自儀對(duì)公明水庫超大口徑流量計(jì)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(jìn)行調(diào)配水資源，而流量計(jì)作為計(jì)量水資源調(diào)配的關(guān)鍵設(shè)備，是施工過程中的一個(gè)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(duì)狹小的空間內(nèi)，不能受到撞擊或者磕碰，因此流量計(jì)在安裝方法和工藝要求上比較高，工期及成本也是一個(gè)需要考量的因素。在實(shí)際施工中，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際去選擇更為優(yōu)化的施工方案，根據(jù)對(duì)采用汽車吊和龍門吊安裝方法的比較，采用上自儀自動(dòng)化儀表有限公司自動(dòng)化三廠電動(dòng)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(shì)，安裝完成后流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、計(jì)量準(zhǔn)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(chǔ)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(duì)輸水的實(shí)時(shí)流量、累計(jì)流量的計(jì)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(jì)進(jìn)行輸水流量計(jì)量檢測(cè)已經(jīng)成為常態(tài)化。

          超大口徑電磁流量計(jì)的安裝質(zhì)量直接影響儀表的安全穩(wěn)定運(yùn)行和檢測(cè)準(zhǔn)確性。為確保儀表運(yùn)行穩(wěn)定可靠、系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確，對(duì)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工程概況圖深圳公明水庫引水工程設(shè)計(jì)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(shí)流量和累積流量數(shù)據(jù)的采集采用DEM41F型電磁流量計(jì)。本工程采用的口徑為DN3400mm的電磁流量計(jì)長3．4m、重9t、額定壓強(qiáng)0．6MPa，非常大計(jì)量量程30000m3/h，安裝深度26m，安裝部件包括流量計(jì)及伸縮節(jié)，均安裝在流量計(jì)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(jì)井施工場(chǎng)地地表以荒地為主，地勢(shì)較平整，場(chǎng)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(jì)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(jì)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(jì)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(hào)為C25P8。

           2電磁流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成電磁流量計(jì)測(cè)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(cè)量管內(nèi)部，測(cè)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(cè)量管上。在測(cè)量時(shí)傳感器中的勵(lì)磁線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，將在與測(cè)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(chǎng)，此時(shí)如果具有一定導(dǎo)電率的流體經(jīng)過測(cè)量管，將切割磁力線感應(yīng)出電勢(shì)E，由電極將這些微小的感應(yīng)電勢(shì)采集，并輸送至儀表的轉(zhuǎn)換器部分，對(duì)信號(hào)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)，非常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(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢(shì)的大小計(jì)算公式［1］為E=KBDv(1)式中:E為電極間的感應(yīng)電勢(shì)，V;K為與磁場(chǎng)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(cè)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(jì)直徑D確定且保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，被測(cè)體積流量與感應(yīng)電勢(shì)呈正相關(guān)關(guān)系。為了更好得出非常終測(cè)量結(jié)果，還需在流量計(jì)兩側(cè)各安裝一根電極，引入感應(yīng)電勢(shì)E，利用感應(yīng)電勢(shì)測(cè)量原理測(cè)量此感應(yīng)電勢(shì)的大小，就可計(jì)算出體積流量，得出測(cè)量值。3電磁流量計(jì)的安裝要求(1)電磁流量計(jì)的安裝位置要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙來確定，具體型號(hào)由業(yè)主方確定。電磁流量計(jì)的傳感器也需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)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(shí)，要特別注意二個(gè)電極的軸線必須大致在水平方向上。

        (2)電磁流量計(jì)的傳感器安裝要能保證測(cè)量管中充滿被測(cè)介質(zhì)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，選擇較為平直的一段隧洞，在流量計(jì)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(cè)量管，流量計(jì)傳感器非常好安裝在測(cè)量管的中部，避免端部真空影響計(jì)量效果。

         (3)安裝傳感器時(shí)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(jì)的方向而后進(jìn)行吊裝。

        (4)在安裝電磁流量計(jì)的傳感器時(shí)，要安裝在相對(duì)固定的位置，確保其不受周圍環(huán)境的影響，特別是振動(dòng);如果必須安裝在有振動(dòng)的地方時(shí)，需要在安裝傳感器的管道兩側(cè)進(jìn)行加固，減少振動(dòng)對(duì)儀器的干擾。

          (5)在電磁流量計(jì)傳感器安裝要求上，對(duì)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(jì)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(jì)的安裝4．1流量計(jì)安裝方案的確定由于流量計(jì)安裝在豎井內(nèi)26m的位置，且豎井口尺寸較小，所以流量計(jì)安裝的重點(diǎn)在于流量計(jì)的起吊和運(yùn)輸。

          為了解決流量計(jì)在受限空間的吊裝運(yùn)輸問題，計(jì)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(dòng)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(jì)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(jì)吊裝。

       4．2流量計(jì)吊裝4．2．1準(zhǔn)備工作(1)對(duì)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(duì)龍門吊2臺(tái)電動(dòng)葫蘆的性能進(jìn)行檢測(cè)，并出具檢測(cè)報(bào)告，確保電能葫蘆性能正常。本工程電動(dòng)葫蘆設(shè)計(jì)吊裝重量為10t，根據(jù)計(jì)算，起吊重量符合使用要求。(3)對(duì)龍門架各構(gòu)件進(jìn)行檢查，對(duì)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(jì)用2個(gè)電動(dòng)葫蘆吊起，離地約500mm，靜止2h，流量計(jì)高度無下降即為合格。     4．2．2吊裝流量計(jì)本工程流量計(jì)管徑為DN3400mm，長度為3400mm，重9t，采用2臺(tái)10t電動(dòng)葫蘆進(jìn)行吊裝。兩根電動(dòng)葫蘆鋼絲繩平行，則每根鋼絲繩承載重量4．5t。

            取動(dòng)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(hào)及選型計(jì)算。( 1) 鋼絲繩。本工程流量計(jì)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(hào)，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(jì)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(dòng)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(jì)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(jì)算公式為式中: d1為鋼絲繩直徑，mm; 為抗拉強(qiáng)度，按 1 770 N/mm2計(jì)。

          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 32 mm、抗拉強(qiáng)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(jì)算吊裝鋼絲繩選用直徑為 16 mm。( 2) 卸扣。由式( 3) 可知，1 個(gè)卸扣需 承 受 的 荷 載 P 為 69 854．4 N。卸扣銷軸直徑計(jì)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 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(jì)和伸縮節(jié)對(duì)接流量計(jì)法蘭預(yù)留螺栓孔 126 個(gè)，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(duì)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(shí)需對(duì)稱，確保全部螺栓均可安裝到位。

       安裝后對(duì)流量計(jì)進(jìn)行復(fù)測(cè)，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(cè)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(cè)量必須嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)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(jì)、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(cè)量介質(zhì)以及測(cè)量環(huán)境來對(duì)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。儀表型號(hào)為 DEM41F，測(cè)試日期為 2020 年 12 月 24 日，當(dāng)管道充滿水后，對(duì)傳感器電纜、電極進(jìn)行阻抗及絕緣性能測(cè)試，利用模擬器對(duì)智能變送器模擬測(cè)試，在安裝完成之后，組織人員對(duì)流量計(jì)進(jìn)行試運(yùn)行，確定流量計(jì)運(yùn)行良好且計(jì)量準(zhǔn)確，運(yùn)行計(jì)量部分測(cè)試結(jié)果見表 1。5

            結(jié) 語采用龍門吊吊裝流量計(jì)安裝施工時(shí)間為 14 d，包括電動(dòng)葫蘆的檢測(cè)和維修、試吊、吊裝、試運(yùn)行等，相對(duì) 150 t 汽車起重機(jī)吊裝，節(jié)約了時(shí)間和資金，達(dá)到了節(jié)約時(shí)間和成本的目標(biāo)。超大口徑電磁流量計(jì)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(gè)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(duì)中及調(diào)平、傳感器的防干擾措施等，嚴(yán)格控制影響測(cè)量精度的幾個(gè)關(guān)鍵工藝點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝流程中的運(yùn)輸、組裝、吊裝、對(duì)中、調(diào)平、焊接、無損檢測(cè)、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(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。

            公明水庫引水工程實(shí)踐表明，采用上述施工方法，可以減少對(duì)儀器的損傷，確保工期可控、安裝質(zhì)量有保證，繼而保證計(jì)量的準(zhǔn)確性、運(yùn)行的可靠性等。