基于ERT技術(shù)的疏浚泥漿產(chǎn)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究

劉士軍　章苗

摘 ?要：疏浚泥漿產(chǎn)量計(jì)可以引入電阻層析成像技術(shù)（ERT）密度計(jì)來(lái)取代傳統(tǒng)核技術(shù)密度計(jì)，本文介紹了基于ERT技術(shù)產(chǎn)量計(jì)的主要組成，分析了其核心組件ERT密度計(jì)工作原理及行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)記錄、分析了不同泥漿密度下核技術(shù)產(chǎn)量計(jì)、ERT技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)和艙容直接測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)論表明在水平安裝時(shí)基于ERT技術(shù)產(chǎn)量計(jì)比基于核技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)更精確。

關(guān)鍵詞：電阻層析成像;疏浚;泥漿;產(chǎn)量;挖泥船

中圖分類號(hào)：U616 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1671-2064（2020）04-0000-00

0引言

泥漿流動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)是疏浚施工中必不可少的環(huán)節(jié)。管線典型位置的泥漿混合物濃度、流速及對(duì)應(yīng)的固相產(chǎn)量測(cè)量值不僅有助于提高施工效率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也是安全平穩(wěn)施工的重要輔助決策依據(jù)[1]。已有研究可知這些參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算是由產(chǎn)量計(jì)來(lái)完成的，典型疏浚工程船產(chǎn)量計(jì)由電磁流量計(jì)，密度計(jì)、產(chǎn)量計(jì)主機(jī)及相關(guān)電氣連接裝置組成。

1 ERT產(chǎn)量計(jì)組成及其原理

基于ERT技術(shù)的疏浚用產(chǎn)量計(jì)一般由電磁流量計(jì)及其變送器，ERT傳感器，產(chǎn)量計(jì)主機(jī)及相關(guān)電氣連接裝置構(gòu)成，如圖1所示。

ERT基本數(shù)學(xué)原理為Radon變換及Radon逆變換，其經(jīng)典表達(dá)式如式（2-1）所示：

（2-1）

Radon于1917年推導(dǎo)出式（2-14）的反變換公式（2-2）：

（2-2）

式中（2-2）中 為 關(guān)于第一變?cè)猶的偏導(dǎo)數(shù)。Radon反變換的含義為通過(guò)“圖像” 在某一方向上的投影 對(duì)原圖像進(jìn)行重建。

疏浚ERT產(chǎn)量計(jì)中的ERT傳感器由電極陣列，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生裝置，數(shù)據(jù)采集與處理裝置組成，其處理后的數(shù)據(jù)可供ERT主機(jī)進(jìn)一步處理。

2試驗(yàn)研究

2.1實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)在某耙吸挖泥船進(jìn)行，該船為雙車、雙漿、雙舵、雙耙、單耙施工的挖泥船，可耙吸裝艙、抽艙吹填和艏噴，適用于挖掘淤泥、砂質(zhì)土、粘土、亞粘土、密實(shí)性砂質(zhì)粘土和密實(shí)細(xì)砂等土質(zhì)，倉(cāng)容1000m3。實(shí)驗(yàn)期間同一管線分別安裝工頻交流勵(lì)磁電磁流量計(jì)、集ERT傳感器和放射源一體式密度計(jì)及對(duì)應(yīng)兩臺(tái)產(chǎn)量計(jì)主機(jī)。核子密度計(jì)放射源、射線探測(cè)器相對(duì)置于ERT傳感器外側(cè)，與水平成45°夾角，兩套設(shè)備測(cè)量點(diǎn)處于管道同一橫截面。

實(shí)際施工過(guò)程中采用工頻交流勵(lì)磁電磁流量計(jì)測(cè)量混合物流速，分別采集基于ERT密度測(cè)量技術(shù)產(chǎn)量計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、基于核密度測(cè)量技術(shù)產(chǎn)量計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、裝艙堆積體積并進(jìn)行三者對(duì)比。

2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

表1為實(shí)船施工過(guò)程中不同泥漿密度下，裝駁堆積量與分別采用兩種密度測(cè)量技術(shù)的產(chǎn)量計(jì)測(cè)量堆積方量與裝艙堆積固體體積對(duì)比表。流量信號(hào)均采用工頻交流勵(lì)磁電磁流量計(jì)測(cè)量結(jié)果（測(cè)量偏差+/-1.5%），土質(zhì)密度參數(shù)設(shè)定為1.73×10^3kg/^3。

由表1可知，基于ERT技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量結(jié)果、基于核技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量結(jié)果與裝艙堆積物體積整體趨勢(shì)具有一致性，ERT測(cè)量結(jié)果偏差為0～+5%以內(nèi)且其大小與泥漿密度值無(wú)關(guān)，核技術(shù)測(cè)量結(jié)果偏差為負(fù)，且隨著密度增大偏差值越大，最高接近-18%。

在測(cè)量技術(shù)原理上，核密度計(jì)測(cè)量精確性與其安裝位置有很大關(guān)系。水平安裝泥漿中固體成分比水的密度大輸送過(guò)程中容易沉積在排泥管橫截面的下半部分，不在射線的探測(cè)范圍，因而在水平安裝時(shí)通常會(huì)造成測(cè)量結(jié)果偏小，且隨著泥漿密度的增加其偏差越來(lái)越大;ERT傳感器由于測(cè)量原理上只取決于排泥管截面固液兩相分布，因而其測(cè)量結(jié)果與管道水平安裝姿態(tài)無(wú)關(guān)。同樣，相關(guān)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論分析具有一致性。

3結(jié)論

ERT技術(shù)可以用于疏浚工程船液固兩相流固相密度測(cè)量，采用基于ERT密度計(jì)的產(chǎn)量計(jì)與傳統(tǒng)涉核技術(shù)相比具有無(wú)操作風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)管理成本低等優(yōu)點(diǎn)。從實(shí)船施工實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，基于ERT技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，基于核技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量疏浚和艙容直接測(cè)量數(shù)據(jù)在整體變化趨勢(shì)上具有一致性;在同時(shí)水平安裝時(shí)，基于ERT技術(shù)產(chǎn)量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)更接近直接測(cè)量數(shù)據(jù)，在精確性上超過(guò)傳統(tǒng)基于核技術(shù)產(chǎn)量計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]歐學(xué)孟.絞吸式挖泥船泥漿流速和濃度率定研究[J].中國(guó)水運(yùn)，2018，18（9）：129-130.

收稿日期：2020-03-15

作者簡(jiǎn)介：劉士軍（1976—），男，黑龍江龍江人，本科，工程師，研究方向：船舶輪機(jī)工程。

Experiment Research on ERT-based Dredging Slurry Concentration Measurement

LIU Shijun1，ZHANG Miao2

（1. Nansha Navigation Marking and Surveying Institute， Nansha Waterway Affairs Center， ?Guangzhou ?Guangdong ?510000;

2. Wuhan Green Forest System Technology Co.， Ltd.， ?Wuhan ?Hubei ?430074）

Abstract：The dredged mud output meter can introduce electrical resistance tomography （ERT） density meter to replace the traditional nuclear technology density meter. This article introduces the main components of the ERT technology output meter， and analyzes its core component ERT density meter working principle and industryApplication advantages， and conducted experimental research on the construction site.Through test records and analysis of nuclear technology yield meter， ERT technology yield meter measurement data and tank volume direct measurement data under different mud densities， the conclusion shows that the measurement data based on ERT technology yield meter is more accurate than nuclear technology yield meter when installed horizontally.

Keywords： ERT;dredging;slurry;yield;dredger