摘要:市政环保行业正处在数字化转型升级阶段,其目标就是业内一直倡导的智慧水务,但数字化概念的提出在操作层面显得更为明确。流量计作为数字化建设底层信息采集单元,它的选用和应用十分重要。本文对市政环保行业流量计的技术特点进行分析探讨,明确不同工况中流量计选用的适合性,以达到市政环保项目数据可靠、运行稳定及施工方便的效果。另外,在流量计融合数字化通信技术方面,结合国内外工业互联网物联网的应用发展对流量计技术今后的发展趋势提出展望。
在市政环保项目中,流量计是应用广泛的仪表之一。流量是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量，流量计可以根据工况需要给出现场所需的瞬时流量及累计流量。其介质可以为液体和气体。常用流量计可以按原理分为电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、质量流量计、差压流量计及明渠流量计等。目前在市政领域应用是电磁流量计、超声波流量计及明渠流量计。本文简要介绍这几种流量计的原理和使用，上的注意事项。
1电磁流量计
电磁流量计以优异的精度和稳定性,在市政环保领域使用广泛，见图1。它具有耐腐蚀、无阻流部件、双向测量与测量范围广(100:1~1000:1)等特点。其原理为法拉第电磁感应原理,计算公式为:
式中:Um为测量电压产生的和流体流向正交的电磁场;B为测量电压的磁通密度,穿过流体介质并正交于流体流向;V为介质流速;d为测量管道内径;k为比例系数或传感器常数
电磁流量计的精度一般在0.2%~0.5%,要求介质电导率不小于5μS/cm,其原理,见图2。对于市政水处理的的工艺要求，管径范围可以从DN15到DN2200(目前市场最大口径的电磁流量计DN3000,但由于安装成本和实际精度等因素,本文不推荐使用)。
2超声波流量计
超声波流量计分为插人式和外夹式，可测量非导电介质,最大的测量管径可以达到10m(外夹式),见图3。
大多数的超声波流量计的测量基本原理采用时差法，其表达式如下:
插入式超声波具有免维护、不受电磁影响、可带压安装、无需中断流体等特点,在市政管网应用中具有无可比拟的优势,见图4.
3明渠流量计
明渠流量计是测量许多非满水、大流量(或小流量)的仪器,在自然流动的自由水面状态下测量流体的流量
其原理为:利用明渠在特殊堰槽中的液位与流量的线性关系进行流量测量，见图5。
此种方式的测量精度与超声波液位计的精度有直接的关系，最高精度可达到1mm。
4流量计的安装与应用.
4.1流量计在市政环保项目中的应用
目前大体分为3类典型应用:污水厂、净水厂及管网。流量计的选择需要考虑现场的工况与施工要求,现分析如下:新建净水厂、污水厂及管网在安装条件允许的情况下,安装电磁流量计是不错的选择,但在安装中需注意一-些情况。由于电磁流量计的特性,测量介质需满管,如不满足满管条件,请参考图6的建议。
前5后3直管段必须具备(尤其大口径电磁流量计),见图7.
可以缩径(角度α≤8°),但不允许扩径，见图8。
不可测量含气液体，如液体内有气体,需提前做好排气。
接线时需要注意:不可错接、不可漏接、不可有潮气进入,并且一定注意周边的电磁干扰及振动干扰。
供水老旧管网改造或DMA(districtmeasuringarea)流量分区计量项目中,优先选择超声波流量计。城镇老旧供水管网改造或DMA分区计量,需要加入大量流量计进行计量,会遇到供水管网施工难度大、断流影响大的问题。如果此时选用电磁流量计,势必需要破管、停水、安装法兰,而且时间会比较长。这种工况如果采用可带压安装的超声波.流量计,将会最大限度地避免上述情况的发生。
在进行超声波流量计安装的时候,需要注意下面几点:
(1)需要专业的安装团队进行操作,安装的专业与否对插人式超声波流量计的精度影响非常大，见图9。
(2)超声波流量计的安装需要预留足够的空间，见图10。
(3)安装时尽量避开雨季(尤其是南方城市),避免线缆、变送器进水
圆形非满管测量,可以选择可测量圆管的明渠流量计,见图11和图12。
城镇排水管网中的圆形管道是排水管道中数量最多的，而且大部分属于非满管。这一类管道的流量测量一直是水行业中的一个难点。由于该难点的存在,导致市场中出现了大量的概念性的非满管流量计，对于推进此问题的解决提供了众多的可.参考方案。
现在本文推荐一种简单易行且有效的方案:内置圆管测量的明渠流量计。
此类明渠流量计内置了圆管明渠的测量程序，选择好超声波液位探头的安装位置进行安装即可,同时在流量计设置菜单中找到圆管测量并进行相应设置即可。
但此类明渠测量值不可用于贸易交接使用,可以作为参考值进行记录
5流量计的技术发展探讨
5.1无线通信技术
流量测量重要且复杂,近年来与网络技术的结合使流量计的应用更为简便,在人机交互上更丰富。如通过与无线远传技术的结合,流量测量突破了物理距离的限制。工业水监测的场合.目前流量仪表应用在较典型的无线应用有:蓝牙Bluetooth无线HART(WirelessHart).GPRS/CDMA.LoRa和NB-IoT等,其中后者是最近物联网技术进入到工业领域中的应用。但通过不同应用场合或从经济性和实用性等需求考虑.无线和以太局域网LAN技术组合应用.是时下比较流行的通信组合,有着广阔应用前景。
远程诊断和检验为广大用户提供了实时的精度追踪和远程维护的工具。无线通信和互联网的应用在市政流量测量应用中的一个热点应用:即流.量计的远程检验和校验技术与通信技术的结合。
目前国内外流量计的生产厂商都发展出在线流量检验的工具包,简化了市政用户监测流量仪表的应用状况。可以预见，与无线远程技术的结合.对流量精度跟踪到流量计的使用状况评估乃至发展到预先判断故障发生的时间和地点是切实可行的技术必然。态势感知测量或故障预测等系列测量领域的前沿技术也必将为流量计带来更广阔的应用前景。但同时一些基本的应用基础也制约着这些应用的发展,比较典型和突出的问题有数据格式的统一.或者说底层测量单元和监测单元的无缝链接问题。
5.2网络安全
互联网技术的融合赋予用户对流量计及监控系统更多的自主和灵活性。如流量计和相关检测单元的信息上云,这可为使用者突破原有层级限制,信息的获取会更迅捷和扁平化。用户排除故障所花费的成本大为降低,预计今后流量计的数量会越来越多。但网络技术的应用也不可避免地会带来网路安全等问题,特别如前文谈到的区域计量等流量数据其实是属于企业和政府敏感的数据,如何保护信息安全,是市政用户特别是项目决策者关心的问题。
可以预见,新技术的相互结合将大幅度促进流量计的数量增加性能提升和成本降低,而更多的流量数据和相关数据的获得,为流量数据的充分挖掘利用提供可能。供职的企业为许多工业领域提供过纵深防御和安全隔离的工业网络安全的解决方案。为市政工业网络安全系统架构可以结合本行业技术特点,再借鉴其它工业领域的网络安全技术,迅速建立起市政工业数字化网络解决方案
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