梯形流量槽在污水流量精确计量中的应用

梯形流量槽在污水流量精确计量中的应用韩勇王欢欢(1北京谊诚嘉禾工程技术有限公司，北京100067；2北京城市排水集团有限责任公司，北京100044)摘要梯形流量槽可与超声波流量计组成一种针对圆形暗渠污水流量进行精确计量的系统。北京奔驰戴姆勒·克莱斯勒亦庄工厂为配合环保验收及日常排污流量监控需求，在厂区4个排水口设置了该系统，并通过远传系统对流量进行实时监测。主要对于系统选型、设计方案以及施工中的具体做法加以分析。关键词市政污水管道污水流量精确计量圆形暗渠梯形流量槽超声波流量计1工程概况北京奔驰戴姆勒·克莱斯勒汽车有限公司位于北京亦庄经济开发区，一期建筑面积21万m2已经建成，二期77万1TI。尚未开工，但厂区占地范围内小市政管线建设基本到位，总排水口共7处，其中厂区东侧4个排水口，2处使用，2处预留；厂区西侧3个排水口，2处使用，1处预留，所有排水口污水均流人市政污水管。为满足厂区环保验收及自身日常排污流量监控要求，工程共计安装4处梯形流量槽，对排水口的污水流量进行计量监测。管道为PE材质，DN400直径，管道较新。本工程于2008年8月分别通过业主方及北京市环保局的验收，正常使用运行至今，取得了非常好的效果。2流量计量系统设计2．1选型由于城市和工厂的排水系统绝大部分为圆形、重力出流，无法使用测定圆形压力满管流的面积式流量计、差压式流量计以及电磁流量计等。业主在选型之初考察对比了大量的国内外关于污水计量的方法。首先考虑的是坡度法进行计量，这是目前比较常用的测量圆形暗渠大致流量的方法。坡度一过水面积测量法根据已知管道的坡度、管壁粗糙度等，用非接触式流量计测量出管道中重力流的水位高度，然后利用计算公式算出流量值。但是这种测量方法由于管道坡度、管壁粗糙系数、管道施工的不确定性，以及管道内杂物淤积堵塞管道等原因，使得采用这种测量方法得出的流量值存在较大误差，此方法只能作为非精确污水计量使用。本工程中没有选取此方法。其次业主方又考虑是否能使用堰式或巴歇尔流槽式流量计安装至井内管道中，但这些方法较适用于具有矩形的水流断面，不适用于污水圆形暗渠流量的测量，最终也没有选取。为解决圆形暗渠流量的连续测定，最终采用梯形流量槽(见图1)结合超声波流量计组成的系统。其流量计算原理是：圆形断面收缩成倒梯形喉道，喉道部产生射流，测量上游侧水位h，求取流量Q，见式(1)。Q—K(1)式中一流量，I／s；K——修正系数；h——水位，通过梯形流量槽中部测流段的液位高度，cm；B一一相关系数。图1梯彤流量槽上述K，B根据不同的管径有相应不同的系数，可通过计算公式手册查询。梯形流量槽已获得国家专利，对不同的管径都有对应的型号，适用管径的范围为250-2200rnm。其精度在1～3，完全满足污水流量精确计量的要求。由于采用了科学的设计方法，使得其水位高度给水排水Vo1．36No．62010103与流量关系成为可经适当修正的简单函数关系，比国外类似产品使用牛顿切线法的计算方法大大简化了计算，更便于直接植入流量计中，便于广泛应用。2．2应用条件应用条件包括：①安装槽本体时喉道与进水形成同轴直线。②上游侧至少要有5～10倍槽口径的直线管段。③若下游有阻碍物或涨落潮会形成逆流时，污水圆形暗渠流量槽槽顶高度应高于下游侧水位高度。④梯形流量槽的上游暗渠坡度宜在29／6以下。⑤渠道下游侧水深必须小于上游侧水深的859／6，不能满足条件，测量精度会下降，有时甚至无法测量。⑥保证超声波探头高度高于管道最高水位，以防止影响测量精度。由于本工程小市政的原设计检查井均不是直线井，所以不满足条件②，业主决定新加4座检查井，以满足安装条件，经现场勘查其他条件均满足安装要求。一般，管径600mm以下，污水井不用经任何改造即可安装，超过此标准的可以采用分体组装式结构设计，或在新建管线施工中预留加以解决。3施工3．1新建污水检查井为满足梯形流量槽的安装，在厂区内每个测量排放口最后一座污水井前端直管段部分新建污水检查井一座，除按照设计、施工规范施工以外，值得注意的是，在新建井的过程中，首先要处理好管道混凝土底板的施工，注意不要扰动底层原土，按照设计加强底板配筋以及混凝土标号；其次是在测量点井壁做好防水，这是因为井壁渗漏会导致测量的不准确。3．2槽体安装新建井施工完毕验收后，再将PE管道上部1／2处切割开，直接安装梯形流量槽即可，由于采用了先进的设计，dn400的梯形流量槽和管道匹配度极高，可以直接插入管道5咖，这时大部分水流已经导流至槽体，所以可直接带水作业，用快干高强水泥封堵槽体中间段的梯形两侧，观察一段时间，待水泥全部凝固，梯形流量槽施工完毕后，将超声波流量计探头用不锈钢螺栓固定于梯形流量槽专用探头支架上即可，见图2。3．3流量计设定井下工人测量好零水位(即流量计超声波探头的法兰盘到梯形流量槽中