大口徑渦街流量計水流量監(jiān)測與校準(zhǔn)的實現(xiàn)

 

目前，供水行業(yè)在計量原水、出廠水、外購水、售出水量時一般都要用到大口渦街徑流量計，大口徑渦街流量計的在線檢測是供水行業(yè)亟待解決的一個技術(shù)問題。供水行業(yè)常采用的在線流量計有電磁流量計、超聲波流量計、插入式渦輪流量計、渦街流量計、孔板流量計等。這些流量計有的體積較大，有的安裝在管道內(nèi)部，如果要進行檢定，需要拆卸下來送到國家大流量檢定站，不僅費時費力，而且，大口徑流量計所計量管道很多都24h輸水，不能頻繁或長時間停水。如要送檢，需要有足夠的備用流量計以替代被檢流量計，這又需要每個供水企業(yè)拿出大量的資金來購買備用流量計。這就導(dǎo)致供水企業(yè)難以做到按期進行周期檢定。而大口徑渦街流量計又往往是供水行業(yè)用于貿(mào)易結(jié)算的計量器具，其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到供求雙方的經(jīng)濟利益，因此大口徑流量計的在線檢測及校準(zhǔn)對于供水行業(yè)有著極其重要的意義。

 

    2 檢測、校準(zhǔn)在線大口徑流量計的方法及原理

 

    2.1 清水池容積法

 

    該方法是以清水池作為一個標(biāo)準(zhǔn)容器，在一定的時間內(nèi)記錄通過在線流量計的流量，同步記錄清水池水位的變化情況，并計算清水池水量的增加量（或減少量），比較通過在線流量計的流量和清水池水量的變化量，以后者作為標(biāo)準(zhǔn)值，計算在線流量計的誤差，進而調(diào)整在線流量計系數(shù)，以達到檢測、校準(zhǔn)在線流量計的目的。

 

    2.2 標(biāo)準(zhǔn)表比對法

 

    該方法是在在線大口徑流量計所在管道上安裝一個標(biāo)準(zhǔn) 表，同步記錄通過在線大口徑流量計和標(biāo)準(zhǔn)表的流量，以后者作為標(biāo)準(zhǔn)值，計算在線流量計的誤差，進而調(diào)整在線流量計系數(shù)，以達到檢測、校準(zhǔn)在線流量計的目的。

 

    清水池容積法準(zhǔn)確可靠，但檢測效率低；相比之下，標(biāo)準(zhǔn)表比對法便于實現(xiàn)自動化，從而提高檢測效率。目前，除個別企業(yè)采用清水池容積法外，大部分企業(yè)是采用標(biāo)準(zhǔn)表比對法來實現(xiàn)在線大口徑流量計的檢測和校準(zhǔn)的。而在標(biāo)準(zhǔn)表比對法中，供水企業(yè)普遍將便攜式超聲波流量計作為標(biāo)準(zhǔn)表，因為便攜式超聲波流量計既是一種外夾式、又是一種便攜式的流量計量器具，比較適用于大口徑流量計的在線檢測和校準(zhǔn)。其原理是：將準(zhǔn)確度較高的便攜式超聲波流量計作為標(biāo)準(zhǔn)器具，安裝在被測管道上進行檢測，然后將便攜式超聲波流量計和被檢流量計的采集數(shù)據(jù)進行同步比對，根據(jù)比對結(jié)果可計算被檢流量計的誤差，然后調(diào)整被檢流量計的系數(shù)，使被檢流量計與便攜式超聲波流量計顯示流量數(shù)據(jù)一致，以達到校準(zhǔn)被檢流量計的效果，公式如下：

 

    

 

    式中：f1———被檢流量計原來的系數(shù)； 

    v被———被檢流量計的平均流速，單位：m3/h； 

    v標(biāo)———標(biāo)準(zhǔn)流量計的平均流速，單位：m3/h； 

    f2———被檢流量計比對后的調(diào)整系數(shù)。

 

    3 運用便攜式超聲波流量計實現(xiàn)在線大口徑流量計檢測

 

    3.1 檢測的優(yōu)點

 

    1）可實現(xiàn)不斷流測量，設(shè)備便于攜帶，安裝方便； 

    2）不干擾流場，無壓力損失，儀表無可動、易損部件，穩(wěn)定性好； 

    3）外夾式探頭，可以根據(jù)管道現(xiàn)場情況移動安裝測量； 

    4）適用范圍廣，可用于各種類型流量計的在線檢測； 

    5）適應(yīng)性強，可用于不同管徑、不同介質(zhì)（高溫、高壓、易爆、高黏度、強腐蝕、放射性高）的檢測； 

    6）標(biāo)準(zhǔn)表價格基本與所測管徑無關(guān)，性價比高。

 

    3.2 渦街流量計檢測的缺點

 

    1）要求準(zhǔn)確知道管道參數(shù)，而現(xiàn)場實際情況又難以確定； 

    2）作為標(biāo)準(zhǔn)表要求有較理想的管道安裝條件； 

    3）人為因素對測量的影響較大，對操作人員要求很高； 

    4）現(xiàn)場流量不易調(diào)控，很難實現(xiàn)全量程測試。

 

    4 對在線大口徑流量計進行檢測、校準(zhǔn)時的步驟

 

    4.1 了解現(xiàn)場工況條件并盡量使其滿足檢測條件

 

    1）了解現(xiàn)場工況條件，包括被檢管線的材質(zhì)、管外徑、管壁厚、管內(nèi)襯里的材質(zhì)及厚度、管內(nèi)介質(zhì)、介質(zhì)溫度等相關(guān)量的準(zhǔn)確數(shù)值，要求在檢測現(xiàn)場測量核實（可以用測厚儀測量壁厚、用軟尺測量管徑），以確保測量準(zhǔn)確度。

 

    2）標(biāo)準(zhǔn)表的安裝必須滿足直管段要求，一般情況下至少為上游10倍管徑的距離，下游5倍管徑的距離，而且在30倍管徑的距離內(nèi)無干擾流體狀態(tài)的因素，如泵、閥等，必要時應(yīng)考慮加裝整流器。

 

    3）測量時標(biāo)準(zhǔn)表不能安裝在管內(nèi)含有氣體的位置（比如，不能安裝在高于水管的位置），因為氣泡會使超聲波信號衰減， 

從而影響測量準(zhǔn)確度。

 

    4）選擇測量點必須保證通過其測量段的最小流速不低于 0.5m/s，如果流速低于0.5m/s，應(yīng)考慮在被檢流量計安裝點的前10倍、后5倍管徑的范圍內(nèi)安裝變徑管（小于原管徑），以提高流速。

 

    5）便攜式超聲波流量計是把現(xiàn)場的管道參數(shù)納入流量計測量系統(tǒng)之內(nèi)的儀表，所以除了要求其探頭的安裝位置精確，還要充分考慮管道參數(shù)如直徑、材質(zhì)、壁厚、襯里和積垢、銹蝕等因素對測量準(zhǔn)確度的影響。

 

    6）為便于以后用其他流量計對其流量測量準(zhǔn)確度的在線檢查，最好在被檢流量計的前、后分別加裝一段能形成對稱流場的不銹鋼管段。

 

    4.2 標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)備工作

 

    選用超聲波流量計進行在線檢測的基本原理為標(biāo)準(zhǔn)表比對法，因此超聲波流量計應(yīng)在國家法定計量檢定機構(gòu)進行檢定，并取得有效的檢定證書。檢測前，應(yīng)提前做好檢測準(zhǔn)備，檢查標(biāo)準(zhǔn)表、換能器及電源線是否完好。在實踐中，我們發(fā)現(xiàn)在冬季氣溫特別低時會發(fā)生電源線脆斷、液晶屏幕不顯示等現(xiàn)象。另外，如果檢測點周圍沒有電源，需要提前充電，以保證標(biāo)準(zhǔn)表能夠在檢測過程中正常工作。

 

    4.3 在線檢測工作

 

    首先要根據(jù)現(xiàn)場工況條件科學(xué)地確定標(biāo)準(zhǔn)表的安裝位置，以便安裝換能器。換能器無論采用哪種安裝方式，都應(yīng)采用科學(xué)的安裝技術(shù)，確保傳感器的安裝精度，盡可能減少使用環(huán)境和安裝對其測量準(zhǔn)確度的影響。第二，將經(jīng)過現(xiàn)場測量核實的工況參數(shù)輸入流量計，并檢查信號接收情況，確認工作正常后，方可開始檢測。第三，檢測時根據(jù)現(xiàn)場工況條件確定不同的流量點，并分別同時采集標(biāo)準(zhǔn)表和被檢流量計的流量示值，從而確定被檢流量計的示值誤差。最后，調(diào)整被檢流量計的系數(shù)，使被檢流量計與便攜式超聲波流量計顯示流量數(shù)據(jù)一致，達到校準(zhǔn)被檢流量計的目的。

 

    在實際中，企業(yè)都會遇到原有的舊管線達不到上述檢測條件的情況。一般地，可以在被測管線上選取一段條件較好、滿足超聲波流量計使用條件的測量點安裝標(biāo)準(zhǔn)表，如果條件太差，就需要對現(xiàn)有管線進行改造，尤其要滿足前后直管段的要求，保證液體充滿測量管道，最小流速不低于0.5m/s等條件，從而保證計量檢測的準(zhǔn)確性。另外，計量檢測人員既要掌握過硬的技術(shù)，又要積累豐富的實踐經(jīng)驗。在檢測過程中，要求計量檢測人員本著科學(xué)的態(tài)度開展在線檢測工作，才能夠保證檢測的準(zhǔn)確性和校準(zhǔn)效果。

 

    5 目前在線大口徑流量計檢測工作的開展情況

 

    目前同煤集團供水分公司擔(dān)負著礦區(qū)50萬職工家屬的生產(chǎn)、生活用水，為礦區(qū)各礦、廠、居民小區(qū)等用戶供水，在線的大口徑流量計有41臺，其中主要有固定式超聲波流量計和插入式渦輪流量計。這些流量計安裝在沿途190多公里管線的加壓站進、出水管道或用戶進水管道上，拆裝起來費時費力，送檢工作比較困難。為方便這些固定式超聲波流量計的檢測，公司將便攜式超聲波流量計作為標(biāo)準(zhǔn)器具，定期送到國家級法定計量檢定機構(gòu)———國家水大流量計量站進行檢定，專門用于檢測其他在線大口徑流量計。由于這種儀器具有體積小、重量輕、拆卸方便、準(zhǔn)確度高、測量范圍大（管道外徑可測13～6000mm、最大流速為32m/s、流體溫度在-40℃～200℃）等優(yōu)點，尤其是有充電功能，可以在野外工作，方便了對距離電源較遠的測點開展檢測工作。

 

    近年來，公司通過采用渦街流量計標(biāo)準(zhǔn)表比對法開展對在線大口徑流量計的檢測并校準(zhǔn)，及時采集數(shù)據(jù)，保證了所有在線流量計的準(zhǔn)確計量，保證了水———這種能源的計量準(zhǔn)確性，使水計量工作取得了長足的發(fā)展。另一方面，采用超聲波流量計作為標(biāo)準(zhǔn)表，負責(zé)水量計量器具的檢定，開展水計量檢測手段和檢定方法的研究，負責(zé)水計量的技術(shù)仲裁，保證了供水企業(yè)與用戶之間、用戶與用戶之間的經(jīng)濟效益。例如在2004年，四臺礦與馬脊梁礦由于在水量分配的問題上有爭議，公司在兩礦的分水處建立了分水站。首先按照兩礦的實際用水情況調(diào)節(jié)、分配水量，然后分別為兩個用戶各安裝了一臺固定式超聲波流量計，并用便攜式超聲波流量計分不同時段進行多次現(xiàn)場檢測，確保兩臺在線流量計的準(zhǔn)確計量。自此，解決了四臺礦和馬脊梁礦長期在用水計量上的爭議，取得了令雙方都滿意的結(jié)果。

 

    6 結(jié)論