摘要:為了保證凍結(jié)工程的實(shí)際效果，采用電磁流量計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鹽水流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。闡述了電磁流量計(jì)的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn),明確了安裝技術(shù)要求以及誤差消除措施。
0引言
在凍結(jié)工程中，為保證凍結(jié)壁均勻發(fā)展,要求各凍結(jié)孔鹽水流量均衡。在井筒凍結(jié)工程中,普遍具有孔數(shù)少、孔深長且統(tǒng)一的特點(diǎn),通常都是進(jìn)行單孔鹽水循環(huán)。由于各孔深度一致,在鹽水干管中安裝電磁流量計(jì)以監(jiān)測(cè)鹽水總流量，采用串接機(jī)械水表的方式測(cè)量單孔流量,在凍結(jié)孔回水管上安設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)，根據(jù)各孔回水溫度的高低對(duì)比，來判斷單孔鹽水流量是否均衡。然而，鹽水流量變化時(shí),回水溫度往往滯后反應(yīng)，而機(jī)械水表會(huì)影響鹽水的正常流動(dòng),只能作為臨時(shí)測(cè)量手段:?。
隨著人工凍結(jié)技術(shù)越來越多的應(yīng)用于大型地鐵隧道施工，凍結(jié)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)孔數(shù)多、孔深短且長短不一的趨勢(shì),并且通常會(huì)將幾個(gè)凍結(jié)孔串連成組進(jìn)行鹽水循環(huán),由于各組凍.結(jié)孔總延米數(shù)很難保持一-致，往往需要對(duì)各組流量進(jìn)行平衡調(diào)整。在市政凍結(jié)工程中,除了鹽水干管,還需要在分組凍結(jié)孔管路中安裝電磁流量計(jì)，以對(duì)分組鹽水流量進(jìn)行持續(xù)的正確監(jiān)測(cè)。
本文對(duì)電磁流量計(jì)在市政凍結(jié)工程分組鹽水流量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用,結(jié)合電磁流量計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn),明確了安裝技術(shù)要求，并在某地鐵隧道橫通道凍結(jié)加固工程中成功應(yīng)用。
1電磁流量計(jì)
1.1電磁流量計(jì)的測(cè)量原理
電磁流量計(jì)是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律而制成(見圖1),即:將流體作為一種導(dǎo)電體,導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),切割磁力線從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小又和液體.的流量大小成正比，可以通過測(cè)量電動(dòng)勢(shì)變化來反映管道內(nèi)液體流量的變化。
1.2電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)
電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)包含傳感器和轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分(見圖2),傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量管道中流體的瞬時(shí)流量,并將所測(cè)流量的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)輸送到轉(zhuǎn)換器中。轉(zhuǎn)換器則負(fù)責(zé)將接收到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)放大,并轉(zhuǎn)換成實(shí)際流量值進(jìn)行顯示，還可以輸出4mA~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或RS485信號(hào)，實(shí)現(xiàn)管道流量的遠(yuǎn)距離自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。
1.3電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
電磁流量計(jì)具有如下主要特點(diǎn):
1)結(jié)構(gòu)簡單,傳感器內(nèi)無阻流部件,管道壓力損失小，對(duì)所測(cè)液體的流動(dòng)干擾小。
2)測(cè)量結(jié)果不受所測(cè)管道內(nèi)液體的溫度、密度、壓力和粘度的影響，工作可靠,而且有較高的測(cè)量精度。
3)無機(jī)械慣性,反應(yīng)靈敏,可以測(cè)量流體的瞬時(shí)脈動(dòng)流量，有較好的線性,可以將所測(cè)電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，通常有一體顯示與分體顯示兩種模式，可滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景。
4)根據(jù)所測(cè)液體切割磁力線方向的不同，電磁流量計(jì)可以測(cè)量流體的正反向流量值。
5)量程范圍較大，量程比高達(dá)1:100,測(cè)量結(jié)果只與所測(cè)流體的平均流速有關(guān),而與軸對(duì)稱分布下的紊流或?qū)恿鳡顟B(tài)無關(guān)。
6)傳感器內(nèi)沒有可動(dòng)部件,選擇合理的材料制作與所測(cè)液體有直接接觸的襯里和電極,即可達(dá)到很好的耐磨損、耐腐蝕要求。.
2電磁流量計(jì)的安裝要求
為保證電磁流量計(jì)測(cè)量的正確率,安裝時(shí)應(yīng)滿足以下要求:
1)電磁流量計(jì)公稱通徑應(yīng)與所測(cè)鹽水管道的管徑大小一致，當(dāng)傳感器口徑小于鹽水管道時(shí),必須在傳感器前后加接異徑管。
2)由于鹽水(氯化鈣溶液)具有腐蝕性,電磁流量計(jì)應(yīng).選配耐腐蝕性良好的傳感器襯里和電極。
3)安裝時(shí)應(yīng)保證鹽水流動(dòng)方向與殼體所標(biāo)流動(dòng)方向一致，若發(fā)現(xiàn)兩者不一致時(shí)，應(yīng)調(diào)整傳感器的安裝方向,或者修改轉(zhuǎn)換器中關(guān)于液體流動(dòng)方向的設(shè)置。
4)為防止氯化鈣結(jié)晶及其他雜質(zhì)沉積，安裝位置應(yīng)避開鹽水管道最低處。
5)為防止因?yàn)閭鞲衅鲀?nèi)液體不滿管而產(chǎn)生測(cè)量誤差,安裝位置應(yīng)避開鹽水管道最高處、鹽水泵吸水口、鹽水管出水口及向下流動(dòng)的管道等易產(chǎn)生空管現(xiàn)象的地方。
6)為保證通過電磁流量計(jì)的鹽水流動(dòng)平穩(wěn),傳感器安裝位置前后直管段長度要求如下:進(jìn)水端直管段大于5倍管道內(nèi)徑,出水端直管段大于3倍管道內(nèi)徑,從電極軸線開始測(cè)量。
7)為保證測(cè)量精度,安裝時(shí)應(yīng)保證電磁流量計(jì)的電極軸線近似在水平方向。
8)為避免因電磁干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差,應(yīng)將傳感器與轉(zhuǎn)換器的接地極進(jìn)行可靠接地，要求接地電阻值小于10Q。
9)為防止安裝期間損壞電磁流量計(jì),搬運(yùn)過程中應(yīng)避免傳感器內(nèi)襯及轉(zhuǎn)換器受力,安裝鹽水管道時(shí)應(yīng)預(yù)留電磁流量計(jì)的位置，待焊接作業(yè)完成后再安裝電磁流量計(jì)。
10)由于鹽水溫度較低，為防止鹽水管道結(jié)霜越結(jié)越大，影響轉(zhuǎn)換器正常工作,鹽水管道及傳感器外殼應(yīng)進(jìn)行保溫。
11)鹽水管道周邊通常濕度較大，應(yīng)將進(jìn)線口進(jìn)行密封處理，每次開蓋接線或調(diào)整設(shè)置后，應(yīng)檢查密封膠圈是否完好，并將端蓋擰緊，防止因進(jìn)水引起轉(zhuǎn)換器故障。
12)為了避免因鹽水中含有大量氣泡而使電磁流量計(jì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，可以采取以下措施:a.往鹽水中加入適量的有機(jī)硅消泡劑，可以有效消除鹽水中的氣泡;b.將鹽水箱液.位維持在較高位置,也能減小因鹽水泵吸水而導(dǎo)致的吸氣現(xiàn)象;c.在鹽水管路最高處安裝放氣閥,定期排放管道中積聚的空氣。
3工程應(yīng)用
3.1工程概況
某地鐵隧道橫通道凍結(jié)工程共設(shè)計(jì)凍結(jié)孔438個(gè)，單孔深度1.8m~52.3m,共分成90組,單組總延米數(shù)9.1m~298.8m,設(shè)計(jì)要求單孔流量不小于5m3/h,各組延米數(shù)差異較大,流量不均的問題比較突出,.需要對(duì)各組流量進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，在每組凍結(jié)孔回水管處安裝1臺(tái)電磁流量計(jì),實(shí)際安裝位置見圖3,電磁流量計(jì)主要.技術(shù)參數(shù)如下:
型號(hào):YSDLD-DN50;
公稱通徑:50mm;
額定壓力:1.0MPa;
襯里:四氟;
電極:316L;
供電:DC220V;
精度等級(jí):0.5級(jí);
信號(hào)輸出:RS485。
通過UT6008MT型串口服務(wù)器,將電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器輸出的RS485信號(hào)接入凍結(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了凍結(jié)孔分組鹽水流量的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。
3.2測(cè)量應(yīng)用
2020年3月25日1號(hào)橫通道由于凍結(jié)孔內(nèi)積氣導(dǎo)致右側(cè)第19組流量偏小,采取添加有機(jī)硅消泡劑的措施來消除鹽水中的氣泡,處理過程如下:9:30往1號(hào)鹽水箱中添加10kg消泡劑，10:00開始右側(cè)第19組流量逐步增大,期間流量偶有波動(dòng)，說明孔內(nèi)空氣仍未排凈,次日0:40流量增大速度驟然加快,1:10流量增至最大值10.5m*/h,并在此流量附近保持穩(wěn)定,說明該組氣堵問題已得到解決,7:55將該組流量調(diào)小到5.5m'/h。
處理氣堵問題期間，數(shù)據(jù)庫中間隔10min存儲(chǔ)的右側(cè)第19組及周邊2組凍結(jié)孔鹽水流量變化曲線如圖4所示。
從圖4可以看出，由于處理氣堵問題期間鹽水泵閥門.未進(jìn)行調(diào)節(jié),在右側(cè)第19組凍結(jié)孔流量緩慢增大及調(diào)小的同時(shí)，周邊組凍結(jié)孔的流量呈反向緩慢變化,即鹽水總流量.保持不變。
4結(jié)語
某地鐵隧道橫通道凍結(jié)工程通過應(yīng)用LD-DN50型電磁流量計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)凍結(jié)工程凍結(jié)孔分組流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),其能及時(shí)準(zhǔn)確的反映各孔鹽水流量變化,從而實(shí)現(xiàn)了分組流量的正確調(diào)節(jié)。
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