电磁流量计在市政冻结工程监测中的应用

摘要:为了保证冻结工程的实际效果，采用电磁流量计能够实现对盐水流量的实时监测与控制。阐述了电磁流量计的测量原理、结构以及特点,明确了安装技术要求以及误差消除措施。通过在广州地铁十一号线某地铁隧道横通道冻结工程中的应用分析，DN50型电磁流量计能及时准确的反映各分组盐水流量变化，从而对各分组流量进行精准调节，可以为类似复杂布孔市政冻结工程的单组盐水流量监测提供借鉴。
0引言
　　在冻结工程中，为保证冻结壁均匀发展,要求各冻结孔盐水流量均衡。在井筒冻结工程中,普遍具有孔数少、孔深长且统一的特点,通常都是进行单孔盐水循环。由于各孔深度一致,在盐水干管中安装电磁流量计以监测盐水总流量，采用串接机械水表的方式测量单孔流量,在冻结孔回水管上安设温度测点，根据各孔回水温度的高低对比，来判断单孔盐水流量是否均衡。然而，盐水流量变化时,回水温度往往滞后反应，而机械水表会影响盐水的正常流动,只能作为临时测量手段:?。
　　随着人工冻结技术越来越多的应用于大型地铁隧道施工，冻结设计呈现孔数多、孔深短且长短不一的趋势,并且通常会将几个冻结孔串连成组进行盐水循环,由于各组冻.结孔总延米数很难保持一-致，往往需要对各组流量进行平衡调整。在市政冻结工程中,除了盐水干管,还需要在分组冻结孔管路中安装电磁流量计，以对分组盐水流量进行持续的精确化监测。
本文对电磁流量计在市政冻结工程分组盐水流量监测中的应用进行研究,结合电磁流量计的原理、结构以及特点,明确了安装技术要求，并在广州地铁十一号线某地铁隧道横通道冻结加固工程中成功应用。
1电磁流量计
1.1电磁流量计的测量原理
　　电磁流量计是应用法拉第电磁感应定律而制成(见图1),即:将流体作为一种导电体,导电体在磁场中运动,切割磁力线从而产生感应电动势,感应电动势的大小又和液体.的流量大小成正比，可以通过测量电动势变化来反映管道内液体流量的变化。

1.2电磁流量计的结构
　　电磁流量计的结构包含传感器和转换器两个部分(见图2),传感器负责测量管道中流体的瞬时流量,并将所测流量的感应电动势信号输送到转换器中。转换器则负责将接收到的感应电动势信号放大,并转换成实际流量值进行显示，还可以输出4mA~20mA标准电流信号或RS485信号，实现管道流量的远距离自动化监测。

1.3电磁流量计的特点
电磁流量计具有如下主要特点:
1)结构简单,传感器内无阻流部件,管道压力损失小，对所测液体的流动干扰小。
2)测量结果不受所测管道内液体的温度、密度、压力和粘度的影响，工作可靠,而且有较高的测量精度。
3)无机械惯性,反应灵敏,可以测量流体的瞬时脉动流量，有较好的线性,可以将所测电势信号转换成标准信号输出，通常有一体显示与分体显示两种模式，可满足多种应用场景。
4)根据所测液体切割磁力线方向的不同，电磁流量计可以测量流体的正反向流量值。
5)量程范围较大，量程比高达1:100,测量结果只与所测流体的平均流速有关,而与轴对称分布下的紊流或层流状态无关。
6)传感器内没有可动部件,选择合理的材料制作与所测液体有直接接触的衬里和电极,即可达到很好的耐磨损、耐腐蚀要求。.
2电磁流量计的安装要求
　　为确保电磁流量计测量的准确性,安装时应满足以下要求:
1)电磁流量计公称通径应与所测盐水管道的管径大小一致，当传感器口径小于盐水管道时,必须在传感器前后加接异径管。
2)由于盐水(氯化钙溶液)具有腐蚀性,电磁流量计应.选配耐腐蚀性良好的传感器衬里和电极。
3)安装时应保证盐水流动方向与壳体所标流动方向一致，若发现两者不一致时，应调整传感器的安装方向,或者修改转换器中关于液体流动方向的设置。
4)为防止氯化钙结晶及其他杂质沉积，安装位置应避开盐水管道最低处。
5)为防止因为传感器内液体不满管而产生测量误差,安装位置应避开盐水管道最高处、盐水泵吸水口、盐水管出水口及向下流动的管道等易产生空管现象的地方。
6)为保证通过电磁流量计的盐水流动平稳,传感器安装位置前后直管段长度要求如下:进水端直管段大于5倍管道内径,出水端直管段大于3倍管道内径,从电极轴线开始测量。
7)为保证测量准确,安装时应保证电磁流量计的电极轴线近似在水平方向。
8)为避免因电磁干扰而产生测量误差,应将传感器与转换器的接地极进行可靠接地，要求接地电阻值小于10Q。
9)为防止安装期间损坏电磁流量计,搬运过程中应避免传感器内衬及转换器受力,安装盐水管道时应预留电磁流量计的位置，待焊接作业完成后再安装电磁流量计。
10)由于盐水温度较低，为防止盐水管道结霜越结越大，影响转换器正常工作,盐水管道及传感器外壳应进行保温。
11)盐水管道周边通常湿度较大，应将进线口进行密封处理，每次开盖接线或调整设置后，应检查密封胶圈是否完好，并将端盖拧紧，防止因进水引起转换器故障。
12)为了避免因盐水中含有大量气泡而使电磁流量计产生测量误差，可以采取以下措施:a.往盐水中加入适量的有机硅消泡剂，可以有效消除盐水中的气泡;b.将盐水箱液.位维持在较高位置,也能减小因盐水泵吸水而导致的吸气现象;c.在盐水管路最高处安装放气阀,定期排放管道中积聚的空气。
3工程应用
3.1工程概况
　　广州地铁十一号线某地铁隧道横通道冻结工程共设计冻结孔438个，单孔深度1.8m~52.3m,共分成90组,单组总延米数9.1m~298.8m,设计要求单孔流量不小于5m3/h,各组延米数差异较大,流量不均的问题比较突出,.需要对各组流量进行平衡调节，在每组冻结孔回水管处安装1台电磁流量计,实际安装位置见图3,电磁流量计主要.技术参数如下:
型号:YSDLD-DN50;
公称通径:50mm;
额定压力:1.0MPa;
衬里:四氟;
电极:316L;
供电:DC220V;
精度等级:0.5级;
信号输出:RS485。

　　通过UT6008MT型串口服务器,将电磁流量计转换器输出的RS485信号接入冻结实时监测系统,实现了冻结孔分组盐水流量的自动化监测。
3.2测量应用
　　2020年3月25日1号横通道由于冻结孔内积气导致右侧第19组流量偏小,采取添加有机硅消泡剂的措施来消除盐水中的气泡,处理过程如下:9:30往1号盐水箱中添加10kg消泡剂，10:00开始右侧第19组流量逐步增大,期间流量偶有波动，说明孔内空气仍未排净,次日0:40流量增大速度骤然加快,1:10流量增至最大值10.5m*/h,并在此流量附近保持稳定,说明该组气堵问题已得到解决,7:55将该组流量调小到5.5m'/h。
　　处理气堵问题期间，数据库中间隔10min存储的右侧第19组及周边2组冻结孔盐水流量变化曲线如图4所示。

　　从图4可以看出，由于处理气堵问题期间盐水泵阀门.未进行调节,在右侧第19组冻结孔流量缓慢增大及调小的同时，周边组冻结孔的流量呈反向缓慢变化,即盐水总流量.保持不变。
4结语
　　广州地铁十一号线某地铁隧道横通道冻结工程通过应用LD-DN50型电磁流量计,实现了对冻结工程冻结孔分组流量的实时监测,其能及时准确的反映各孔盐水流量变化,从而实现了分组流量的精准调节。
电磁流量计为类似的复杂布孔市政冻结工程的分组盐水流量监测提供了一个有效手段。

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