高密度测压的研究及应用

来源 :安家(建筑与工程)上旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fy863
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  摘要:2018年-2019年对珠海市多片区管网开展高密度测压,研究了高密度测压对管网运行管理的作用。研究发现高密度测压有助于我们了解片区管网运行状态,发现管网压力异常处,针对压降过大的管道,通过分析和采取合理手段排查其原因,对症下药,疏通管段瓶颈处,从根源上缓解管道的承压,减少能量浪费。对局部管网连接不清晰进行测压分析,压力的变化特点可以帮助所甄别管网的连接情况。
  关键词:测压点;等水压线;产销差;漏损控制中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:(2020)-07-346
  1研究背景
  因基于SCADA的永久测压布置,与优化调度所用模型的精度及投资费用有关,这两者相互矛盾与制约,使得城市管网实时测压点数目有限,能够服务于管道调度业务和分析输水主干管压力情况,难以掌握支配水管网的运行情况,为了更加掌握详细的全市管网压力分布情况,每年开展全市管网压力普测,但因测压表有限而无法详细了解配水管压力情况。2018-2019年珠海市供水有限公司陆续在五个片区开展高密度测压,旨在指导片区管网工作,同时探索、积累该方法的不同适用范围。该方法可助企业深入了解管网水压变化、水流方向,进一步诊断管段压力状态,为管网查漏、优化管理、改造提供科学的依据。
  2研究方法
  2.1原理
  根据物理学和理论学中的普遍定律建立的總流能量方程,揭示了以下主要规律。
  (1)过水断面中单位重量液体的总机械能包含三方面:一是单位液体相对于基准面的位能Z;二是压能h=Ppg是指P作用下测压管液柱上升的高度;Z+Ppg是测压管液面相对于准面的高度,称为测压管水头,是单位液体的总势能;三是动能αv2g,采用断面平均流速v,加以适当修正(乘系数α,初步取1)。
  (2)能量方程遵循能量守恒和转换定律,液体任意两断面的能量方程公式(1)所示,
  不同断面之间的能,除了势能和动能之间的互相转换,也可以是实际液体在流动过程中发生的能量损耗,称为水头损失。
  (3)能量方程方程中各项的物理量均为长度单位(m),通过测量高程得到位能,通过测得的压力值P转换为米水柱即可得到压能。而动能u22g在总能中所占比例小,例如当DN1000管中水流速v=1.5m/s,αv2g值计算有0.08m,假设发生管道缩径为DN500,根据连续性方程A1V1=A2V2计算其动能也只有0.31m。因此在实际应用中,简化利用测压管水头(位能+压能)代表液体断面的总机械能。将势能绘点成线称为等压线,反映了各断面的总机械能变化和水头损失情况。
  2.2方案实施
  2.2.1测压点的布置
  测压位置一般布置在市政管网的消火栓上,避免在用户水表处安装测压表。全市测压普查因压力表有限而采用均匀布置原则,而高密度测压目旨在了解管网的水压变化,需保证选点的数据可以体现管网水流方向,布点主要遵循以下原则:
  ①应在管道交叉处的各支布置测压点
  ②较长管线可间隔1-3各消火栓均匀布置
  ③可在怀疑有漏点的管线上密布
  2.2.2仪器设备的选择和调试
  原来采用机械表通过人工读取时刻数据,采集数据少、数据的同时性和准确性低,且耗费大量人力。现采用压力数据记录仪,可设置时钟与电脑同步,选择数据记录周期,实现多台记录同步测量。
  2.2.3实施注意事项
  安装记录仪前应检查消火栓情况,排水排气,确保连接后不漏水,安装的同时测量高程和安装高度,记录消火栓对应的表号,及时记录周边用水特殊情况,以备查询。
  2.2.4数据整理
  数据采集时间为1-3天合适,后收回压力数据记录仪,导出数据,将测得的压力数据经过单位换算Mpa→m,得到服务压力,经公式(2)计算后用表格的形式将所有数据汇总,如表1所示,作为备用。
  绝对压力=服务压力+地面高程+测压表安装高度(2)
  表1 数据整理表格(示例)
  路名水郡三路新青三路延长段消火栓编号D1747D1759D1686D1684高程(m)3.2303.4142.4831.980表高(m)0.730.650.670.6标高(m)3.9604.0643.1532.580时间绝对压力值绝对压力值绝对压力值绝对压力值2019-8-19 12:004.3022019-8-19 12:054.303 消火栓的全天测压数据庞大,通过选取全天高压供水时段(一般为7:00-23:00)的管网高峰用水时刻和低峰用水时刻,作为代表数据,在CAD管网图上进行标注(见图1)。依照高压到低压标记管道水流走向,并绘制1m压距的等压线图。
  高压状态下的管网最具分析价值,取白天(夜间水厂降压供水)用水低谷时刻的压力,此时管网承压最大,因不合理因素导致的水损最大。再取高峰用水时刻压力,可了解高峰用水的分布情况。
  3分析方法及应用
  3.1管网水流方向及压力平衡点
  在CAD图根据压降标注管网水流方向,夏湾片区测压得到的水流方向与原来预想的不同,原本应该自水厂向周边压降,通过昌盛大桥管线供往南湾片区,但测压结果显示过桥前有压力回流。在黄杨大道上有流向交汇点可能是压力平衡点。
  3.2等压线图
  (1)高峰、低谷等压线的对比分析有助于分辨压降由用户取水引起或其他不合理因素。
  (2)等压线分析
  根据图上等压线的疏密程度判定压降的大小,等压线过密地区,表明管道负荷大。
  由图2可以看出,港昌路到前河东路、港一路、港二路、港三路这四段平行管段(图②-⑤)压降过大,通过关闭供往南湾管段的两个阀门再次测压观察,数据显示这四段管段压降有所减缓,分析结果为通往南湾的管道管径大,前面平行管道管径小导致水流速大,水头损失增大,而引起压降过大。   对昌平-夏湾路管段交叉口处(图⑤-⑥)的管道结构存在疑问,怀疑该处存在漏点,委托赛莱默对该段管线进行Sahara? II检测,检测过程中未发现漏点或滞留气囊,部分管道存在疑似内壁脱落情况,疑似内壁脱落物随水流在管底移动以及沉积物有多处(图3)。同时确定该段管线在原图纸上疑似四通处的DN300支管上游已发生管径变化,由于管道材质疑似发生变化,变径管段内管瘤较为严重。分析结果该处压降较大的另一个原因是管道老旧内壁粗糙,导致水头损失增大。
  下一步将结合技改情况进行改造计划,铺设管径较大的管道,以消除“瓶颈效应”,利于水厂压力的传递。同时对老旧管网进行更换改造。
  3.3管段全天压力变化分析的应用
  CAD图上的高峰低谷用水水压仅反映某个时刻的水压情况,为进一步判断压降异常管段的原因,通过结合该管段全天压力数据进行分析和排查,总结有以下三方面数据特点。
  3.3.1管线绝对压力呈稳定压降
  通过等压线图和直管段全天压降变化图,确定稳定压降的管段,对比理论压降相差较大,采取合理手段进一步排查。
  管段稳定压降有局部压降和均匀压降两种情况(图4和图5)。排查顺序及可能原因有以下几个方面:
  (1)了解周边用户取水情况。若有大用户全天24h取水会导致管段出现局部稳定压降。
  (2)检查阀门启闭情况。若阀门未完全打开也可引起局部稳定压降,此举是管网压降排查中优先措施。
  (3)检查管道是否缩径。管道异常缩径会引起的流速过大,水头损失增大,管道缩径后均匀压降。
  (4)管道老旧导致管壁粗糙系数大,沿程水头损失大,呈均匀压降特点。
  (5)采取合理技术手段排查管道漏点。
  (6)井岸新青三路管长约600m,通过等压线图发现高峰低谷用水時刻该管段压降大于6m(图,结合全天的数据确认该数据并非偶然情况(见图7),经过现场听漏排查,共找出四个漏点。依此在吉大片区测压找到5处漏点,如表二所示。
  由于斗门和井岸测压片区距离水厂较远,测压管段的消火栓间压降较小,存在部分管段的绝对压力值中间高两边低情况。根据能量守恒原理,绝对压力只能沿着一个方向递减,不可能出现先增后减的情况,故现场复测数据再分析,总结原因有下:
  (1)数据收集误差
  根据公式(2),绝对压力值得错误有三方面可能,一是自由压力的误差:主要是自动测压仪设备损坏记录不准确。二是高程测量的误差:复测斗门大道压力数据时,复测的高程与之前测量结果相差有超过1m,原因是沿途有变电站和乔木遮挡导致高程测量超出精度范围。三是自动测压仪安装高度的测量方式不统一,有工作人员测量地面到表中的高度,有取地面到表顶的高度。在管段压降较小的区域,这些误差足以令数据失去其合理性。
  (2)有未知管道连接
  斗门龙濠路管段压力绝对值中间高两边低,且末端压力比来水方向的起始端压力值高(图9),复测数据仍旧反应同样的问题(图10),采用探测仪探管未发现管道,怀疑管材为非金属管或埋深大于2m,经关闭来水方向的阀门,末端管道消火栓仍有压力水出,因此判定消火栓4146与4141之间有其他管道连接,需进一步探管定位上图。
  龙山二路D4134消火栓压力比来水方向的消火栓D4137压力高,现场探管发现龙山二路管道与龙山大道管道垂直连接(如图11)。
  (3)用户水压超过市政压力
  东风村测压数据显示中间高两边低,怀疑有居民混用山水并私接市政管网,或自建了高位水箱,但经所走访未有发现。
  3.3.3绝对压力中间低两边高
  路段消火栓绝对压力呈中间低两边高(图12),可能原因有两种情况,一是消火栓漏水导致压力下降,剔除该消火栓数据后其路段压力整体呈压降趋势,复核现场也确认该消火栓漏损,修复后复测结果正常。压力变化特点如图13所示。
  若该消火栓压力为全路段最低压力点,则可能为水力平衡点(如图14),需综合全天的压力数据看该处水流是否长期停滞,意味着水质黑点。如图15:2号和3号消火栓压力来回波动,1号、4号消火栓压力较高,则水流在2号、3号消火栓附近滞流,若附近无用户取水,长期已久会形成水质黑点。本次测压发现的疑似水质黑点管段,经进一步分析,其水力平衡点波动范围广且有用户取水,减少水流在管道中的停留时间,进一步现场取样水质检测正常。
  4结论与建议
  4.1 按布点密集度及数据收集连续性分类测压方式
  (1)实时压力监控系统,布点较少,数据实时传输收集。在SCADA基础上的实时监测压力的变化,是最有效的,但是因为财力的限制,现有的实时监测点并不多。日后逐步添瓦加盖的增加压力监测点,最终实现压力数据自动处理形成等压线图。
  (2)全市测压,布点范围广但数量少,为时段性或时刻数据。周期性的全市普查,原来采用机械(人工)测量测定,不仅耗费人力,难以保障数据的同时性,且能取得的数据较少。随着设备的更新和智能化,现在可采用自动测压记录仪同步读数储存。将全市普查压力情况绘制成等压线图,可帮助水司了解全市管网压力的整体情况。需要动员各供水所的力量大范围的安排人员安装和收回仪器。
  (3)高密度测压,布点范围小但数量多,为时段性数据。对全市普查结果进行细化的检测,可分片区开展,可帮助水司了解配水管网情况,缩小问题范围,进一步为管网管理提供有效的依据,该方法需进行大量的数据比对分析,出动人员采用合适手段一步步排查,耗费时间精力大,但是效果好,推荐其他水司采纳使用。
  4.2 高密度测压方法的适用范围
  通过在不同片区的试验,发现高密度测压适合用于压降较大的区域。在压降较小区域,测压点的布置应加大间隔,尽量选取管网关键点布置,否则测量的数据误差可能导致管线绝对压力值相近而无法判断。
  4.3 高密度测压的应用
  (1)了解管网详细的压力变化、全天的水流方向和波动情况。
  (2)了解管网的运行状态,发现过压和欠压的区域、管道老旧情况,下一步计划采取合理的解决措施。
  (3)掌握阀门及消火栓的设施运行工况,以及时更换损坏设备。
  (4)可帮助发现管网漏损点,及时修复。
  (5)可帮助排查管网之间的联通情况。
  4.4 高密度测压注意事项及经验
  (1)注重细节。安装前需统一培训工作人员,严格按要求操作。安装前应检查消火栓是否有漏水,排气排水,检查控制阀启闭状态。安装记录仪的同时测量安装高度,统一测至消火栓DN65端口。高程数据的读取误差应控制在±5cm,若有建筑物围挡导致信号弱无固定值时,应选取周围相近地势且无遮挡位置测量地面的高程。在压降较小的管段中,测量标高带来的误差足以让数据无效。所有的数据形成记录文件,方便查询。
  (2)坚持实事求是。遇到异常数据的时候,惯性思维有时会我们错过真正的问题。在本次数据复测过程中,我们发挥实事求是精神,以客观数据说话,经过重复试验排除误差的可能性,最终找到问题。实事求是分析问题解决问题的根本。
  参考文献
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  ( 珠海市供水有限公司 广东 519000)
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