《5-王强-全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础(智慧水务大会)V2.0.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5-王强-全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础(智慧水务大会)V2.0.pdf(31页珍藏版)》请在三个皮匠报告上搜索。
1、水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景排水系统流量测量的现状排水系统流量测量的现状、难点和流量难点和流量测量的价值测量的价值目录目录应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础排水系统流量测量的现状和难点排水系统流量测量的现状和难
2、点 排水管网流的特点:三高:污水管网高水位(雨水管有低水位)、污水处理厂高水力负荷(非高污染负荷)、高SSO(seperate sewer overflow,分流制排水污水溢流);三低:管道容积利用效率低、进水浓度低,减排效率低。测量的主要内容(1)流量(含液位);(2)水质,有如下特点:流量,现代水行业的基石和基本要素,需求贯穿各个阶段;排水系统杂质多、液位和流速波动大、存在腐蚀性气体;投资占比很小,影响很大;多种测量方法,众说纷纭;流量的测量难度,通常会超过预估。需要解决的问题:流量值能做什么?常规产品的测量误差大(30-300%?)常见的维护工作量大(3-5天,短至4小时?);流量测量设
3、备寿命短(1-2年?)。普遍认为排水管网流的流量(含EMF)测不准 怎么怎么解决解决X只需要测量流量的趋势?流量测量的价值流量测量的价值管网诊断管网诊断&外水排查外水排查泵站管控、智慧泵站泵站管控、智慧泵站碳减排碳减排&泵站节能泵站节能截流井和调蓄池运行截流井和调蓄池运行既有管道和箱涵的计量、既有管道和箱涵的计量、过程控制和过程控制和流量计校核流量计校核排水系统流有大量的流量测量需求;上一轮黑臭水体治理中存在的问题,大多和流量测量不准有关,存在事倍功半的情况。智慧化水厂智慧化水厂过程控制和校核过程控制和校核厂站网河一体化厂站网河一体化加氯消毒量控制、污加氯消毒量控制、污泥回流量控制,等等泥回流
4、量控制,等等全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础数据的背后是什么?数据的背后是什么?不同城市的排水系统的特点不同;正常情况下,排水系统有明显的周期性和早晚高峰;华北某华北某城市城市DN1000主管主管江南江南某中某中心城心城市市DN1000主管主管明显的周期性明显的周期性和早晚高峰和早晚高峰无明显的周期性、无早晚高峰无明显的周期性、无早晚高峰华南某中心城市华南某中心城市DN1000排水管排水管全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础我们的思考:我们的思考:l排口管网排口管网流量计的流量计的重要性排序重要性排序:维护
5、间隔维护间隔长、寿命长长、寿命长、适合的测量精度、适合的测量精度;l维护间隔长、广适应和使用便捷性维护间隔长、广适应和使用便捷性是首要是首要的考虑;的考虑;l根据排水管网特点和项目要求,选择合适根据排水管网特点和项目要求,选择合适的流量计;的流量计;l您希望的设计流量测量不准确性多少?您希望的设计流量测量不准确性多少?水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景排水系统流量测量的现状排水系统流量测量的现状、难点和流量测量的价值难点和
6、流量测量的价值目录目录应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础流量测量流量测量:常用流量方法:常用流量方法l排水系统流测量工况复杂,需要根据条件,选择不同流量计进行组合测量。接触式接触式/速度面积法速度面积法:排水管网流、河道、渠道、泵站的流量测量非接触测量非接触测量:渠道、排水管网流、特殊设备的流量测量全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础速度面积法速度面积法Q=A过流面积 v平均 体积/时间评估流量横截面评估流量横截面 -基于
7、几何形状和基于几何形状和测量测量水位的信息水位的信息流量测量原理:速度面积法流量测量原理:速度面积法全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础测量原理:超声波多普勒效应测量原理:超声波多普勒效应当急救车接近一个人时,这个人会听到更高的警笛声。当急救车接近一个人时,这个人会听到更高的警笛声。在相反的情况下,此人会听到警在相反的情况下,此人会听到警笛声降低。笛声降低。在声源(急救车)接近人(麦克风)的过程中,声波之间的距离变短 频率增加多普勒原理多普勒原理在从人(麦克风)移走声源(急救车)的过程中,声波之间的距离变长 频率降低频率降低通过通过频率变化频率变化,可
8、以确定急救车的速度,可以确定急救车的速度全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础超声波超声波连续连续多普勒多普勒:l水中的颗粒水中的颗粒通过了传感器的音锥并引起了通过了传感器的音锥并引起了频率变化;频率变化;l频率变化,频率变化,用于确定用于确定反射反射粒子粒子的径向的径向速度速度Ur;l假定反射粒子垂向流速足够小、流速远低于水中声速情况下,计算获得反射粒子假定反射粒子垂向流速足够小、流速远低于水中声速情况下,计算获得反射粒子的水平流速的水平流速U。l水中颗粒的速度与液体的速度相同,因此测量液体流速即测量颗粒的瞬时速度。水中颗粒的速度与液体的速度相同,因此
9、测量液体流速即测量颗粒的瞬时速度。对于波对于波动的流量曲线和颗粒的不同位置,动的流量曲线和颗粒的不同位置,必须用统计方法确定平均流速必须用统计方法确定平均流速,从而计算流量。,从而计算流量。流量测量流量测量:超声波连续多普勒:超声波连续多普勒全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础超声波多普勒连续波超声波多普勒连续波不同材质管道内的流态分布不同材质管道内的流态分布 理想状态 钢/塑料 混凝土多普勒流量计的优势多普勒流量计的优势简易安装可以使用浸没式或“夹持式”传感器浸没深度可以达到几米,取决于液体的密度“夹持式”传感器没有材料问题管道中无干扰配件多普勒流量
10、计的劣势多普勒流量计的劣势需要气泡或固体颗粒测量精度受颗粒浓度影响实际为点流速,而非断面流速由统计确定最终结果,而非实际测量结果需要稳定的流场条件需要校正,通过比较测量进行校准超声波多普勒与浸没深度无关,因此可评估过流剖面内的第一个可用粒子的流速!?案例案例 I II III非满管流量测量:超声波多普勒非满管流量测量:超声波多普勒全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础互相关互相关流量计,流量计,可用于可用于高精度的流量测量高精度的流量测量 由由NivuFlow(NF 750)直接测量的流量剖面)直接测量的流量剖面流量流量传感器像超声波相机一样工作传感器像
11、超声波相机一样工作:l 记录记录超声波束内的水平和垂直方向多个粒子,如同超声波束内的水平和垂直方向多个粒子,如同测量测量“颗粒云颗粒云”,并在几毫秒内并在几毫秒内对颗粒进行对颗粒进行相互比较相互比较;l 流量流量/流速流速测量值的刷新速度为测量值的刷新速度为1-2s;l 数据存储间隔为数据存储间隔为30s至至1hr,自由选择;,自由选择;l 测量实际流速,无需校准,具有最高的测量精度。测量实际流速,无需校准,具有最高的测量精度。“超声波相机超声波相机”两个相似图像模式的比较两个相似图像模式的比较互相关互相关流量剖面的原始图像流量剖面的原始图像流量测量:互相关流量计流量测量:互相关流量计全状态可
12、靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础NIVUS多普勒流量计多普勒流量计互相关流量计:互相关流量计:3D流速剖面流速剖面点流速仪通过单点流速测量推导断面流速流量测量:流量测量:互相关互相关vs多普勒多普勒“超声波相机超声波相机”两个相似图像模式的比较两个相似图像模式的比较测量值的刷新速度为测量值的刷新速度为1-2s以毫秒毫秒为单位的超声波断面图像取样和比较!全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础解决方案解决方案:测量前准备工作和测量设备选择:测量前准备工作和测量设备选择测量活动的准备工作测量活动的准备工作前后平直段长度;测
13、量精度要求;几何形状(外形,尺寸);当前水位和高水位;预计当前流速;流动模式(湍流/对称);供电和通讯方式;有毒有害气体浓度;管材;管网的状况、检查井和结构;沉积物(安装前开始清洁);进入检查井的可及性;交通管制(需要特殊许可吗?)。传感器种类、数量,及安装方式地点工序/构筑物电磁流量计雷达流量计超声波流量计基于水力学时差法 连续多普勒 脉冲多普勒 互相关污水处理厂总进口污泥回流:管道污泥回流:渠道过程控制总出口提升泵站进口出口调蓄池调蓄池进口调蓄池出口截流井截留管溢流口管网自流压力流渠道河道小型渠道大型渠道大型河道:是指可以使用,但测量不准确性偏大,或者受法规限制。全状态可靠流量测量全状态可
14、靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础解决方案:解决方案:流量计流量计安装方法安装方法可以选择多种安装方式,满足不同安装要求。涨圈法安装涨圈法安装DN150至至DN2000L杆安装杆安装无需下井,容易挂垃圾无需下井,容易挂垃圾浮板浮板/浮船安装浮船安装容易安装,非满管使用容易安装,非满管使用渠道侧壁安装渠道侧壁安装适应各种渠道尺寸适应各种渠道尺寸插入式安装插入式安装适合满管适合满管/非满管非满管全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础EINBLICKENIVUS发展历程发展历程n全球领先的水行业测量仪器研发和制造商,位于德国埃平根n1967年
15、,公司成立,迄今已有55 年行业经验,不定期推出新产品n1972年,推出德国市场上第一套基于数字芯片的超声波液位计n1986年,推出第一批CSO记录系统n2014年,推出新一代雷达流量计n2021年,推出超声波多频反射技术的AFS颗粒物浓度计,实时测量不同粒径范围颗粒物浓度n2019年,推出了NFS便携式河道流量计,全球第一次实现河道断面流速分布的临时测量n2000年,推出超声波互相关流量计,全球第一次可以创建具有毫米范围的空间分配的流量剖面n2022年,推出基于传感器与AI结合的强降雨预测系统,提供街道级别的60分钟预报.n1975年,推出第一代超声波多普勒流量计全状态可靠流量测量全状态可靠
16、流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础我们我们的的应用领域应用领域排水渠道系统排水渠道系统流动水体流动水体|河坝河坝|灌溉灌溉供水和配水供水和配水污水处理厂污水处理厂城市水城市水/污水测量服务污水测量服务排口排口/浅水宽断面浅水宽断面的快速流量测量的快速流量测量全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础我们的工作和我们的工作和愿景愿景我们的愿景:实现城市水系统的数字化、韧性和绿色低碳实现城市水系统的数字化、韧性和绿色低碳我们参与的工作:源厂站网河一体化项目 城市韧性 绿色低碳 智慧管理云平台 现场服务 参编标准 科研项目全状态可靠流量测量全状态可
17、靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景排水系统流量测量的现状排水系统流量测量的现状、难点和流量测量的价值难点和流量测量的价值目录目录应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础应
18、用场景:应用场景:小区排口小区排口DN400波纹管拖拉管;CSM传感器用对穿螺丝直接固定在管底6点方向;液位波动大,流速变化快。全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础应用场景:泵站流量测量应用场景:泵站流量测量更换现有电磁流量计:DN800电磁流量计(331kg)+6x法兰+2x阀门=1355 kg vs 插入式互相关 8kg;已安装电磁流量计的校核。已安装电磁流量计的校核。全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础亚洲第一和第二大污水处理厂;进水、配水、工艺管线和污泥回流箱涵污泥回流箱涵等等,采用插入式和楔形互相关流
19、量计,数量达到100套+;近期,有若干精确曝气项目,污泥回流渠道设置互相关流量计。应用场景:应用场景:污水厂内进水和回流渠道污水厂内进水和回流渠道全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础应用场景应用场景:排水深隧:排水深隧武汉大东湖深隧;17.5公里主隧,1.7公里支隧,三座污水预处理站和一座提升泵站;管道深30至50米左右,管径约3至3.4米,水深约30-40米;近期将实现80万吨/日的污水处理规模,服务130.35平方公里的城市区域,服务人口约140万人。未来将达到150万吨/日的污水处理规模,服务200.25平方公里的城市区域,服务人口达300万人;
20、主要输送污水;在雨季发挥调蓄治污和防洪排涝的功能,满管运行;实时测量流量、实时测量流量、16层流速和平均流速和底部的污泥界面层流速和平均流速和底部的污泥界面。传感器传感器应用场景:应用场景:调蓄池进口流量测量调蓄池进口流量测量某调蓄池,L型进水箱涵,配套格栅;限流阀前平直段长度不够,流场扰动大,不适合安装流量计;限流阀后有90转弯,之后平直段约为4XB,这段地点勉强可以安装流量计,但需要规避大流量时流场的扰动。全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础QDWF,min,pM=0.5 l/sQDWF,aver.,min=0.6 l/sQDWF,aver.,pM
21、=1.1 l/s2019年年5月平均昼夜月平均昼夜DWF曲线曲线TimeFlow rate l/sQDWF,min,pM =0.5 l/s =QIIF,pMQDWF,aver.,pM=1.1 l/sQsew.,aver.,pM=0.6 l/sFWZ=83%应用场景应用场景:夜间最小流量法评估外水量:夜间最小流量法评估外水量全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础智慧平台智慧平台“1234567”:一个平台;一个平台;2个特色:在线水力模型个特色:在线水力模型调度和调度和BIM-GIS系统实现系统实现资产数字管理;资产数字管理;3个理念:动态感知、智个理念:
22、动态感知、智慧决策、精细管理;慧决策、精细管理;4个能力:感知与网格、个能力:感知与网格、仿真与模拟、预警与决策、仿真与模拟、预警与决策、调度与控制;调度与控制;5个目标:感知精细化、个目标:感知精细化、信息可视化、管理网格化、信息可视化、管理网格化、决策科学化、应急快速化;决策科学化、应急快速化;6个步骤:顶层规划、义个步骤:顶层规划、义务梳理、感知网络布局、务梳理、感知网络布局、网格化管理、大数据分析、网格化管理、大数据分析、信息化为抓手;信息化为抓手;7个个“一一”体系:标准体系、体系:标准体系、监测网络、支撑平台、管监测网络、支撑平台、管控体系、辅助决策平台、控体系、辅助决策平台、管理
23、模式、公众服务平台。管理模式、公众服务平台。应用场景应用场景:嘉兴污水管网智能感知系统嘉兴污水管网智能感知系统一张网规划、一盘棋建设、一体化运维、一平台监管;一张网规划、一盘棋建设、一体化运维、一平台监管;5大目标:感知精细化、信息可视化、管理网格化、决策科学化、应急快速化;大目标:感知精细化、信息可视化、管理网格化、决策科学化、应急快速化;根据根据5大目标设计了大目标设计了9个功能模块,实现智慧化运营管理;个功能模块,实现智慧化运营管理;一期:n 二环内污水管网智能感知设备敷设和安装n 嘉兴市本级污水管网智慧平台集成系统n 调度中心基础设施建设n 数据中心支撑环境建设n 工控网络安全等级保护
24、建设二期:n 南湖区、秀洲区、经开区污水管网智能感知设备建设(由各区负责建设)n 数据整合接入一期平台全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统水务智慧化进展:强降雨早期预警、碳减排和管网实时控制系统流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景流量测量原理比较、误差来源、解决方案和我们的愿景排水系统流量测量的现状排水系统流量测量的现状、难点和流量测量的价值难点和流量测量的价值目录目录应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他应用场景:小区及市政管网、泵站、污水厂及其他全状态可靠流量测量全状态可靠流
25、量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础水务智慧化水务智慧化:强降雨早期预警:强降雨早期预警FloodLead通过结合 DWD(德国天气预报服务,目前正拓展到国内)天气数据和来自监测区域的降水、液位和排水管网的流量/液位传感器的数据,来生成强降雨的预报信息;这些数据由智能的AI自学习,稳步提高报警质量;提前60min预测强降雨,以便启动针对的保护措施;基于高分辨率和街道级别的准确定位;已在德国多地成功实践,受到行业关注,已在德国多地成功实践,受到行业关注,2023年引年引入国内测试入国内测试。全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础由智能超声波液位
26、计、互相关流量计和内置数学模型的变送器组成;独特且经过验证的产品;红绿灯系统增强了现场操作员的可见性:红色-琥珀色-绿色效率状态;最大限度地提高维护操作的效率:水泵效率提升10-45;最小化的水泵提升;抗电磁干扰功能;改造项目时,不需要土建工程。水务智慧化水务智慧化:碳减排与:碳减排与泵站节能泵站节能全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础RTC运行运行后溢流量后溢流量降低降低50%实现替代方法:实现替代方法:新建调蓄池,总容积约255,000 m;投资高,占地面积大;或者RTC(实时控制)系(实时控制)系统统,总容积:628,000 m 已有:361,0
27、00 mRTC(实时控制)投资成本低水务智慧化水务智慧化:排水管网实时控制系统(排水管网实时控制系统(RTC)德国ITWH公司(德国汉诺威水协)具体实施;获得德国水伙伴计划Water 4.0推荐,为其推荐的唯一排水管网的智慧水务案例。基本情况:基本情况:人口156万;流域面积450 km2;合流制排水管网长度 2,200 km;平均地表不透水率48%;主要目标:主要目标:减少合流管网溢流量;调节污水处理厂的入流量;改善排水控制,法规要求降雨时合流管道溢流量为10%,实际溢流量46%。系统的底层传感器:56 套互相关流量计;80 套超声波液位计;基于雷达的天气预报 24 套雨量计我强烈建议在排水
28、管网实时控制系统(RTC)系统中安装基于互相关流量计和冗余液位测量的感知设备。-德国使用最为广泛的排水模型的开发者、国际水协和德国水协城市排水领域众多工作小组的发言人、德国ITWH公司董事长 Dr.Lothar Fuchs(洛萨福克斯博士)全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础讨论和结束语讨论和结束语可靠的流量和液位测量数据,不仅仅是城镇排水管道排查、检测、诊断和修复的可靠工具,也是污水系统源-网-厂-河一体化、雨水系统内涝防治、水环境“三水统筹”建设和管理数字化转型的感知底座,更是水务行业“数字孪生”创新发展的必备支撑。通常,一个成功的测量活动,70-80%归于设备本身,20-30%归于前期良好规划、组织实施和后期服务。我们呼吁,合理使用有限的预算投入,以便达到事半功倍的效果。您有任何的流量和液位测量困难,请联系我们!让我们一起携手,发现数据之美!NIVUS微信公众号全状态可靠流量测量全状态可靠流量测量 夯实排水系统数字基础夯实排水系统数字基础