大落差自流管道输水系统流量测量设计

　　引用河流、水库水资源,利用地理位置高度落差,使水自流到市政水厂、工矿企业,都要对水进行精确计量以便于计算水费进行贸易交接。大落差管道自流输水系统因管道内流体状态的复杂性,一直以来不好解决流量计量问题,因为现有的绝大多数流量计不能适合工况要求。笔者经过多年研究试图寻找一种可直接使用的流量计,请教过诸如横河、爱默生、西门子、ABB等国际著名仪表厂商以及国内一些设计院专家,都得不到肯定的答复。互联网上也见到很多网友提出类似的问题及选择寻求合适的流量仪表,但没见到有十分可行的答复,可见设计一种可行的解决方案,是十分必要的。

　　1　大落差自流管道输水系统的流量特点

　　大落差自流管道输水系统,一般是卖方在最高端建一个大水池,比如天然水池、人工水库、水泵提水蓄水池等,水从大水池内自流直接进入长距离输水管道或先通过明渠再进入长距离输水主管道,买方在主管道下游合适位置通过分支取水,一个分支可能有一家或数家取水,一般存在着如下共同特点:

　　(1)水质较差,水内混有大量泥沙、树叶、树枝,尤其是在输水系统最高地段有长距离明渠存在时,这种情况最严重。

　　(2)输水系统呈树状分布,一根干管或一根支管可能有几家用水单位同时用水,各家用水时间段、用水量大小、地理位置海拔高度不一样。

　　(3)供水单位为避免长距离输水管超压爆管或者长距离输水明渠溢流,一般是间断地从蓄水池放水;用水单位也不可能一直用水,不可能一直恒定量用水,在流量不是长距离管道能够通过的最大流量情况下,自流过程中管道内可能长时间存在半管情况或气液两相流情况。

　　(4)上下游落差大,大气压虹吸现象作用力较强。所以在开始送水和停止送水阶段相当一段时间内,管道内是气流,随后是气液两相流。

　　(5)用水单位每年用水量大,计量准确度影响供需双方很大的经济利益, 1%的误差可能造成几十万几百万的水费误差。

　　2　现有流量计在多相流流量测量中存在问题的分析

　　2·1　水表[1]

　　水表是水行业使用量最大、最经济的在线计量仪表,目前国产大口径水表品种、质量可以满足大多数用户的需要,以宁波水表股份有限公司为龙头的水表产品,有以LXLC型为主导、LXS型和LXL型为辅助的2000年以前的产品,也有2000年起引进、开发的WS型垂直螺翼式水表、WPD型宽量程水平螺翼式水表、LXF型超高量程比复式水表等新产品。这些产品各有优点,适合于不同条件的管网使用。水表的计量精度较低,新表示值误差:从包括最小流量至不包括分界流量的低区:±5%。从包括分界流量至包括最大流量的高区:±2%。但是,实际使用中,计量误差不可能在±5%范围之内,实验证实大多在±20%以上,有的甚至大到30%、40%、50%[1]。如果水质较差,水表内结垢、杂物沉积后,水表会逐步偏快,高于设计流速的水流切向冲击叶轮,加速叶轮旋转,水表偏正。使用几年的水表,偏快10%~80%是正常现象,堵住过滤网孔,可使水表偏快5%,堵住叶轮盒进水孔,可使水表偏快200%①[2]。