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              堰槽式明渠廢水流量計的流量監測數據有效性判別技術分析

              發表時間:2019-06-13 ??點擊次數:? 技術支持:15601403222
               “十一五”以來,根據主要污染物總量減排監測的要求,重點排污企業均安裝了廢水流量自動監測裝置,以堰、槽明渠流量計為主,其中zui常用的為薄壁堰和巴歇爾槽。但中國廢水自動監測技術規范[1-2]中并無流量自動監測質控或數據有效性判別技術規定,導致環保部門在開展自動監測數據有效性審核時,流量監測結果的有效性審核至今仍然空缺。該文以薄壁堰和巴歇爾槽明渠流量計為研究對象,研究廢水流量自動監測數據有效性判別技術。針對缺少堰槽明渠廢水流量監測數據有效性判別技術的現狀,研究了計量檢定期間對廢水流量計的監督檢查技術,設計了現場計量檢定項目、流量計運行維護情況、生產工況的變化3 個方面檢查內容、8 項檢查指標,并分別提出了檢查方法及檢查結果的判定與處理,填補了中國廢水流量自動數據有效性認定的技術空白,完善了廢水流量監測的質控體系。開展的試點工作表明,該文提出廢水流量計監督檢查技術具有較好的實用性。
               
              1 堰槽明渠廢水流量計在進行流量監測技術及問題識別中國的堰槽式明渠廢水流量監測技術標準分為3 類,分別是建設部門頒布的流量計測量標準[3-7]、計量部門頒布的流量計檢定規程[8]和環保部門頒布的產品技術要求[9]。測量標準涵蓋了流量計的結構、流量公式、制作、安裝、水頭測量、綜合誤差分析及維護等方面內容; 計量檢定規程規定了對產品規格、性能、不確定度等進行定期檢測,確保流量測量的不確定度在標準范圍內; 環保產品技術要求則規定了明渠廢水流量計的技術要求、檢驗項目、試驗方法、檢驗規則、包裝、運輸和貯存的要求,是明渠流量計進入環境保護領域使用的門檻。3 類技術中,測量技術標準是基礎,環保產品技術要求及計量檢定規程是保證測量準確的外部質控要求,其中計量檢定是目前**保證流量計日常正常運行、數據準確有效的技術要求。
               
              但由于流量計計量檢定工作量較大,計量人員技術要求高,較難頻繁開展。中國目前流量計的計量檢定周期一般為兩年或以上。由于兩次檢定期間間隔時間較長,而企業生產工況變化導致的排水量和水質的變化、流量計運行維護、水位測量精度等因素對廢水流量監測的準確性均會產生較大的影響。通過研究檢定期間廢水流量計的監督檢查技術,檢查廢水流量計是否得到必要的維護,運行是否正常,作為判別廢水流量監測數據是否有效的依據。這對于完善廢水自動監測技術規范和廢水流量測量質量保證體系也是非常必要的,見圖1。

              明渠廢水流量計
               
                2 明渠廢水流量監測質量監督檢查技術研究
              2. 1 明渠流量計監督檢查技術設計總體思路監督檢查可以看作的計量檢定的期間核查,檢查內容設計的基本原則是既抓住影響測量結果準確性的關鍵點,又須簡便易行??蓮默F場計量檢定技術內容、日常運行維護情況、生產工況的變化等幾個方面考慮檢查內容的設計,在2. 2、2. 3、2. 4 節將分別進行詳細介紹。監督檢查的方法遵循科學實用、簡便易行的原則,可采用資料檢查、現場勘察、參數核對和流量計算相結合,輔以必要的水位實測驗證,對流量計的運行情況及數據準確性進行較為全面的判定。
               
                2. 2 以現場計量檢定技術內容為基礎的監督檢查技術現場檢定技術內容直接影響流量測量的不確定度。明渠流量計現場計量檢定內容主要包括
               ?、俣蝺x表水位誤差的檢定;
               ?、谘卟圻^流狀態, 要求行近渠槽水流條件Fr≤0. 5,并判斷自由出流或淹沒出流;
               ?、垩卟劢Y構尺寸( 寬度、長度) 的不確定值;
               ?、苄薪坶L度、行近渠槽中心線與堰槽建筑物中心線重合程度;
                 ⑤水位零點的不確定值;
               ?、匏涣髁哭D換不確定度。
              在充分考慮上述內容的基礎上,按照監督檢查設計總體原則對檢查項目進行簡化設計,包括流量計檢定證書及設備清單、水位測量點位及測量精度、過流狀態及流量計算、渠槽結構及狀態4項。
               
                2. 2. 1 流量計檢定證書及設備清單
                檢查內容設計: 流量計通過計量檢定是保證流量測量數據準確的前提,因此*先要檢查流量計的現場計量檢定證書,同時檢查流量計的設備清單、有關的技術材料、技術參數是否齊全及符合要求。
                檢查方法: 明渠廢水流量計由量水堰槽和水位流量轉換儀表組成。流量計檢定證書由具備流量檢定資質的單位出具,內容包括流量計的類型及檢定結果?,F場檢查時,由排污企業出具流量計設備清單和流量計檢定證書,再進行如下檢查:
               ?、賹φ赵O備清單在現場逐一察看,檢查設備的完整性及有關參數;
               ?、诔鼍邫z定證書的單位是否有檢定資質; 檢定證書是否過期; 不確定度檢定結果是否合格。
              檢查結果處理: 沒有流量計檢定證書、或檢定證書過期的,盡快進行計量檢定,直到檢定合格。
               
                2. 2. 2 檢查水位測量點位及測量精度
              檢查內容設計: 將計量檢定內容①和⑤合并為檢查水位測量點位及測量精度,水位測量是明渠流量計定量計算流量zui重要的動態參數,其測量位置正確性和測量結果的準確性是流量數據準確的重要保證。
               
              檢查方法: 依據流量計測量標準及技術要求,薄壁堰的水位觀測斷面位于堰板上游3 ~ 4 倍zui大水位處; 巴歇爾槽的水位觀測斷面位于喉道上游2 /3 收縮段處( 淹沒流時雙水位測量,設二水位觀測靜水井,但中國廢水流量監測一般不采用淹沒流,無二水位觀測靜水井) 。
               
              水位的測量精度的檢查方法: 查看水位校準記錄,檢查校準周期及校準結果; 采用測量精度達1 mm 的直尺測量水位觀測斷面處的水位值,并和流量計的水位觀測值進行比較。按照測量標準,要求誤差在3 mm 以內。
               
              檢查結果處理: 水位測量位置不合格,監測數據不合格,需要整改; 水位測量精度不合格的,監測數據不合格,需要檢查校準水位測量儀表。
               
                2. 2. 3 檢查過流狀態及流量計算
                檢查內容設計: 將計量檢定內容②和⑥合并為檢查堰槽過流狀態、流量計算公式及計算結果。由于廢水流量計設計一般為自由流,該文按自由流要求設計檢查方法。
                檢查方法: *先檢查過流狀態是否為自由流。對于薄壁堰,檢查下游水位,若不高于堰頂為自由流。巴歇爾槽的過流狀態依據淹沒系數判定,淹沒系數為下游水位和上游水位的比值。巴歇爾槽喉道寬度為小于0. 152、0. 152 ~ 1、1 ~ 2. 4、大于3. 05 m時,淹沒系數須分別小于0. 5、0. 6、0. 7、0. 8。根據過流狀態和流量計算方法,采用流量計測得的水位值及流量計各規格參數,用標準的流量公式人工計算流量,并和流量計顯示結果進行比較,要求二者的計算誤差不應大于5%,否則可能存在人為修改計算公式或參數。
              檢查結果處理: 出現淹沒流的,或流量計算結果誤差大于5%的,監測數據不合格,需進行相應的整改。
               
                2. 2. 4 檢查渠槽結構狀態
                檢查內容設計: 將計量檢定內容③和④合并為檢查渠槽的外觀與狀態。
              檢查方法: 主要采用現場查看的方式進行檢查,重點檢查附近是否有工程施工等可能對流量計結構產生影響的事件,再檢查渠槽是否有改動的痕跡,是否有明顯的變形、漏水,渠道是否清潔、水流是否暢通等,若都沒有可判定渠槽結構狀態無明顯改變。檢查結果處理: 渠槽結構狀態發生明顯改變的,監測數據不合格,需進行相應的整改。
               
                2. 3 明渠流量計運行維護情況檢查
              堰槽測量標準均對流量計的維護提出了要求[3-7],主要包括: ①行近渠道、連通管和靜水井保持清潔; ②下游渠道應無阻礙; ③堰體或槽體應保持牢固、無損害; ④無漏水; ⑤每年檢查一次堰槽各部位的尺寸,與原尺寸相符; ⑥每年校驗一次水位計的精度; ⑦每年校測一次水頭零點。其中,維護要求①、②、③、④、⑤的檢查可并入2. 2. 4 中,維護要求⑥和⑦的檢查可并入2. 2. 2 中。此外,還需增加對排污企業運維情況與數據處理情況的檢查。
               
                2. 3. 1 流量計運行維護情況
                檢查內容: 檢查流量計是否有專人負責運行維護,人員是否開展有關技術培訓; 檢查運行維護的內容、檔案記錄情況,重點檢查渠道的清理、液位測量的校準等運維記錄。
              檢查方法: 檢查流量計維護的檔案資料,并進行現場查看,重點檢查: ①流量計的日常維護是否責任到人; ②流量計的日常維護檔案記錄,水位測量、水頭零點是否定期校準; ③堰式流量計是否存在堰前雍堵、漂浮物和懸浮物過多等情況。檢查結果處理: 明渠流量計運行維護檔案不全、不規范的,渠道不暢通的,需完善運行維護制度,并做好維護工作。
               
                2. 3. 2 數據處理情況檢查
                檢查內容: 檢查數據庫記錄,包括瞬時流量數據及累計流量數據,數據的缺失情況及數據處理情況。
              檢 查方法: 調閱流量計歷史數據庫,檢查流量數據的異常、缺失及處理情況,檢查流量小時數據及日報表,計算流量數據的獲取率( 正常的小時流量數據量/排污小時數) 。檢查結果處理: 流量數據獲取率小于85%的,需完善運維制度、加強運維工作。
               
                2. 4 基于生產工況變化情況的檢查
              工況的變化可能導致水質及流量的改變,對于流量的測量可能產生較大影響。因此本部分檢查重點包括水質變化情況和流量變化情況。
               
                2. 4. 1 水質的變化情況
              檢查內容: 對于堰式流量計,可檢查懸浮物、漂浮物是否大量增加導致堰前雍堵等。檢查方法: 對于堰式流量計,檢查水質情況,如果由于工況的變化導致廢水中懸浮物或漂浮物含量過高,造成堰前雍堵,流量計就不能正常測流。檢查結果處理: 若懸浮物或漂浮物顯著增多造成堰前擁堵、影響測量的,監測數據不合格,需建立定期清理計劃并落實,必要時改用其它類型流量計。
               
                2. 4. 2 流量的變化情況
                檢查內容設計: 一般來說,在量程范圍內,明渠流量計的測量誤差和流量成反比,如果由于工況的改變,導致平均流量過小或過大均會影響流量數據的準確度。以一個典型的小型三角堰為例,水位、流量和不確定度關系見表1[10]。

              明渠流量計
               
                由于流量計示值的幾個檢定點一般在流量計量程的20% ~ 100% 之間,流量計不確定度為各檢定點不確定度的平均值, 20%以下未設檢定點。因此,流量測量平均值也應在量程范圍的20% ~100%為宜。表1 中,流量達0. 459 時,不確定度為2. 8%,剛好接近中國三角堰不確定度標準3%[8]的要求,此時流量結果接近于量程的20%。若排污企業工況發生變化,導致流量的平均值小于流量計量程的20%,流量測量結果的不確定度就難以滿足計量要求。顯然,如果流量測量結果平均大于明渠流量計量程的100%時,也是不合適的。檢查方法: 調閱的流量數據庫計算小時流量平均值,檢查小時流量平均值是否在流量計量程的20% ~ 100%之間。
              檢查結果處理: 若流量均值低于流量計量程的20%,或大于量程的100%,監測數據不合格,視實際流量更換適當量程的流量計。
               
                3 應用試點及結論
              對某市安裝的11 套堰槽明渠流量計進行現場監督檢查試點。11 家企業均安裝了矩形薄壁堰,檢查結果:
              ①僅4 家通過計量檢定,1 家檢定證書過期,其余6 家未開展檢定;
              ②6 家水位觀測斷面位置不符合要求;
              ③3 家水位測量誤差小于3mm,5 家介于3 ~ 5 mm,3 家大于5 mm,分別為16、13 和23 mm;
              ④過流狀態、流量計運維、數據獲取情況、水質變化均符合要求,但普遍存在未定期清淤現象;
              ⑤2 家水位-流量公式計算誤差較大,分別為5. 8%和62. 9%;
              ⑥4 家企業渠槽長度不符合要求;
              ⑦3 家平均流量不符合要求,分別為量程的1. 8%、5. 8%和9. 7%。
              可見,由于監管的缺失,各流量計或多或少都存在一定問題。該文提出的明渠流量計3 個方面檢查內容、8 項檢查指標簡便易用,對于完善流量監測質控體系、保證流量數據的準確具有重要意義。另外,根據試點測量結果,水位測量誤差可修改為不大于5 mm。

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