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夹马口泵站电磁流量计的不稳定性原因探索及造成的后果

来源:作者:发表时间:2017-09-01 09:29:25

        【摘要】本文介绍了夹马口灌区概况和内部管理情况,指出了夹马口泵站电磁流量计的不稳定性问题及造成的后果。并从流量计的工作原理入手,定性地分析了生产实际中发生的不正常现象;从理论计算角度,量化分析了流量计误差率对应的水体含气率,说明了流量计的稳定性对水体含气率十分敏感。通过对比泉杜泵站前池和进水池结构,查找夹马口泵站干扰流量计稳定性的因素,得出了流量计的误差率是随着前池泥沙淤积高度而增大的结论,并提出了相应的处置措施。

 
1灌区概况
        运城市夹马口引黄管理局下辖夹马口、小樊、泉杜三个灌区,水源统一由吴王泵站提供。夹马口灌区由夹马口泵站供水,泉杜泵站在夹马口灌区一级干渠23+300处取水供给泉杜灌区,小樊灌区自成体系。1998年以来,管理局对灌区管理体制、经营机制进行了改革和创新,围绕“农民增收、工程发展、职工受益”的“三赢”管理目标,实行“事企”分开。按照“水”的商品属性和流程,实行“泵站生产水、灌区销售水、农户消费水”的市场化运作模式,形成了“模拟法人主体化、独立核算企业化、层层买卖市场化、规范服务公开化”的管理模式。
 
        夹马口干渠站与夹马口泵站、泉杜泵站、支渠、干斗等在内部管理中属于买卖关系,即夹马口泵站生产的“水商品”经大爆奖线上娱乐电磁流量计批发给夹马口干渠站,干渠站经管道电磁流量计趸售给泉杜泵站,经巴歇尔量水槽趸售给各支渠,经无喉道量水槽趸售给各干斗,最终由干斗、支斗将“水商品”零售给农户。管理局对所辖泵站根据单耗(即单方水耗电量)指标进行奖罚考核,对干渠、支渠按千吨·公里损失(即每千吨水每运行1公里所损失的水量,相对干渠渠道水利用系数更科学,二者间可相互运算转化)指标考核,对斗渠水量全额计费。
 
2存在的问题
        2009年夏浇,夹马口泵站与夹马口干渠站水量交接方式由人工流速仪测流变革为插入电磁流量计计量。
 
        流量计投入运行以后,给交接双方管理者的总体印象是稳定性特别差、误差特别大。2010年12月9~10日用流速仪校核的流量为2.0m3/s,而流量计却平均偏大0.533m3/s,造成干渠站千吨·公里损失指标严重亏损。通过对2009年夏浇至2011年春浇年灌溉运行数据进行比较分析,初步摸索出了以下规律:千吨·公里损失指标正常时,干渠站和夹马口泵站双赢;指标浮动时,干渠站持平或亏损,夹马口泵站亏损;指标失实时,干渠站严重亏损,夹马口泵站单耗指标低于理论值范围。
 
        流量计运行的不稳定性完全打破了内部管理平衡,造成管理指标严重失真,严重干扰了内部的正常管理秩序和管理方向。尤其是干渠站因水量无故亏损而受罚,挫伤了职工的积极性和创造性。
 
3问题剖析
3.1流量计工作原理
        流量计安装于水泵出口的钢制管件上,数字仪表置于调度值班室的仪表柜中;二者间用数据线连接,将流量计的流速信息传输到仪表,并计算、显示相关运行数据。其工作原理是:将泵站压力输水管道的直径参数输入仪表计算出过水断面面积,电磁场扫描通过流量计断面的瞬时流速,仪表据此显示水泵机组的瞬时流量和累计水量值。
 
3.2问题分析
        由流量计的工作原理可知:当管道中通过的流体全部为水时,仪表的显示是准确无误的,对应的千吨·公里损失指标正常;当水体中夹杂少量气体时,机组由于气蚀而效率下降,表现为泵站单耗上升、千吨·公里损失指标浮动;当含气量大到一定的程度时,机组由于做功少而单耗下降,对应的千吨·公里损失指标则失实。
 
3.3误差计算
        根据经验总结,当水中混有1%空气时,水泵效率下降5%~15%,当混入10%时,水泵就不能工作了。管道中水和气的运行情况是十分复杂的,只能通过纯物理理论来进行粗浅的分析和计算,计算的结果可以说明生产实际中发生的问题,下面以2011年6月22日的运行数据为例计算如下。
 
3.3.1运行参数
        夹马口泵站运行机组7台,单机流量1.110m3/s,日提水量737958m3,当日单耗0.275kW·h/m3;干渠站当日千吨·公里损失10.3841m3,按指标7m3核算日亏损40540m3。
 
3.3.2含气率1%的水量误差
        a.体积误差。假设水中含气率为1%,则过水断面面积、流量、水量即误差1%。
        b.物理误差。以当日运行的6号管道的平均流量Q=4.439m3/s、1400管道面积A=1.539m2计算,管道中水平均流速v流量计=2.884m/s。
 
        由牛顿第二定律F=ma=Vρa可知,将压力输水管道中水和气的作用力F和微小颗粒的体积V视为相等,则加速度a的大小由水和气的密度ρ决定,由资料可查得在0.7MPa绝对压力(夹马口泵站扬程为70m)下常温ρ气=8.1837kg/m3、ρ水=1000kg/m3,则a气=a气公式
 
        由匀速直线运动公式vt=v0+at可知,假设水和气经叶轮加压后在水泵出口的起始速度相等且为零,则公式2,由此流量计测得的管道中水平均流速v流量计=2.884=v水×99%+122v水×1%,解得水体实际流速v水=1.305m/s,仅占v流量计的45.25%。
 
        c.合计误差。因45.25%×99%=44.80%,则误差率为55.20%。按2011年6月22日水量折算,多计水量为737958×55.20%=407353m3。
 
3.3.3以当日亏损水量折算水体含气率
        折算的误差率为40540/737958=5.49%。由此可知,体积误差很小,可忽略以方便计算,则
        公式3
        设水体含气率为x,则v水(1-x)+v气x=v流量计,即2.726(1-x)+122×2.726x=2.884,解得x=0.00048=0.48‰。
 
3.3.4结果说明
        a.在1%含气率的假定下,理论计算的误差率55.20%即为水泵效率的下降值,是经验值5%~15%最大值的近4倍,恰恰证明了泵体和管路中水和气运动状态的复杂性,单单依靠理论计算是不能完全解释清楚的。
        b.以2011年6月22日运行数据算得的水体含气率0.48‰,虽然不是十分准确,但能证明电磁流量计的稳定性对水体含气率十分敏感。
 
4 干扰因素
4. 1 进水池拦污栅
        从实际运行效果来看,泉杜泵站安装的管道电磁流量计的稳定性远远好于夹马口泵站的大爆奖线上娱乐电磁流量计
 
        泉杜泵站前池结构按设计对称布置,且设有隔墩;夹马口泵站经 1998 年增容改造,前池基于原开放结构在右侧增加了两台机组,非对称布置,因此泉杜泵站前池及进水池水的流态要好于夹马口泵站。根本的区别在于拦污栅的布置。泉杜泵站在取水口和前池进口设有两道拦污栅,对进水池水的流态没有干扰;夹马口泵站原设有进水闸、前池进口和水泵进口(管口焊有铁箅子)三道拦污栅,2000 年在进水闸安装了捞污机,取消了前池和水泵进口的拦污栅,增设了进水池拦污栅(见下图),其结构虽优于原铁箅子拦污,但严重扰乱了进水池中水的流态,使水体含气率急剧上升,进而影响水泵的效率和流量计的稳定性。具体的因素有以下两点:
夹马口泵站进水池结构图 (单位尺寸:cm; 高程:m)
a. 栅前污物堵塞,减小了进水池过水断面面积,流水不畅,进水池中易进气;污物量与进气量成正增长关系。
 
b. 栅前污物堵塞,造成栅前泥沙淤积逐年上升,
        目前已达 4m 高,人为将进水池变为集水井;当淤积达到一定高度时,进水池的进水量满足不了水泵抽水量时,机组便不能正常运行;栅前淤积高度与进气量成正增长关系。
4. 2 前池泥沙淤积
        由于进水池拦污栅人为抬高了前池的泥沙淤积,因此在机组轮换时,尤其是在轮换不同管路中的机组时,水流要改道形成新的冲沟,流态紊乱造成水体含气率突增,流量计的稳定性即刻改变;流量愈大整流时间愈短,流量愈小流量计恢复得愈慢。
4. 3 机组的运行工况
        机组的进气量同样会影响流量计的稳定性,因此要对机组及时进行维护和保养,避免水泵效率下滑和失稳。
 
5 结论
        a. 前池泥沙淤积高度影响着进水池中水的流态,决定着水体含气率,进而干扰了流量计的稳定性,并且流量计的误差率是随前池泥沙淤积高度而增大的,这个因素是根本性、持续性和长期性的;机组轮换和维护因素具有一定的时效性,排除了则无影响。
        b. 基于夹马口泵站进水池目前的结构,一个周期内,前池泥沙淤积高度保持不变,流量计相对是稳定的;小流量运行,前池淤积上升,流量计误差增大,大流量时则相对减小。前池淤积高度总体是抬升趋势,因此应定期用流速仪对流量计进行校核,或通过实际运行数据调整流量计仪表系数,保持内部管理和水量交接的平衡和稳定。
        c. 拆除进水池拦污栅是根本措施,为了保证拦污效果,可增设前池进口拦污栅。