摘要:在水量平衡测试中,有些企业用水工艺十分复杂,给水量计量工作带来了很大困难,要准确计量各个环节的水量,需要根据现场情况灵活运用水表、超声波流量计、流速仪等仪器计量,还可以利用小浮标、容器等辅助工具计量,也可以运用公式计算、调查等方法计算水量。在测试过程中应根据实际情况,选择恰当的测试方法,测试出准确的水量。
关键词:测试;方法;仪器仪表;辅助工具;调查计算
中图分类号:TU991.63文献标识码:A文章编号:1672-1683(2010)02-0153-03
Analysis on Several Test Methods in Water Balance Tests
WANG Xin-hai
(Handan Bureau for Hydrology and Water Resources Survey,Handan 056001,China)
Abstract: In the water balance tests, owing to the complicated water use technology in some enterprises,great difficulties has brought to the water measurement.To accurately measure all aspects of water needed at the scenes,we have used water meters,ultrasonic flow meters,flow meters and other measuring equipments,and auxiliary tools like small buoys,container,or use formula,the investigation methods to calculate water volume.In the testing process we should choose the proper test methods to measure the exact amount of water based on the actual situation.
Key words: testing;method;instrumentation;aids;survey calculations
对企业进行水量平衡测试,是做好节水工作的前提,也是评价企业用水水平的必由之路。开展水量平衡测试需要弄清取水、用水、耗水等各个环节的具体水量,特别对于用水工艺比较复杂的企业,这是一项难度很大的工作,需要根据不同的用水环境和不同的水量、水温、水质、水的输送方式等情况,采用不同的方法进行测试,才能计量出各个环节的准确水量,为最终计算各项用水指标提供可靠的依据。
1 仪器仪表计量
仪器仪表计量是水量平衡测试中最普遍的方法,主要有水表计量、超声波流量计计量和流速仪计量等。对这些仪器仪表的使用应根据现场的具体情况科学选择,合理应用,也可以互相结合测试出具体水量。
1.1 水表计量
水表是最有效最方便的水量计量仪表,水表计量是水平衡测试中最常用的方法之一。一般情况下,用水户的取水总量应有水表控制(一级水表),一级水表以下各分支供水管道上水表(二级水表)的配置也应该达到90%以上。用在工业方面的水表种类繁多,按安装方向分:分为水平安装水表、立式安装水表;按介质的温度分:分为冷水水表、热水水表;按计数器是否浸在水中分:分为湿式水表、干式水表、液封水表;按计数器的指示形式分:分为模拟式、数字式、模拟数字组合式等等。这些水表读起来都很方便,可以清楚地读出时量、日量等,不受瞬时水量变化的影响,是水量平衡测试中的首选方法。
但由于工业用水的复杂性和水表技术因素的影响,使得水表难以对各个用水环节的水量进行计量,因此,需要辅以其它仪器和方法对用水量进行测试,达到全面计量、准确计量的目的。
1.2 超声波流量计计量
通过接收到的超声波可以检测出管道内流体的流速,从而换算成流量是超声波流量计的工作原理。在现实测试中,有很多地方需要用超声波流量计去测量。①有些水表由于各种原因失去了准确性,需要用超声波流量计进行校对。一般情况下,在开始测试前应该对所有水表核实其准确性,对个别存在系统误差的水表进行修正,对已经损坏的水表进行更换。②由于场地的限制等原因没有安装水表的管道。③由于水介质的温度或质量等问题没办法用水表计量的输水管道。
1.2.1 选择安装位置
①避免在水泵、大功率电台、变频,即有强磁场和震动干扰处安装机器;②选择管材应均匀致密,易于超声波传输的管段;③要有足够长的直管段,安装点上游直管段必须要大于10D(注:D=直径),下游要大于5D;④安装点上游距水泵应有30D距离;⑤水体应充满管道。
1.2.2 确定探头安装方式
超声波流量计一般有两种探头安装方式,即Z法和V法。V法安装相对简单,但当D<200 mm而现场情况为下列条件之一者,应采用Z法安装:①当被测量水体浊度高,用V法测量收不到信号或信号很弱时;②当管道内壁有衬里时;③当管道使用年限太长且内壁结垢严重时。
1.2.3 求得安装距离,确定探头位置
①将管道参数输入仪表,选择探头安装方式,得出安装距离;②在水平管道上,一般应选择管道的中部,避开顶部和底部(顶部可能含有气泡、底部可能有沉淀)。③V法安装:先确定一个点,按安装距离在水平位置量出另一个点。Z法安装:先确定一个点,按安装距离在水平位置量出另一个点,然后测出此点在管道另一侧的对称点[1-2]。
1.3 流速仪计量
在用水量比较大的企业,取水、排水和循环水有时采用明渠的形式输送,对明渠水量的计量应该采用流速仪法。
1.3.1 测流断面选择
应选择渠段顺直、水流集中、流速稳定的地方。所选断面应垂直于水的流向。
1.3.2 流量测量
根据现场的具体情况布设测速垂线,分别测出测点流速。然后根据以下公式:
Q=VA(1)
式中:Q─断面流量(m3/s);V─断面平均流速(m/s);A─断面面积(m2),计算出断面流量[3-4]。
2 辅助工具计量
由于企业用水工艺和输水方式的复杂性,有些水量往往不能用仪器来计量,但借助适当的工具可以计算出相应水量。这就需要测试人员根据实际情况,现场制作辅助工具,测量出具体水量。
2.1 浮标计量
在明渠水深较浅,无法用流速仪测量时,可采用小浮标法。
2.1.1 小浮标的制作
宜采用厚度为1～1.5 cm的较粗糙的木板,做成直径为3～5 cm的圆型小浮标。并做必要的试验,确定浮标系数。
2.1.2 流量测量
浮标上、下断面的选择可参照流速仪测验断面的选择。上、下断面的间距不应小于2 m。每条测速流线应重复施测两次以上。流速按下式计算[5]:
Vi=L/t(2)
式中:Vi─浮标流速(m/s);L─上下断面间的垂直距离 (m);t─浮标运行历时(s)。
用下面的公式计算流量:
Q=KVA(3)
式中:Q─断面流量(m3/s);K─浮标系数;V─断面平均流速(m/s);A─断面面积(m2)。
2.2 容积法计量
对于跑、冒、滴、漏和裸露出水口的水量,往往不能通过仪器来计量,但可以制作适当的容器收集水量,根据单位时间内收集到的水量进行计算。
2.2.1 容器的制作
容器材料的选择应根据水质、水温情况来确定,可选用塑料、铁皮、帆布等;容器的大小和形状应根据水量的大小和场地的情况来制作,一般情况容器收集水量的时间应不小于10 s,容器的形状应根据场地的情况来确定,以方便准确为原则。
2.2.2 流量计算
用容器收集水量应连续收集三次,取平均值计算流量。按下式计算:
Q=W/t(4)
式中:Q─流量(m3/s);W─容器收集到的水量(m3);t─容器收集水量所用时间(s)。
3 公式计算和调查计量
由于受用水环境和用水工艺的影响,有些水量不但难以用仪器计量也无法用辅助工具去计量,比如部分耗水量和职工生活用水量等,需要根据试验得来的公式和调查来的数据进行计算。
3.1 公式计算
在工业企业中循环水被广泛应用于对设备或产品的冷却中,循环水对设备或产品冷却后水温升高,为了重复使用,需要对水进行降温处理,降温的方法有凉水塔、凉水池等。在降温过程中会有水量消耗,对这部分水的计量可以用公式计算。
凉水塔的耗水主要有蒸发和被风吹散两部分消耗。蒸发消耗按下式计算[6]:
Q=QXsΔt%(5)
式中:Q─蒸发消耗水量(m3/d);QX─循环水量(m3/d);s─蒸发消耗系数;Δt─冷却水进出水温差(℃)
表1 蒸发消耗系数s
气温(℃)-10010203040
s0.080.10.120.140.150.16
风吹散消耗水量按下式计算[4]:
Q=QXr
式中:Q─风吹散消耗水量(m3/d);QX─循环水量(m3/d);r─风吹散消耗系数。
表2 风吹散消耗系数r
冷却设备类型机械通风式冷却塔(有收水器)
风筒式(双曲线)冷却塔
有收水器无收水器
r0.2%～0.3%0.1%0.3%～0.5%
3.2 调查计算
对企业做详细的调查是做好水量平衡的基础,也是对部分用水量进行计量的必要手段。在调查过程中要把影响水量的所有因素都调查清楚,在分析计算时充分考虑,才能得出精确的水量和真实的用水参数。
3.2.1 用水时间的调查
工业用水一般都有一定的用水规律,对于间歇性的用水设备应实地去测试用水时间;对于不规律的用水工艺,应分别调查不同用水量的用水时间。对于职工生活用水要根据台班次数、日常习惯、工作要求等测算时间。对于建筑等临时用水要查看施工记录,实地走访,旁站观测等计算用水时间。
3.2.2 水量调查
在测试过程中,要从企业取水口开始根据建筑图纸、实地查看管网、请技术人员介绍等,详细调查水的来龙去脉。①从整个企业到各个用水环节,首先要调查水的来源,分清所取水量是地表水、地下水、净化处理过的“中水”还是企业内部的循环水等。②要把水的用途调查清楚,对生活用水、产品用水、直接冷却水和间接冷却水等进行分类统计。如果是职工生活用水要调查职工人数、作息规律和用水项目。③要调查清楚水的去向,是消耗于产品还是消耗于蒸发;排水的去向要调查清楚是直接排出企业还是用于内部循环或直接串联于下一道用水工序。[7-10]
4 结语
企业用水工序和供排水管网情况千差万别,在具体测试过程中,应根据现场情况对测试方法灵活运用,在一个测点有时需要综合运用多种测试方法才能计量出准确水量。现场测试应根据水量、水温、水质、水的输送方式、周围环境等情况,选择恰当的测试方法,测试出准确的水量。
参考文献:
[1] 蔡剑明.时差式超声波流量计的原理及应用[J].内蒙古科技与经济,2007,(12X):91-92.
[2] 许建平.用DCT7088对在线流量计的检测[J].计量与测试技术,2007,34(7):21-22.
[3] 张尚.浅谈利用水工建筑物量水的方法[J].南水北调与水利科技,2008,6(2):105-107.
[4] 吴景峰,王永亮,徐佳.20m2蒸发池水面蒸发研究[J].南水北调与水利科技,2009,7(5):66-69.
[5] 水利部国际合作与科技司.水利技术标准汇编水文卷•水文测验[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
[6] GB/T 12452-2008,企业水平衡测试通则[S].
[7] 陈伟,齐卫芳,王玉坤,等.南水北调供水区石家庄市工业用水情况调查分析[J].南水北调与水利科技,2004,2(3):17-20.
[8] 许强,盛宁.城市给水系统优化调度研究综述[J].南水北调与水利科技,2008,6(3):115-117.
[9] 马洪涛,张卫红,杨东方,等.城乡统筹背景下的城市供水规划方法研究[J].南水北调与水利科技,2008,6(6):124-127.
[10] 刘昌明,左建兵.南水北调中线主要城市节水潜力分析与对策[J].南水北调与水利科技,2009,7(1):1-7.