基于ERT技術的疏浚泥漿產量測量實驗研究

劉士軍　章苗

摘 ?要：疏浚泥漿產量計可以引入電阻層析成像技術（ERT）密度計來取代傳統核技術密度計，本文介紹了基于ERT技術產量計的主要組成，分析了其核心組件ERT密度計工作原理及行業應用優勢，并在施工現場進行了實驗研究。通過試驗記錄、分析了不同泥漿密度下核技術產量計、ERT技術產量計測量數據和艙容直接測量數據，結論表明在水平安裝時基于ERT技術產量計比基于核技術產量計測量數據更精確。

關鍵詞：電阻層析成像;疏浚;泥漿;產量;挖泥船

中圖分類號：U616 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1671-2064（2020）04-0000-00

0引言

泥漿流動狀態監測是疏浚施工中必不可少的環節。管線典型位置的泥漿混合物濃度、流速及對應的固相產量測量值不僅有助于提高施工效率和經濟效益，同時也是安全平穩施工的重要輔助決策依據[1]。已有研究可知這些參數的測量與計算是由產量計來完成的，典型疏浚工程船產量計由電磁流量計，密度計、產量計主機及相關電氣連接裝置組成。

1 ERT產量計組成及其原理

基于ERT技術的疏浚用產量計一般由電磁流量計及其變送器，ERT傳感器，產量計主機及相關電氣連接裝置構成，如圖1所示。

ERT基本數學原理為Radon變換及Radon逆變換，其經典表達式如式（2-1）所示：

（2-1）

Radon于1917年推導出式（2-14）的反變換公式（2-2）：

（2-2）

式中（2-2）中 為 關于第一變元q的偏導數。Radon反變換的含義為通過“圖像” 在某一方向上的投影 對原圖像進行重建。

疏浚ERT產量計中的ERT傳感器由電極陣列，激勵信號發生裝置，數據采集與處理裝置組成，其處理后的數據可供ERT主機進一步處理。

2試驗研究

2.1實驗方案

實驗在某耙吸挖泥船進行，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、砂質土、粘土、亞粘土、密實性砂質粘土和密實細砂等土質，倉容1000m3。實驗期間同一管線分別安裝工頻交流勵磁電磁流量計、集ERT傳感器和放射源一體式密度計及對應兩臺產量計主機。核子密度計放射源、射線探測器相對置于ERT傳感器外側，與水平成45°夾角，兩套設備測量點處于管道同一橫截面。

實際施工過程中采用工頻交流勵磁電磁流量計測量混合物流速，分別采集基于ERT密度測量技術產量計實測數據、基于核密度測量技術產量計實測數據、裝艙堆積體積并進行三者對比。

2.2實驗數據及分析

表1為實船施工過程中不同泥漿密度下，裝駁堆積量與分別采用兩種密度測量技術的產量計測量堆積方量與裝艙堆積固體體積對比表。流量信號均采用工頻交流勵磁電磁流量計測量結果（測量偏差+/-1.5%），土質密度參數設定為1.73×10^3kg/^3。

由表1可知，基于ERT技術產量計測量結果、基于核技術產量計測量結果與裝艙堆積物體積整體趨勢具有一致性，ERT測量結果偏差為0～+5%以內且其大小與泥漿密度值無關，核技術測量結果偏差為負，且隨著密度增大偏差值越大，最高接近-18%。

在測量技術原理上，核密度計測量精確性與其安裝位置有很大關系。水平安裝泥漿中固體成分比水的密度大輸送過程中容易沉積在排泥管橫截面的下半部分，不在射線的探測范圍，因而在水平安裝時通常會造成測量結果偏小，且隨著泥漿密度的增加其偏差越來越大;ERT傳感器由于測量原理上只取決于排泥管截面固液兩相分布，因而其測量結果與管道水平安裝姿態無關。同樣，相關實測結果與理論分析具有一致性。

3結論

ERT技術可以用于疏浚工程船液固兩相流固相密度測量，采用基于ERT密度計的產量計與傳統涉核技術相比具有無操作風險，維護管理成本低等優點。從實船施工實驗測量數據來看，基于ERT技術產量計測量數據，基于核技術產量計測量疏浚和艙容直接測量數據在整體變化趨勢上具有一致性;在同時水平安裝時，基于ERT技術產量計測量數據更接近直接測量數據，在精確性上超過傳統基于核技術產量計。

參考文獻

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

收稿日期：2020-03-15

作者簡介：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