自仪对公明水库超大口径流量计安装的施工方案研究

概 述

        :城市引水工程通常采用地下开挖隧洞进行调配水资源，而流量计作为计量水资源调配的关键设备，是施工过程中的一个关键节点，由于其属于精密仪器、体积大、重量重且通常安装在相对狭小的空间内，不能受到撞击或者磕碰，因此流量计在安装方法和工艺要求上比较高，工期及成本也是一个需要考量的因素。在实际施工中，要结合现场实际去选择更为优化的施工方案，根据对采用汽车吊和龙门吊安装方法的比较，采用上自仪自动化仪表有限公司自动化三厂电动葫芦结合龙门架的安装方式在工期、成本、安装质量、操作方式上更具优势，安装完成后流量计运转正常、计量准确，安装方案适用。

           在现代城市不断扩容的大背景下，城市的水资源战略储备和调配越来越重要，地下大型输水管网作为水资源调配的重要手段也越来越多。对输水的实时流量、累计流量的计量关乎水资源调配的成败，而应用超大口径输水管线电磁流量计进行输水流量计量检测已经成为常态化。

          超大口径电磁流量计的安装质量直接影响仪表的安全稳定运行和检测准确性。为确保仪表运行稳定可靠、系统计量准确，对仪表安装工艺、方法、系统抗干扰措施、焊接质量检验以及关键工序的施工，要进行严格的过程控制。

          1工程概况图深圳公明水库引水工程设计引水隧道长10km，隧道直径为DN3600mm，采用钢筋混凝土内衬结构，调配输水的实时流量和累积流量数据的采集采用DEM41F型电磁流量计。本工程采用的口径为DN3400mm的电磁流量计长3．4m、重9t、额定压强0．6MPa，非常大计量量程30000m3/h，安装深度26m，安装部件包括流量计及伸缩节，均安装在流量计井内;井口有洞内施工用物料提升机及龙门架一套，龙门架高7．8m，井口为长方形，长7．2m，宽6m;流量计井施工场地地表以荒地为主，地势较平整，场地宽阔，四面为丘陵坡地环绕，呈凹字形，无其他建筑物或构筑物，无外部干扰因素。

与流量计相连接的两端隧道设置渐变段，隧道内径由3600mm缩小为3460mm，内衬钢管，管材选用原设计DN3400mm压力钢管，管壁厚30mm，钢管为成品加工，两端钢管各焊接宽300mm×厚30mm环向钢板止水翼环两道。流量计井施工期间作为隧洞开挖及二次衬砌工作井，作为物料设备进出口和人员进入口。工作井开挖尺寸为8m×9．2m的竖井，深度30m，井底板高程为黄海高程29．00m，井顶面高程为黄海高程55．00m，壁厚1m。底板、井壁钢筋防渗混凝土标号为C25P8。

           2电磁流量计的工作原理和结构组成电磁流量计测量原理为法拉第电磁感应定律。其传感器部分由线圈、电极和绝缘内衬组成，安装在测量管内部，测量管是一种非导磁合金短管。两只电极沿管道横向贴着管壁内部固定在测量管上。在测量时传感器中的励磁线圈通电产生磁场，将在与测量管轴线垂直的方向产生一磁通量密度为B的工作磁场，此时如果具有一定导电率的流体经过测量管，将切割磁力线感应出电势E，由电极将这些微小的感应电势采集，并输送至仪表的转换器部分，对信号进行放大、修正等操作，再通过公式将其换算成相应的流量数据，非常终显示到仪表或输出到上位机系统。

          导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小计算公式［1］为E=KBDv(1)式中:E为电极间的感应电势，V;K为与磁场分布及轴向长度有关的系数;B为磁感应强度，T;D为测量管内径，m;v为平均流速，m/s。体积流量Qv等于流体的流速v与管道截面积πD2/4的乘积，将式(1)代入得:Qv=πDE/(4KB)(2)

         由式(2)可知，在流量计直径D确定且保持磁感应强度B不变时，被测体积流量与感应电势呈正相关关系。为了更好得出非常终测量结果，还需在流量计两侧各安装一根电极，引入感应电势E，利用感应电势测量原理测量此感应电势的大小，就可计算出体积流量，得出测量值。3电磁流量计的安装要求(1)电磁流量计的安装位置要根据设计图纸来确定，具体型号由业主方确定。电磁流量计的传感器也需严格按照设计图纸及设备形式确定其安装位置，其安装形式不可随意更改。

      安装时，要特别注意二个电极的轴线必须大致在水平方向上。

        (2)电磁流量计的传感器安装要能保证测量管中充满被测介质，所以在设计时，选择较为平直的一段隧洞，在流量计两端各100m处将隧洞直径由3．6m变为3．4m，以保证隧洞内水流充满测量管，流量计传感器非常好安装在测量管的中部，避免端部真空影响计量效果。

         (3)安装传感器时要注意传感器上箭头的方向是指水流的方向，在安装之前需调整好流量计的方向而后进行吊装。

        (4)在安装电磁流量计的传感器时，要安装在相对固定的位置，确保其不受周围环境的影响，特别是振动;如果必须安装在有振动的地方时，需要在安装传感器的管道两侧进行加固，减少振动对仪器的干扰。

          (5)在电磁流量计传感器安装要求上，对直管段长度的要求一般在传感器上游侧不小于10倍管道直径，在下游侧不小于2倍管道直径。(6)流量计安装偏差要求:垂直度偏差≤3'26″，平面位置偏差≤10mm，高程偏差≤15mm。(7)转换器一般安装在室内，注意防水防尘，避免阳光直射。4电磁流量计的安装4．1流量计安装方案的确定由于流量计安装在竖井内26m的位置，且竖井口尺寸较小，所以流量计安装的重点在于流量计的起吊和运输。

          为了解决流量计在受限空间的吊装运输问题，计划采用两种方案:方案一采用150t汽车起重机进行吊装，方案二采用龙门吊加电动葫芦的组合方式进行吊装。汽车起重机吊装可以将流量计一次吊运到位，省去二次倒运，但安装的稳定性和可操作性不及龙门吊，且采用汽车起重机起吊必须将龙门吊和物料提升机拆除之后方可吊装，有可能超出施工工期，经过综合各方面因素考虑，采用第二种方案进行流量计吊装。

       4．2流量计吊装4．2．1准备工作(1)对隧洞两端钢管进行安装浇注，钢管长度2m、直径3460mm、厚度30mm，采用自密实C30W8钢筋混凝土浇筑，完成之后进行隧洞回填灌浆，确保隧洞无渗水。

         (2)委托具有相应资质的单位对龙门吊2台电动葫芦的性能进行检测，并出具检测报告，确保电能葫芦性能正常。本工程电动葫芦设计吊装重量为10t，根据计算，起吊重量符合使用要求。(3)对龙门架各构件进行检查，对有损伤的部位进行更换，确保其承载力达到使用要求。(4)试吊，将流量计用2个电动葫芦吊起，离地约500mm，静止2h，流量计高度无下降即为合格。     4．2．2吊装流量计本工程流量计管径为DN3400mm，长度为3400mm，重9t，采用2台10t电动葫芦进行吊装。两根电动葫芦钢丝绳平行，则每根钢丝绳承载重量4．5t。

            取动荷载系数为1．1，不均衡系数为1．2，则每根钢丝绳承重为4．5×1．1×1．2=5．94t，符合吊装承载力要求。钢丝绳、卸扣的规格、型号及选型计算。( 1) 钢丝绳。本工程流量计整节重量 9 t，即重力为 88 200 N，用绳扣捆系吊装，所有钢丝绳采用同一型号，根据图 1 所示，钢丝绳 b 受力非常大，分支数为 2 根，分支顶端夹角为 60°。

      ①每一股钢丝绳受力计算公式为

式中: S 为钢丝绳的容许拉力，N; G 为吊物重量，N; n 为钢丝绳分支数; C 为角度系数，取 1．2; k1为动荷系数，取 1．1;k2为不均衡系数，取 1．2。

        ②钢丝绳极限屈服拉力计算公式为Pp = Sk = 69 854．4 × 6 = 419 126．4 N ( 4)式中: Pp为钢丝绳的极限屈服拉力，N; k 为安全系数，取 6。③钢丝绳直径计算公式为式中: d1为钢丝绳直径，mm; 为抗拉强度，按 1 770 N/mm2计。

          直径采用标准规格，管道钢管吊装钢丝绳选用直径为 32 mm、抗拉强度为 1 770 N/mm2的规格。其他构件吊装重量在3．0 t以内，经计算吊装钢丝绳选用直径为 16 mm。( 2) 卸扣。由式( 3) 可知，1 个卸扣需 承 受 的 荷 载 P 为 69 854．4 N。卸扣销轴直径计算公式为式中: d2为卸扣销轴直径，mm; P 为卸扣承受的载荷，N。直径采用标准规格，管道钢管吊装选用卸扣销轴直径为 45 mm。

       其他构件吊装重量在 3．0 t 以内，吊装选用卸扣销轴直径不小于 20 mm。4．3 流量计和伸缩节对接流量计法兰预留螺栓孔 126 个，孔径 28 mm，采用螺栓连接，中间采用密封胶垫片粘贴，伸缩节可以自由伸缩 100 mm，在对接过程中，伸缩节先调整在伸缩状态±50 mm 位置，螺栓安装时需对称，确保全部螺栓均可安装到位。

       安装后对流量计进行复测，误差均在允许偏差范围之内，符合施工要求。施工过程中必须注意以下几点: ①吊装设备安装高度及平行位置必须经过测量打点，确保安装位置正确;

                    ②密封胶垫片须整圈粘贴牢固;

                    ③在安装过程中，测量必须严格把关，根据现场情况，将垂直度、平面位置、高程控制在误差允许范围之内; ④孔位对准后，固定螺杆及螺帽在拧紧过程中采用人工配合机械的方式对称、均匀紧固，以免受力不均匀对螺纹产生影响。

              4．4 系统水压试验引水隧洞为有压隧洞，流量计、伸缩节及传感器等整体安装结束后，需进行水压试验，试验压力为 1．5 倍的工作压力，水压试验合格后，方可投入运行。

             4．5 系统调试与投运根据仪表参数、工艺参数、运行控制方式、测量介质以及测量环境来对智能变送器进行主菜单、子程序的功能和数据组态设定。仪表型号为 DEM41F，测试日期为 2020 年 12 月 24 日，当管道充满水后，对传感器电缆、电极进行阻抗及绝缘性能测试，利用模拟器对智能变送器模拟测试，在安装完成之后，组织人员对流量计进行试运行，确定流量计运行良好且计量准确，运行计量部分测试结果见表 1。5

            结 语采用龙门吊吊装流量计安装施工时间为 14 d，包括电动葫芦的检测和维修、试吊、吊装、试运行等，相对 150 t 汽车起重机吊装，节约了时间和资金，达到了节约时间和成本的目标。超大口径电磁流量计在城市引水工程输水管线中应用越来越广泛，在安装过程中，必须严格控制其各个构件的安装工艺和方法，包括

构件的安装、伸缩节的对中及调平、传感器的防干扰措施等，严格控制影响测量精度的几个关键工艺点，对现场安装流程中的运输、组装、吊装、对中、调平、焊接、无损检测、防腐等环节的质量必须控制到位，根据工艺参数、控

制参数、仪器参数设定菜单程序的功能和数据，以保证测量数据准确有效。

            公明水库引水工程实践表明，采用上述施工方法，可以减少对仪器的损伤，确保工期可控、安装质量有保证，继而保证计量的准确性、运行的可靠性等。