CN117537285A - 供水管道内表面结垢状态的在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，包括以下步骤：通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表；将管道压力损失值与结垢状态的对应表存入管网压力监测系统的计算机存储器中；在实际供水管道的待监测管段上，与试验等间距的安装一定数量的技术指标相同的压力传感器和信号处理与通信单元，测量得到压力传感器的压力值；在线监测时，根据管网地理信息系统GIS提供的不同内径尺寸的管道信息，水务平台同步采集测量得到的压力传感器的压力值，并将其同步上传至水务平台的管网压力监测系统中进行数据处理，根据实际管道压力损失值对照存储的管道压力损失值与结垢状态的对应表，推算出结垢严重程度等级的情况。
Description
技术领域
本发明属于供水技术领域，具体涉及一种供水管道内表面结垢状态的在线监测方法。
背景技术
供水管道经过一段时间的运行后，由于水中存在有矿物质、离子、微生物以及铁锈等物质，很容易在管道内壁上积累形成所谓的“水垢”，使管道“绝对粗糙度”R值增加，同时也使管道的压力损失增加，导致供水能量发生较大损失。
现有技术中通常的做法包括：(1)安排人工不定期开挖供水管道，观察其结垢情况；(2)采用非开挖方法，设置专用测量与传动装置，将图像传感器放置到供水管道中，并在管道内进行沿途观察。以上两种做法不仅效率低下，又要花很多时间，而且费用又很高，不适合普遍推广使用。
发明内容
鉴于以上存在的问题，本发明提供一种供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，在线即可得到供水管道内表面结垢状态，省时省力，节省了大量人工成本。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，包括以下步骤：
通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表；
将管道压力损失值与结垢状态的对应表存入管网压力监测系统的计算机存储器中；
在实际供水管道的待监测管段上，与试验等间距的安装一定数量的技术指标相同的压力传感器和信号处理与通信单元，测量得到压力传感器的压力值；
在线监测时，根据管网地理信息系统GIS提供的不同内径尺寸的管道信息，以及由流量计提供的当管道内流速处于经济流速附近时的流量信息，水务平台同步采集测量得到的压力传感器的压力值，并将其同步上传至水务平台的管网压力监测系统中进行数据处理，根据实际管道压力损失值对照存储的管道压力损失值与结垢状态的对应表，推算出结垢严重程度等级的情况，决定是否对管道进行冲洗或更换。
一种可能的实现方式中，通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表具体包括：在试验用管道上等间距的安装一组压力传感器，并将流速调至经济流速范围内；在管道内模拟出不同的结垢状态，根据模拟的结垢严重程度将其分为若干等级，与此同时测量得到对应的一系列压力值，继而得到管道压力损失值测量值，得到管道压力损失值与结垢状态的对应表。
一种可能的实现方式中，管道压力损失值ΔP和结垢严重程度与绝对粗糙度R成正比。
一种可能的实现方式中，管道压力损失值ΔP和结垢严重程度与绝对粗糙度R的关系式如下：
其中λ为沿程阻力系数；ΔP为管道压力损失值；R为管道内绝对粗糙度；l为两个压力传感器之间的距离；D为管道内径；为管道内经济流速范围；g为重力加速度。
采用本发明具有如下的有益效果：通过模拟实际供水状态得到管道结构状态，继而创建可重复利用并优化的管道压力损失值与结垢状态的对应表，在实际供水过程中实时监测管道压力损失值，从而推算出结垢严重程度等级的情况，决定是否对管道进行冲洗或更换，效率大大提高，节省了很多时间和人力成本，极大降低了经济成本，适合普遍推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例的供水管道内表面结垢状态的在线监测方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例中供水管道在线实时压力损失检测示意图；
图3为本发明一实施例中供水管道中压力传感器和信号处理与通信单元的安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，所示为本发明实施例的供水管道内表面结垢状态的在线监测方法的步骤流程图，包括以下步骤：
S10，通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表；
S20，将管道压力损失值与结垢状态的对应表存入管网压力监测系统的计算机存储器中；
S30，在实际供水管道的待监测管段上，与试验等间距的安装一定数量的技术指标相同的压力传感器和信号处理与通信单元，测量得到压力传感器的压力值；对于整个供水管网系统而言，可以采用压力传感器两两成对的安装方式去识别整个管网系统的结垢状况，安装结构如图3所示。
S40，在线监测时，根据管网地理信息系统GIS提供的不同内径尺寸的管道信息，以及由流量计提供的当管道内流速处于经济流速附近时的流量信息，水务平台同步采集测量得到的压力传感器的压力值，并将其同步上传至水务平台的管网压力监测系统中进行数据处理，根据实际管道压力损失值对照存储的管道压力损失值与结垢状态的对应表，推算出结垢严重程度等级的情况，决定是否对管道进行冲洗或更换。
本发明一实施例中，通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表具体包括：如图2所示，在试验用管道上等间距的安装一组压力传感器，并将流速调至经济流速范围内；在管道内模拟出不同的结垢状态，根据模拟的结垢严重程度将其分为若干等级，与此同时测量得到对应的一系列压力值如图2中所示的P1、P2，继而得到管道压力损失值测量值ΔP＝P2-P1，得到管道压力损失值与结垢状态的对应表，如表1所示，表中包括管道压力损失值ΔP1、ΔP2、˙˙˙、ΔPi、˙˙˙、ΔPn，与管道压力损失值对应的结垢严重程度等级M1、M2、˙˙˙、Mi、˙˙˙、Mn，以及对应管道结垢状态的图像照片1、2、˙˙˙、i、˙˙˙、n。
表1管道压力损失值与结垢状态的对应表
| 管道压力损失值 | ΔP1 | ΔP2 | ˙˙˙ | ΔPi | ˙˙˙ | ΔPn |
| 结垢严重程度等级 | M1 | M2 | ˙˙˙ | Mi | ˙˙˙ | Mn |
| 对应图像照片 | 1 | 2 | ˙˙˙ | i | ˙˙˙ | n |
本发明一实施例中，管道压力损失值ΔP和结垢严重程度与绝对粗糙度值R成正比，即压力损失值(压力差)：ΔP∝R(其中ΔP＝P2-P1)。因此，通过获取安装在供水管道中相距为l的两压力传感器测得的压力差ΔP值，就可以获得管道内绝对粗糙度R的变化状况，也就间接了解到管道内结垢的趋势及严重程度，可以为是否要进行管道清洗或更换管道作出评价与决策。
公式(1)表明，管道压力损失值ΔP是沿程阻力系数λ的函数，而沿程阻力系数λ又是管道内绝对粗糙度R的函数。当两压力传感器之间的安装距离l、供水管道内径D、管道内平均流速以及重力加速度g为某一固定量(即常量)时，可用公式(2)来表达压力损失与管道内绝对粗糙度之间的函数关系。公式(3)和公式(4)是公式(2)的推导过程，公式(5)是公式(2)的具体表达。
因为
所以
又因为
所以管道压力损失值ΔP和结垢严重程度与绝对粗糙度R的关系式如下：
其中λ为沿程阻力系数；ΔP为管道压力损失值；R为管道内绝对粗糙度；l为两个压力传感器之间的距离；D为管道内径；为管道内经济流速范围；g为重力加速度，对于整个供水管网系统而言，可以采用压力传感器两两成对的安装方式去识别整个管网系统的结垢状况。
以上设置的供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，通过模拟实际供水状态得到管道结构状态，继而创建可重复利用并优化的管道压力损失值与结垢状态的对应表，在实际供水过程中实时监测管道压力损失值，从而推算出结垢严重程度等级的情况，决定是否对管道进行冲洗或更换，效率大大提高，节省了很多时间和人力成本，极大降低了经济成本，适合普遍推广使用。
应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。
Claims (4)
1.一种供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表；
将管道压力损失值与结垢状态的对应表存入管网压力监测系统的计算机存储器中；
在实际供水管道的待监测管段上，与试验等间距的安装一定数量的技术指标相同的压力传感器和信号处理与通信单元，测量得到压力传感器的压力值；
在线监测时，根据管网地理信息系统GIS提供的不同内径尺寸的管道信息，以及由流量计提供的当管道内流速处于经济流速附近时的流量信息，水务平台同步采集测量得到的压力传感器的压力值，并将其同步上传至水务平台的管网压力监测系统中进行数据处理，根据实际管道压力损失值对照存储的管道压力损失值与结垢状态的对应表，推算出结垢严重程度等级的情况，决定是否对管道进行冲洗或更换。
2.如权利要求1所述的供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，其特征在于，通过试验用管道模拟得到管道压力损失值与结垢状态的对应表具体包括：在试验用管道上等间距的安装一组压力传感器，并将流速调至经济流速范围内；在管道内模拟出不同的结垢状态，根据模拟的结垢严重程度将其分为若干等级，与此同时测量得到对应的一系列压力值，继而得到管道压力损失值测量值，得到管道压力损失值与结垢状态的对应表。
3.如权利要求2所述的供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，其特征在于，管道压力损失值ΔP和结垢严重程度与绝对粗糙度R成正比。
4.如权利要求3所述的供水管道内表面结垢状态的在线监测方法，其特征在于，管道压力损失值ΔP和结垢严重程度与绝对粗糙度R的关系式如下：
其中λ为沿程阻力系数；ΔP为管道压力损失值；R为管道内绝对粗糙度；
l为两个压力传感器之间的距离；D为管道内径；为管道内经济流速范围；g为重力加速度。
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