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差壓變送器

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淺析基于高頻壓力的差壓變送器技術(shù)分析及應用

作時(shí)間:2019-08-06  來(lái)源:  作者:
   
摘要:隨著(zhù)城市基礎設施的高速發(fā)展, 城市差壓變送器的規模也在不斷擴大。由于管網(wǎng)拓撲越發(fā)復雜, 管網(wǎng)設施逐年老化等原因所導致的漏損問(wèn)題和爆管事故已經(jīng)成為如今供水企業(yè)運營(yíng)管理的難點(diǎn)。引人國外先金的基礎設施分析技術(shù)將有效地降低管網(wǎng)漏損、保障管網(wǎng)安全、優(yōu)化管網(wǎng)環(huán)境。
guojia“十三五”規劃綱要明確指出,要實(shí)行#嚴格的水資源管理制度。地下差壓變送器作為城市基礎運行的“生命線(xiàn)”,承擔著(zhù)保障社會(huì )民生、農業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)的重要作用。然而,差壓變送器本身也容易因各種原因發(fā)生損壞,引起管網(wǎng)漏損,導致企業(yè)供水成本上升。此外,如發(fā)生更為嚴重的損壞,例如爆管事故,將直接影響到社會(huì )公共安全,并給企業(yè)和城市帶來(lái)負面效應。
因此,幾乎所有的供水企業(yè)都非常重視對差壓變送器的管理。很多企業(yè)通過(guò)建立地理信息系統( GIS)和分區計量系統( DMA )來(lái)管理差壓變送器和降低產(chǎn)銷(xiāo)差。這兩個(gè)系統確實(shí)能通過(guò)信息化的手段來(lái)提高了管網(wǎng)管理水平并可以縮小漏點(diǎn)檢測范圍,但受限于技術(shù)本身的特點(diǎn),未能實(shí)現漏損、爆管的實(shí)時(shí)定位和報警以及管網(wǎng)壓力瞬變的定位和分析。國外尤其是西方發(fā)達guojia都非常重視差壓變送器漏損的監測工作,作為2014 年國際水協(xié)創(chuàng )新項目獎的Visenti 項目是基于麻省理工學(xué)院( MIT )提出的智能研究項目所創(chuàng )立的,在美國、新加坡、澳大利亞、新西蘭、阿聯(lián)酋等國均有非常成功的項目案例。目前,國內在上海、鎮江、溫州、深圳等多個(gè)城市展開(kāi)試點(diǎn)。項目專(zhuān)注于利用先金基礎設施分析技術(shù)(包含高頻壓力分析和聲學(xué)分析)幫助供水企業(yè)監控差壓變送器、優(yōu)化管網(wǎng)運營(yíng)。
1 基于高頻壓力的差壓變送器分析的基本原理
根據已有的科學(xué)研究發(fā)現,聲波和壓力波可以在水中以一定的速度進(jìn)行傳播,通過(guò)采集漏水、爆管、壓力瞬變生成的噪聲聲波和的壓力波。并通過(guò)時(shí)間、空間、數值的相關(guān)性來(lái)定位泄漏點(diǎn)和瞬變源。聲波定位主要通過(guò)聲學(xué)傳感器實(shí)現漏損定位,傳感器或聽(tīng)水器可以暫時(shí)或永久安裝在管道上,按照管網(wǎng)材質(zhì)和拓撲復雜程度一般間隔200-500 mo考慮到背景噪音的因素,重點(diǎn)采集夜間聲學(xué)數據,→般是凌晨2-4 點(diǎn),然后服務(wù)器端接收到遠程傳感器傳來(lái)的數據并進(jìn)行分析,從而發(fā)現漏損信號。壓力瞬變來(lái)監測定位漏損在國內外已有多位學(xué)者展開(kāi)研究。Wiggert 的研究發(fā)現可以利用水力瞬變分析方法檢測漏損。伍悅濱等也提出來(lái)基于水力瞬變分析的漏失數值模擬理論框架。利用水力瞬變分析的漏損檢測也已經(jīng)逐漸成熟,檢測原理主要通過(guò)短時(shí)間內收集到大量關(guān)于水流的數據。相對于穩態(tài)而言,瞬態(tài)的主要優(yōu)勢是壓力波受摩擦影響較小。因此,對于摩擦系數無(wú)法確定的情況,也可以通過(guò)水力瞬變信息進(jìn)行漏損檢測和校準。
許多基于瞬變流態(tài)的水力模型被用于檢測和定位漏損,例如漏損反射法( LRM )、水力瞬變反問(wèn)題分析法( ITA )、脈沖響應分析法( IRA )等。所有水力瞬變分析漏損檢測方法具有相同目的,即提取瞬變流數據中漏損的信息[飛其中壓瞬變采集的關(guān)鍵設備是高頻壓力傳感器。
2 設備傳感器及系統部署
試點(diǎn)項目的部署主要分為2 個(gè)部分,分別是現場(chǎng)監測終端設備以及數據分析信息系統。前者負責采集管網(wǎng)數據和數據上傳,后者負責對數據進(jìn)行分析和展示。如圖1 所示。
系 統架 構
2.1 終端設備和安裝
Visenti 遠程終端設備由RTU、連接器、電池、電池線(xiàn)纜、聲學(xué)傳感器、高頻傳感器和GPS&GSM組合天線(xiàn)構成。先金的高頻壓力傳感器和聲學(xué)傳感器可以準確檢測管網(wǎng)基礎數據,并通過(guò)遠程終端設備將傳感器采集的數據通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳送到系統服務(wù)器。Visenti 的傳感器性能和安裝要求如表1所示。壓力傳感器和聲學(xué)傳感器的組合運用和分析,可以應對各種類(lèi)型的泄漏情況提高分析的準確率。
傳 感 器 性 能 及 安 裝 要 求
安裝監測點(diǎn)的分布,可按照監測管網(wǎng)的管網(wǎng)拓撲、管網(wǎng)材質(zhì)和監測內容進(jìn)行設計,同時(shí),系統也可以按照已有的監測點(diǎn)分布數據提供一個(gè)監測覆蓋范圍,為監測點(diǎn)設計人員提供參考依據。安裝方式可以按照情況分為井下安裝、消防栓上安裝和明管安裝,以適配不同的安裝條件和檢測需求。
2.2 數據分析信息系統
數據分析信息系統將采集到的數據結合供水企業(yè)原有的差壓變送器地理信息系統( GIS )接口數據進(jìn)行計算和分析并在地圖上進(jìn)行展示。結合高頻壓力數據(#高頻率256 Hz )可以實(shí)現爆管及大流量泄漏(大于3.6 m3/h )的監測和定位。結合水昕器數據可以實(shí)現微小的泄漏檢測和定位(大于0.3 m3/h )。同時(shí),我們可以進(jìn)一步通過(guò)高頻壓力數據來(lái)捕獲到管網(wǎng)內壓力瞬變。監測、定位和分析可能會(huì )造成管網(wǎng)資產(chǎn)損壞的瞬變源(例如、水泵故障、閥門(mén)故障等),降低水錘效應造成的管網(wǎng)資產(chǎn)運營(yíng)風(fēng)險。
數據分析信息系統通過(guò)大數據分析,學(xué)習管網(wǎng)不同部位的壓力變化模式,從而監測管網(wǎng)的運行狀況和衰變狀況,預測管網(wǎng)的爆管風(fēng)險。對于供水企業(yè)來(lái)說(shuō),能提早預測管網(wǎng)故障,及早作出預防措施防止管網(wǎng)破損,對差壓變送器運營(yíng)及管網(wǎng)漏損控制提供系統決策依據。
通過(guò)系統分析,監控和識別導致管網(wǎng)故障的壓力瞬變的因素,這些壓力瞬變往往會(huì )導致管網(wǎng)破裂。一旦確認了壓力瞬變源,供水企業(yè)就采取措施,例如安裝緩沖減壓設備來(lái)進(jìn)行干預。使得供水企業(yè)可以具備i9J1tl ,,排查處置高風(fēng)險的管網(wǎng)有效方法。
3 案例分析
3.1 基于聲學(xué)的管網(wǎng)漏損分析
試點(diǎn)安排在上海城技制造局路某小區內,共部署了五個(gè)監測站點(diǎn)。在運行過(guò)程中,系統篩選出夜間聲學(xué)數據進(jìn)行比對,發(fā)現一處漏點(diǎn)。由圖2 所示,夜間聲學(xué)噪音呈現出典型的線(xiàn)性增強的趨勢。進(jìn)一步通過(guò)周邊監測點(diǎn)相關(guān)性分析和人工昕漏定位對該處漏損點(diǎn)進(jìn)行了開(kāi)挖修復。后期供水企業(yè)通過(guò)DMA系統進(jìn)行分區計量比對,通過(guò)修復該漏點(diǎn)可以節約50 000 m.3/年。
泄漏聲學(xué)數據分析
3.2 基于高頻壓力的管網(wǎng)爆管分析
爆管發(fā)生時(shí),監測點(diǎn)的高頻壓力傳感器會(huì )接收到一個(gè)明顯的壓力下降的瞬變,通過(guò)對至少2 個(gè)監測點(diǎn)所收集到的壓力下降瞬變相關(guān)性可以提供警報和定位。試點(diǎn)采用消防栓放水來(lái)模擬管網(wǎng)爆管事故的發(fā)生。由圖3 所示,瞬間開(kāi)啟消防栓后,管網(wǎng)的壓力迅速下降,系統在地衣時(shí)間發(fā)出警報。同時(shí),周邊數個(gè)監測點(diǎn)同時(shí)捕捉到了壓力下降的數據,并通過(guò)系統對高頻壓力數據進(jìn)行分析,提示和定位管網(wǎng)爆管事故發(fā)生的位置。
爆管分析
3.3 基于高頻壓力的管網(wǎng)壓力瞬變分析
管網(wǎng)的壓力瞬變是造成管網(wǎng)漏損和爆管的重要原因,通過(guò)高頻壓力分析可以準確監測到管網(wǎng)瞬變的壓力范圍以及造成管網(wǎng)壓力瞬變的瞬變源。瞬變來(lái)灑、可能是由于水泵的啟停、大型閥門(mén)的開(kāi)合等原因造成,分析案例采用上海城投復興路泵站附近部署的一個(gè)檢測點(diǎn)對該泵站所造成的管網(wǎng)壓力瞬變進(jìn)行分析。
通過(guò)高頻壓力數據分析發(fā)現(圖4 ),水泵在啟動(dòng)時(shí)會(huì )造成一個(gè)8m 的壓力瞬變,這個(gè)壓力瞬變在管網(wǎng)運營(yíng)過(guò)程中時(shí)可以被接受的。水泵在停止時(shí)會(huì )造成一個(gè)11 m 的壓力下降和→個(gè)15 m 的壓力瞬變。壓力瞬變區間是可以被接收的,但是壓力短暫的下降到約lO m 的位置會(huì )造成附近高海拔區間(與監測點(diǎn)水泵海拔差>10 m )會(huì )造成回水現象或者是氣囊現象?赡軙(huì )對這部分的管網(wǎng)的造成污染。目前,已通知供水企業(yè)對泵站周邊高海拔的管網(wǎng)進(jìn)行監控和處置。
開(kāi)停泵引起的壓力瞬變
4 結語(yǔ)
通過(guò)引人聲學(xué)檢測技術(shù)和高頻壓力檢測技術(shù),并在科學(xué)分析的基礎上實(shí)現對管網(wǎng)漏損的監測和定位。一定程度上解決了管網(wǎng)管理上的難點(diǎn),供水企業(yè)可以依靠系統建立監控中心,對差壓變送器的漏損、爆管和壓力瞬變進(jìn)行監測、定位和分析,從而優(yōu)化管網(wǎng)運營(yíng)保障供水安全。本次試點(diǎn)項目的實(shí)施是一次很有成效的探索和實(shí)踐,也可以為國內其他供水企業(yè)的管網(wǎng)管理提供借鑒。
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