摘要:城市引水工程通常采用地下開挖隧洞進(jìn)行調(diào)配水資源,而超大口徑流量計作為計量水資源調(diào)配的關(guān)鍵設(shè)備，是施工過程中的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),由于其屬于精密儀器、體積大、重量重且通常安裝在相對狹小的空間內(nèi),不能受到撞擊或者磕碰,因此流量計在安裝方法和工藝要求上比較高,工期及成本也是一個需要考量的因素。在實(shí)際施工中，要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際去選擇更為優(yōu)化的施工方案，根據(jù)對采用汽車吊和龍門吊安裝方法的比較,采用電動葫蘆結(jié)合龍門架的安裝方式在工期、成本、安裝質(zhì)量、操作方式上更具優(yōu)勢,安裝完成后流量計運(yùn)轉(zhuǎn)正常、計量正確,安裝方案適用。
在現(xiàn)代城市不斷擴(kuò)容的大背景下，城市的水資源戰(zhàn)略儲備和調(diào)配越來越重要，地下大型輸水管網(wǎng)作為水資源調(diào)配的重要手段也越來越多。對輸水的實(shí)時流量、累計流量的計量關(guān)乎水資源調(diào)配的成敗，而應(yīng)用超大口徑輸水管線電磁流量計進(jìn)行輸水流量計量檢測已經(jīng)成為常態(tài)化。超大口徑電磁流量計的安裝質(zhì)量直接影響儀表的安全穩(wěn)定運(yùn)行和檢測正確性。為確保儀表運(yùn)行穩(wěn)定可靠、系統(tǒng)計量正確，對儀表安裝工藝、方法、系統(tǒng)抗干擾措施、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)以及關(guān)鍵工序的施工，要進(jìn)行嚴(yán)格的過程控制。
1工程概況
水庫引水工程設(shè)計引水隧道長10km，隧道直徑為DN3600mm，采用鋼筋混凝土內(nèi)襯結(jié)構(gòu),調(diào)配輸水的實(shí)時流量和累積流量數(shù)據(jù)的采集采用SKLD系列電磁流量計。
本工程采用的口徑為DN3400mm的電磁流量計長3.4m、重9t、額定壓強(qiáng)0.6MPa,最大計量量程30000m3/h,安裝深度26m,安裝部件包括流量計及伸縮節(jié)，均安裝在流量計井內(nèi);井口有洞內(nèi)施工用物料提升機(jī)及龍門架一套，龍門架高7.8m,井口為長方形，長7.2m,寬6m;流量計井施工場地地表以荒地為主,地勢較平整,場地寬闊，四面為丘陵坡地環(huán)繞,呈凹字形，無其他建筑物或構(gòu)筑物,無外部干擾因素。
與流量計相連接的兩端隧道設(shè)置漸變段，隧道內(nèi)徑由3600mm縮小為3460mm,內(nèi)襯鋼管，管材選用原設(shè)計DN3400mm壓力鋼管,管壁厚30mm,鋼管為成品加工,兩端鋼管各焊接寬300mmx厚30mm環(huán)向鋼板止水翼環(huán)兩道。
流量計井施工期間作為隧洞開挖及二次襯砌工作井,作為物料設(shè)備進(jìn)出口和人員進(jìn)入口。工作井開挖尺寸為8mx9.2m的豎井,深度30m,井底板高程為黃海高程29.00m,井頂面高程為黃海高程55.00m,壁厚1m。底板、井壁鋼筋防滲混凝土標(biāo)號為C25P8。
2電磁流量計的工作原理和結(jié)構(gòu)組成
電磁流量計測量原理為法拉第電磁感應(yīng)定律。其傳感器部分由線圈、電極和絕緣內(nèi)襯組成，安裝在測量管內(nèi)部，測量管是一種非導(dǎo)磁合金短管。兩只電極沿管道橫向貼著管壁內(nèi)部固定在測量管上。在測量時傳感器中的勵磁線圈通電產(chǎn)生磁場，將在與測量管軸線垂直的方向產(chǎn)生一磁通量密度為B的工作磁場，此時如果具有一定導(dǎo)電率的流體經(jīng)過測量管,將切割磁力線感應(yīng)出電勢E,由電極將這些微小的感應(yīng)電勢采集,并輸送至儀表的轉(zhuǎn)換器部分,對信號進(jìn)行放大、修正等操作,再通過公式將其換算成相應(yīng)的流量數(shù)據(jù),最終顯示到儀表或輸出到上位機(jī)系統(tǒng)。
導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應(yīng)力線時，也會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢的方向由右手定則判定,感應(yīng)電勢的大小計算公式[0為
E=KBD?(1)
式中:E為電極間的感應(yīng)電勢，V;K為與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T;D為測量管內(nèi)徑，m;v為平均流速，m/s。
體積流量Qv等于流體的流速v與管道截面積πD2/4的乘積，將式(1)代入得:
Qv=πDE/(4KB)(2)
由式(2)可知，在流量計直徑D確定且保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時，被測體積流量與感應(yīng)電勢呈正相關(guān)關(guān)系。為了更好得出最終測量結(jié)果,還需在流量計兩側(cè)各安裝一根電極，引入感應(yīng)電勢E,利用感應(yīng)電勢測量原理測量此感應(yīng)電勢的大小，就可計算出體積流量,得出測量值。
3電磁流量計的安裝要求
(1)電磁流量計的安裝位置要根據(jù)設(shè)計圖紙來確定，具體型號由業(yè)主方確定。電磁流量計的傳感器也需嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙及設(shè)備形式確定其安裝位置，其安裝形式不可隨意更改。安裝時,要特別注意二個電極的軸線必須大致在水平方向上。
(2)電磁流量計的傳感器安裝要能保證測量管中充滿被測介質(zhì),所以在設(shè)計時,選擇較為平直的一.段隧洞，在流量計兩端各100m處將隧洞直徑由3.6m變?yōu)?.4m,以保證隧洞內(nèi)水流充滿測量管，流量計傳感器最好安裝在測量管的中部，避免端部真空影響計量效果。
(3)安裝傳感器時要注意傳感器上箭頭的方向是指水流的方向，在安裝之前需調(diào)整好流量計的方向而后進(jìn)行吊裝。
(4)在安裝電磁流量計的傳感器時，要安裝在相對固定的位置,確保其不受周圍環(huán)境的影響,特別是振動;如果必須安裝在有振動的地方時，需要在安裝傳感器的管道兩側(cè)進(jìn)行加固，減少振動對儀器的干擾。
(5)在電磁流量計傳感器安裝要求上，對直管段長度的要.求一.般在傳感器上游側(cè)不小于10倍管道直徑,在下游側(cè)不小于2倍管道直徑。
(6)流量計安裝偏差要求:垂直度偏差≤326",平面位置偏差≤10mm,高程偏差≤15mm。
(7)轉(zhuǎn)換器一般安裝在室內(nèi)，注意防水防塵，避免陽光直射。
4電磁流量計的安裝.
4.1流量計安裝方案的確定
由于流量計安裝在豎井內(nèi)26m的位置，且豎井口尺寸較小，所以流量計安裝的重點(diǎn)在于流量計的起吊和運(yùn)輸。為了解決流量計在受限空間的吊裝運(yùn)輸問題，計劃采用兩種方案:方案一采用150t汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝，方案二采用龍門吊加電動葫蘆的組合方式進(jìn)行吊裝。汽車起重機(jī)吊裝可以將流量計一次吊運(yùn)到位，省去二次倒運(yùn),但安裝的穩(wěn)定性和可操作性不及龍門吊，且采用汽車起重機(jī)起吊必須將龍門吊和物料提升機(jī)拆除之后方可吊裝,有可能超出施工工期,經(jīng)過綜合各方面因素考慮,采用第二種方案進(jìn)行流量計吊裝。
4.2流量計吊裝
4.2.1準(zhǔn)備工作
(1)對隧洞兩端鋼管進(jìn)行安裝澆注,鋼管長度2m、直徑3460mm、厚度30mm,采用自密實(shí)C30W8鋼筋混凝土澆筑，完成之后進(jìn)行隧洞回填灌漿,確保隧洞無滲水。
(2)委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位對龍門吊2臺電動葫蘆的性能進(jìn)行檢測，并出具檢測報告,確保電能葫蘆性能正常。本工程電動葫蘆設(shè)計吊裝重量為10t,根據(jù)計算,起吊重量符合使用要求。
(3)對龍門架各構(gòu)件進(jìn)行檢查,對有損傷的部位進(jìn)行更換，確保其承載力達(dá)到使用要求。
(4)試吊，將流量計用2個電動葫蘆吊起,離地約500mm,靜止2h,流量計高度無下降即為合格。
4.2.2吊裝流量計
本工程流量計管徑為DN3400mm,長度為3400mm,重9t,采用2臺10t電動葫蘆進(jìn)行吊裝。兩根電動葫蘆鋼絲繩平行,則每根鋼絲繩承載重量4.5t。取動荷載系數(shù)為1.1,不均衡系數(shù)為1.2,則每根鋼絲繩承重為4.5x1.1x1.2=5.94t,符合吊裝承載力要求。
鋼絲繩、卸扣的規(guī)格、型號及選型計算。
(1)鋼絲繩。本工程流量計整節(jié)重量9t,即重力為88200N,用繩扣捆系吊裝,所有鋼絲繩采用同一型號,根據(jù)圖1所示,鋼絲繩b受力最大,分支數(shù)為2根,分支頂端夾角為60°。
①每一股鋼絲繩受力計算公式為
式中:S為鋼絲繩的容許拉力,N;G為吊物重量,N;n為鋼絲繩分支數(shù);C為角度系數(shù),取1.2;h;為動荷系數(shù),取1.1;k2為不均衡系數(shù),取1.2。
②鋼絲繩極限屈服拉力計算公式為
式中:d1為鋼絲繩直徑，mm;為抗拉強(qiáng)度，按1770N/mm2計。
直徑采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，管道鋼管吊裝鋼絲繩選用直徑為32mm、抗拉強(qiáng)度為1770N/mm2的規(guī)格。其他構(gòu)件吊裝重量在3．0t以內(nèi)，經(jīng)計算吊裝鋼絲繩選用直徑為16mm。
(2)卸扣。由式(3)可知，1個卸扣需承受的荷載P為69854．4N。卸扣銷軸直徑計算公式為
式中:d2為卸扣銷軸直徑，mm;P為卸扣承受的載荷，N。
直徑采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，管道鋼管吊裝選用卸扣銷軸直徑為45mm。其他構(gòu)件吊裝重量在3.0t以內(nèi)，吊裝選用卸扣銷軸直徑不小于20mm。
4.3流量計和伸縮節(jié)對接
流量計法蘭預(yù)留螺栓孔126個,孔徑28mm,采用螺栓連接,中間采用密封膠墊片粘貼，伸縮節(jié)可以自由伸縮100mm,在對接過程中,伸縮節(jié)先調(diào)整在伸縮狀態(tài)士50mm位置,螺栓安裝時需對稱,確保全部螺栓均可安裝到位。安裝后對流量計進(jìn).行復(fù)測，誤差均在允許偏差范圍之內(nèi),符合施工要求。
施工過程中必須注意以下幾點(diǎn):①吊裝設(shè)備安裝高度及平行位置必須經(jīng)過測量打點(diǎn),確保安裝位置正確;②密封膠墊片須整圈粘貼牢固;③在安裝過程中,測量必須嚴(yán)格把關(guān),根據(jù)現(xiàn)場情況,將垂直度、平面位置、高程控制在誤差允許范圍之內(nèi);④孔位對準(zhǔn)后,固定螺桿及螺帽在擰緊過程中采用人工配合機(jī)械的方式對稱、均勻緊固,以免受力不均勻?qū)β菁y產(chǎn)生影響。
4.4系統(tǒng)水壓試驗(yàn)
引水隧洞為有壓隧洞，流量計、伸縮節(jié)及傳感器等整體安裝結(jié)束后，需進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.5倍的工作壓力，水壓試驗(yàn)合格后，方可投入運(yùn)行。
4.5系統(tǒng)調(diào)試與投運(yùn)
根據(jù)儀表參數(shù)、工藝參數(shù)、運(yùn)行控制方式、測量介質(zhì)以及測量環(huán)境來對智能變送器進(jìn)行主菜單、子程序的功能和數(shù)據(jù)組態(tài).設(shè)定。測試日期為2016年3月24日,當(dāng)管道充滿水后，對傳感器電纜、電極進(jìn)行阻抗及絕緣性能測試，利用模擬器對智能變送器模擬測試，在安裝完成之后，組織人員對流量計進(jìn)行試運(yùn)行，確定流量計運(yùn)行良好且計量正確，運(yùn)行計量部分測試結(jié)果見表1。
5結(jié)語
采用龍門吊吊裝流量計安裝施工時間為14d,包括電動葫蘆的檢測和維修、試吊、吊裝、試運(yùn)行等,相對150t汽車起重機(jī)吊裝，節(jié)約了時間和資金，達(dá)到了節(jié)約時間和成本的目標(biāo)。
超大口徑電磁流量計在城市引水工程輸水管線中應(yīng)用越來越廣泛,在安裝過程中，必須嚴(yán)格控制其各個構(gòu)件的安裝工藝和方法，包括流量計構(gòu)件的安裝、伸縮節(jié)的對中及調(diào)平、傳感器的防干擾措施等，嚴(yán)格控制影響測量精度的幾個關(guān)鍵工藝點(diǎn),對現(xiàn)場安裝流程中的運(yùn)輸、組裝、吊裝、對中、調(diào)平、焊接、無損檢測、防腐等環(huán)節(jié)的質(zhì)量必須控制到位，根據(jù)工藝參數(shù)、控制參數(shù)、儀器參數(shù)設(shè)定菜單程序的功能和數(shù)據(jù)，以保證測量數(shù)據(jù)正確有效。水庫引水工程實(shí)踐表明，采用上述施工方法，可以減少對儀器的損傷，確保工期可控、安裝質(zhì)量有保證，繼而保證計量的正確性、運(yùn)行的可靠性等。
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