自儀對公明水庫超大口徑流量計安裝的施工方案研究

概 述

        :城市引水工程通常采用地下開挖隧洞進行調(diào)配水資源，而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，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。在實際施工中，要結(jié)合現(xiàn)場實際去選擇更為優(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，采用上自儀自動化儀表有限公司自動化三廠電動葫蘆結(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轉(zhuǎn)正常、計量準確，安裝方案適用。

           在現(xiàn)代城市不斷擴容的大背景下，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)定運行和檢測準確性。為確保儀表運行穩(wěn)定可靠、系統(tǒng)計量準確，對儀表安裝工藝、方法、系統(tǒng)抗干擾措施、焊接質(zhì)量檢驗以及關(guān)鍵工序的施工，要進行嚴格的過程控制。

          1工程概況圖深圳公明水庫引水工程設(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)配輸水的實時流量和累積流量數(shù)據(jù)的采集采用DEM41F型電磁流量計。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0．6MPa，非常大計量量程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300mm×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)備進出口和人員進入口。工作井開挖尺寸為8m×9．2m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)，非常終顯示到儀表或輸出到上位機系統(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［1］為E=KBDv(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。為了更好得出非常終測量結(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，流量計傳感器非常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≤3'26″，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在于流量計的起吊和運輸。

          為了解決流量計在受限空間的吊裝運輸問題，計劃采用兩種方案:方案一采用150t汽車起重機進行吊裝，方案二采用龍門吊加電動葫蘆的組合方式進行吊裝。汽車起重機吊裝可以將流量計一次吊運到位，省去二次倒運，但安裝的穩(wěn)定性和可操作性不及龍門吊，且采用汽車起重機起吊必須將龍門吊和物料提升機拆除之后方可吊裝，有可能超出施工工期，經(jīng)過綜合各方面因素考慮，采用第二種方案進行流量計吊裝。

       4．2流量計吊裝4．2．1準備工作(1)對隧洞兩端鋼管進行安裝澆注，鋼管長度2m、直徑3460mm、厚度30mm，采用自密實C30W8鋼筋混凝土澆筑，完成之后進行隧洞回填灌漿，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)件進行檢查，對有損傷的部位進行更換，確保其承載力達到使用要求。(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4．5×1．1×1．2=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 9 t，即重力為 88 200 N，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 受力非常大，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; k1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Pp = Sk = 69 854．4 × 6 = 419 126．4 N ( 4)式中: Pp為鋼絲繩的極限屈服拉力，N; k 為安全系數(shù)，取 6。③鋼絲繩直徑計算公式為式中: d1為鋼絲繩直徑，mm; 為抗拉強度，按 1 770 N/mm2計。

          直徑采用標(biāo)準規(guī)格，管道鋼管吊裝鋼絲繩選用直徑為 32 mm、抗拉強度為 1 770 N/mm2的規(guī)格。其他構(gòu)件吊裝重量在3．0 t以內(nèi)，經(jīng)計算吊裝鋼絲繩選用直徑為 16 mm。( 2) 卸扣。由式( 3) 可知，1 個卸扣需 承 受 的 荷 載 P 為 69 854．4 N。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)準規(guī)格，管道鋼管吊裝選用卸扣銷軸直徑為 45 mm。

       其他構(gòu)件吊裝重量在 3．0 t 以內(nèi)，吊裝選用卸扣銷軸直徑不小于 20 mm。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 28 mm，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 100 mm，在對接過程中，伸縮節(jié)先調(diào)整在伸縮狀態(tài)±50 mm 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: ①吊裝設(shè)備安裝高度及平行位置必須經(jīng)過測量打點，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孔位對準后，固定螺桿及螺帽在擰緊過程中采用人工配合機械的方式對稱、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，需進行水壓試驗，試驗壓力為 1．5 倍的工作壓力，水壓試驗合格后，方可投入運行。

             4．5 系統(tǒng)調(diào)試與投運根據(jù)儀表參數(shù)、工藝參數(shù)、運行控制方式、測量介質(zhì)以及測量環(huán)境來對智能變送器進行主菜單、子程序的功能和數(shù)據(jù)組態(tài)設(shè)定。儀表型號為 DEM41F，測試日期為 2020 年 12 月 24 日，當(dāng)管道充滿水后，對傳感器電纜、電極進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行試運行，確定流量計運行良好且計量準確，運行計量部分測試結(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 14 d，包括電動葫蘆的檢測和維修、試吊、吊裝、試運行等，相對 150 t 汽車起重機吊裝，節(jié)約了時間和資金，達到了節(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，必須嚴格控制其各個構(gòu)件的安裝工藝和方法，包括

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，嚴格控制影響測量精度的幾個關(guān)鍵工藝點，對現(xiàn)場安裝流程中的運輸、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)準確有效。

            公明水庫引水工程實踐表明，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，繼而保證計量的準確性、運行的可靠性等。