大口徑渦街流量計水流量監(jiān)測與校準的實現(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對于供水行業(yè)有著極其重要的意義。

 

    2 檢測、校準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準容器，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，以后者作為標準值，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、校準在線流量計的目的。

 

    2.2 標準表比對法

 

    該方法是在在線大口徑流量計所在管道上安裝一個標準 表，同步記錄通過在線大口徑流量計和標準表的流量，以后者作為標準值，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、校準在線流量計的目的。

 

    清水池容積法準確可靠，但檢測效率低；相比之下，標準表比對法便于實現(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)是采用標準表比對法來實現(xiàn)在線大口徑流量計的檢測和校準的。而在標準表比對法中，供水企業(yè)普遍將便攜式超聲波流量計作為標準表，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。其原理是：將準確度較高的便攜式超聲波流量計作為標準器具，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———標準流量計的平均流速，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）標準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）作為標準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），以確保測量準確度。

 

    2）標準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）測量時標準表不能安裝在管內(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確度的影響。

 

    6）為便于以后用其他流量計對其流量測量準確度的在線檢查，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 標準表的準備工作

 

    選用超聲波流量計進行在線檢測的基本原理為標準表比對法，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)提前做好檢測準備，檢查標準表、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，以保證標準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)地確定標準表的安裝位置，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，并分別同時采集標準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準表，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確性和校準效果。

 

    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準器具，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準表比對法開展對在線大口徑流量計的檢測并校準，及時采集數(shù)據(jù)，保證了所有在線流量計的準確計量，保證了水———這種能源的計量準確性，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準表，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