影響大；u無法檢測因為安裝等問題導致的附加誤差；l現有現場校準方法：u外夾式超聲波時差法流量計不適用排水系統；排水系統中的雜質大大降低其測量精度；u污水中雜質多、管壁微生物和結垢覆膜等會增加測量誤差，具有較強的不確定性，電參數法和電磁流量計零點漂移法不適合排水行業電磁流量計的校準?，F行電磁流量計在線校準方法存在的問題現行電磁流量計在線校準方法存在的問題如何解決排水系統電磁流量計在線校準的難題？l安裝簡單；l使用方便；l經濟成本低；l無需停機操作。l使用場景苛刻使用場景苛刻：管道內徑、管道壁厚、管道材質、襯里材質和厚度、測量介質類型、介質溫度等參數均有一定要求且需要現場

13、實測；l精度低精度低：大部分便攜式外夾式超聲波流量計的測量精度往往還不及待校準的電磁流量計的測量精度，相當于是在使使用低精度儀表去校準高精度用低精度儀表去校準高精度儀表儀表。外夾式超聲波時差法流量計的優缺點排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐l互相關流量計，互相關流量計，可用于高精度的流量測量；可用于高精度的流量測量；l由由NivuFlow變送器直接測量和顯示過流斷面的流量剖面，并提供變送器直接測量和顯示過流斷面的流量剖面，并提供16層流速分布圖。層流速分布圖。流量傳感器像超聲波相機一樣工作：流量傳感器像超聲波相機一樣工作：l記錄超聲波束內的水平

14、和垂直方向多個粒子，如同記錄超聲波束內的水平和垂直方向多個粒子，如同測量測量“顆粒云顆粒云”，并在幾毫秒內對顆粒進行相互比較；，并在幾毫秒內對顆粒進行相互比較；l流量流量/流速測量值的刷新速度為流速測量值的刷新速度為1-2s；l數據存儲間隔為數據存儲間隔為30s至至1hr，自由選擇；，自由選擇；l測量實際流速，無需校準，具有最高的測量精度。測量實際流速，無需校準，具有最高的測量精度?！俺暡ㄏ鄼C超聲波相機”兩個相似圖像模式的比較兩個相似圖像模式的比較互相關流量剖面的原始圖像互相關流量剖面的原始圖像電磁流量計在線校準方法：互相關流量計電磁流量計在線校準方法：互相關流量計排水用電磁流量計在線校準的

15、原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐部分資料來源：部分資料來源：NIVUS互相關流量計：互相關流量計：3D流速剖面流速剖面“超聲波相機超聲波相機”兩個相似圖像模式的比較兩個相似圖像模式的比較測量值的刷新速度為測量值的刷新速度為1-2s以毫秒毫秒為單位的超聲波斷面圖像取樣和比較！電磁流量計在線校準方法：插入式互相關電磁流量計在線校準方法：插入式互相關插入式互相關流量計插入深度僅12mm排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐超聲波互相關流量計的測量精度驗證超聲波互相關流量計的測量精度驗證排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排

16、水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐l互相關流量計在瑞士聯邦計量研究所（METAS）的牽引水槽（tow tank）驗證了其高精度；l同步進行CFD模擬對比。請注意，電磁流量計的測量精度是在清水條件下校核；此試驗是在渾水條件下進行的校核。電磁流量計在線校準：超聲波互相關法電磁流量計在線校準：超聲波互相關法排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐在嘉興水務集團聯合污水公司3XDN1800和和1XDN2000電磁流量計電磁流量計在線校準的實踐；嘉興市中心城區51套電磁流量計套電磁流量計在線校準的實踐；上海排水行業協會團標T/SWARTA 003 202

17、3排水用電磁流量計在線校準技術規程 超聲波互相關法，2024年3月1日實施。流量測量視角下的排水系統數字化解決方案流量測量視角下的排水系統數字化解決方案l電磁流量計vs互相關：1xDN800電磁流量計+6x法蘭+2x閥門=1355 kg vs 1x插入式互相關=7kg；l插入式互相關流量計基本解決電磁流量計在線校準的難題，兼具安裝和維護的便利性；l一次性安裝后，后續進行在線校準時無需再開孔。插入式超聲波互相關法的安裝現場插入式超聲波互相關法的安裝現場擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室現行在線校準方法和存在問題

18、、解決思路和上海團標、安裝方式現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標、安裝方式排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項目錄目錄排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準l九江某污水廠生化池進口電磁流量計與插入式互相關流量計同步比對；l2022年9月21日至10月10日總累計流量（20天），兩者的偏差0.24%；l瞬時流量趨勢幾乎完全一致。應用案例：插入式互

19、相關流量計應用案例：插入式互相關流量計vs電磁流量計電磁流量計排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐應用案例：某污水廠過程流量計（應用案例：某污水廠過程流量計（60萬萬m3/d）排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐電磁流量計相比于互相關流量計的偏差為18.17%（No.1）DN2000電磁流量計的校準平均偏差降低為0.2%（No.2）DN1800電磁流量計的校準經過比對，發現：兩者的測量趨勢不一致；偏差達到-22.45%。業主表示該電磁流量計本身有問題，將聯系電磁流量計廠家，根據互相關流量計數據進行調

20、試。流量測量視角下的排水系統數字化解決方案流量測量視角下的排水系統數字化解決方案應用案例：某城市應用案例：某城市51套電磁流量計在線校準套電磁流量計在線校準擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室擴展和后續問題：帶壓非滿管在線校準、數據溯源、排水流量試驗室現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標、安裝方式現行在線校準方法和存在問題、解決思路和上海團標、安裝方式排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項排水用流量計的分類、測量原理、發展沿革、優缺點和使用注意事項目錄目錄排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐

21、應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準應用案例：泵站電磁流量計校準、污水廠進水和過程流量計校準排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐應用擴展：某深隧泵站帶壓非滿管流量校準應用擴展：某深隧泵站帶壓非滿管流量校準某深隧尾端泵站電磁流量計不準；現場判斷為帶壓非滿管；難點是（1）過流斷面的平均流速和（2）帶壓情況下的液位測量。采用插入式互相關流量計+壓力插入式互相關流量計+壓力傳感器傳感器的組合測量；或者插入式插入式互相關流量計+超聲波液位計互相關流量計+超聲波液位計的組合測量。某深隧尾端泵站現場比測（某市城市排水有限公司組織實施）此EX

22、CEL表為某市城市排水有限公司對廣州深隧尾端泵站安裝的電磁流量計、插入式互相關流量計與根據圖紙計算的排水量（體積法）的比對結果。根據此比較結果，不考慮（不考慮（1）圖紙尺寸與現）圖紙尺寸與現場實際尺寸的偏差，（場實際尺寸的偏差，（2）豎井內樓梯占據體）豎井內樓梯占據體積，和（積，和（3）豎井液位測量精度的影響情況下）豎井液位測量精度的影響情況下，電磁流量計與計算排水體積偏差率為+10.6%，插入式互相關流量計與計算排水體積偏差率為-2.91%。結論：本次測試認為能保證滿管狀態時，電磁流量計仍可繼續使用；但因現場運行時多數工況不能保證滿管，所以需增加互相關流需增加互相關流量計以保證排水流量數據準

23、確量計以保證排水流量數據準確。應用擴展：某污水廠進出水量平衡應用擴展：某污水廠進出水量平衡國內某污水處理廠進出水水量平衡測試國內某污水處理廠進出水水量平衡測試l總出水管處流場復雜，流場情況并非處于理想狀態；l原來進出水水量偏差40%以上，經過插入式互相關測量，降低至9%左右；l插入式互相關流量計除了可以對排水系統電磁流量計定期進行在線校準之外，也可以作為電磁流量計的備份使用，甚至某些場景可以取代電磁流量計進行流量測量。排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水度量衡和量值溯源基礎：排水流量試驗室排水度量衡和量值溯源基礎：排水流量試驗室l國內現有水流

24、量試驗室測量介質大部分為清水，少部分為清水或含泥砂水（泥砂比重遠高于污水）；l排水系統存在滿管和非滿管，測量介質為清水和渾水乃至回流污泥（懸浮物濃度達到1萬mg/L），密度和運動黏度偏大；l流量測量數據是流量計研發的最重要基礎，沒有好的流量試驗室就不會有好的流量計；l目前國內尚無專業的排水流量試驗室。排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐圖片來源：德國圖片來源：德國NIVUS歐洲先進排水流量試驗室歐洲先進排水流量試驗室后續問題和結語后續問題和結語電磁流量計是排水行業的數據底座和基石；受設備自身測量質量、安裝條件、管道內壁微生物膜或結垢的影響，電磁流

25、量計需要定期校準；和離線校準相比，在線校準考慮了安裝條件、內壁污染等因素，更尤其價值；定期在線校準，與電磁流量計的自診斷、自校驗和自監測結合，是下一步的可能方向；帶壓非滿管條件下的電磁流量計的在線校準及其標準；排水用電磁流量計在線校準技術規程 超聲波互相關法僅是團體標準，尚缺乏數據溯源的標準和手段；類似標準如何到計量體系的認可，作為計量和收費的標準；排水行業尚無專業的流量試驗室，造成度量衡標準缺失（包括無法在渾水條件下校驗電磁流量計），導致量值溯源缺乏手段；排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐排水用電磁流量計在線校準的原理、方法和實踐我們呼吁，從標準、排水流量試驗室等多方面入手，系統解決排水用電磁流量計在線校準的難題，為排水行業數字化和智能化發展提供技術支撐和保障。