案例分析：“带压且非满管”情况下 泵站出口流量怎么测？
提升泵站的出水管，通常都是满管及较高流速，适合安装电磁流量计进行流量测量。
在实际项目中，由于现场土建和安装条件限制，不少提升泵站出现如下情况，导致其出水管为“带压及非满管”：
▶出口有较长的水平管段，类似下图③的位置；
▶跌水，类似下图④的位置。
提升泵站的出水管如果为“带压及非满管”，则无法使用电磁流量计正常进行流量测量，也无法采用常见的流量测量方式。
“带压及非满管”流量测量问题，是不少提升泵站运行中都存在的难点和痛点问题，值得深入分析、讨论并解决。
01、问题分析
目前提升泵站的出水流量测量，常采用电磁流量计，可能使用超声波多普勒流量计和超声波互相关流量计。这些流量计都是速度面积法流量计。其核心就是要同步测量过流断面的平均流速和过流断面面积。
Q=A过流面积·V平均[体积/面积]
非满管情况下，过流断面面积的测量转换为高度的测量。
▶在满管情况下，过流断面设定为固定值，则只需测量过流断面的平均流速，例如电磁流量计。
▶在“不带压及非满管”情况下，需要同步测量过流断面的高度和平均流速。过流断面的高度，可采用压力传感器和空气超声波液位计，例如重力流排水管网的流量测量。
▶在“带压及非满管”情况下，也需要同步测量过流断面的面积和平均流速。除了非满管情况下的流速测量难题以外，过流断面的高度测量也面临很大的挑战：
♦压力传感器受到管道内空气压力（正压或负压）的影响，无法准确测量液位的高度；
♦在管道带压情况下，通常无法在管道上安装空气超声波液位计；或者空气超声波液位计无法承受管道内较高的压力。
因此，提升泵站“带压及非满管”出口流量测量面临两个难题：
▶如何准确测量“带压及非满管”情况下的流速；
▶如何精确测量“带压及非满管”情况下的液位。
02、解决方法
2.1 “带压及非满管”情况下的流速测量
如前文《观点讨论：排水管网流量精准测量，为多场景提供硬“安全底座”和软“数字底座”》中提及，可以用插入式超声波互相关流量计，对过流断面进行全断面扫描；在“带压及非满管”情况下，过流断面平均流速的测量误差达到：
▶流速＜1 m/s情况下，＜测量值的0.5%+5 mm/s；
▶流速＞1 m/s情况下，＜测量值的1%。
传感器顶端为45°角的斜面，仅仅深入管道内壁1.5cm左右，不会影响流场分布，也不会挂垃圾。
2.2 “带压及非满管”情况下的液位测量
“带压及非满管”情况下的液位测量，是其中的难点。在现场安装条件受限情况下，可以考虑：
▶安装压力传感器，要求压力传感器的测量精度达到0.25 % FSO；
▶采取措施，抵消管道内压力对液位测量的影响。
2.3 传感器的安装方式
将插入式互相关流速传感器和压力传感器安装在管道的侧下方，如下图所示。
安装方式，要考虑方便安装、方便维护、方便带压施工等要求。
03、实际案例
3.1 项目背景
▶某城市提升泵站出口管道；
▶DN600，钢管；
▶测量介质为污水，杂质多，存在非满管情况；
▶现有电磁流量计无法稳定测量。
3.2 测量任务
▶采用高精度的流量测量方法，实时监测泵站运行情况；
▶尽可能少的安装工作，适应复杂条件下的安装；
▶适应高杂质等特点。
3.3 解决方案
▶采用超声波互相关流量计，满足高精度的测量要求；
▶数量：1套；
▶传感器：1xCSM插入式互相关传感器，1套压力传感器；
▶安装方式：插入式安装；
▶数据：通过4G上传云端。
04、实际测量结果
经过连续测量，发现：
▶当液位在0.200 m（非满管）~0.543 m（非满管）波动情况下，可以稳定测量流量。
▶能够在“带压及非满管”情况下，实时反馈液位和流速的变化，且与现场运行工况相符。
05、结论
（1）提升泵站出水管如果为“带压及非满管”，则无法使用电磁流量计等常规流量计进行流量测量。
（2）“带压及非满管”流量测量的难点是过流断面的平均流速和带压情况下的液位测量。
（3）可以考虑采用插入式互相关流量计+压力传感器的组合测量；同时采取措施，抵消管道内压力对液位测量的影响。
（4）实际使用效果证明，插入式互相关流量计+压力传感器的组合测量能够在“带压及非满管”情况下，实时反馈液位和流速的变化，且与现场运行工况相符。
