大口徑渦街流量計(jì)水流量監(jiān)測(cè)與校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)

 

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

 

    2 檢測(cè)、校準(zhǔn)在線大口徑流量計(jì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)容器，在一定的時(shí)間內(nèi)記錄通過(guò)在線流量計(jì)的流量，同步記錄清水池水位的變化情況，并計(jì)算清水池水量的增加量（或減少量），比較通過(guò)在線流量計(jì)的流量和清水池水量的變化量，以后者作為標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算在線流量計(jì)的誤差，進(jìn)而調(diào)整在線流量計(jì)系數(shù)，以達(dá)到檢測(cè)、校準(zhǔn)在線流量計(jì)的目的。

 

    2.2 標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法

 

    該方法是在在線大口徑流量計(jì)所在管道上安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 表，同步記錄通過(guò)在線大口徑流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)表的流量，以后者作為標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算在線流量計(jì)的誤差，進(jìn)而調(diào)整在線流量計(jì)系數(shù)，以達(dá)到檢測(cè)、校準(zhǔn)在線流量計(jì)的目的。

 

    清水池容積法準(zhǔn)確可靠，但檢測(cè)效率低；相比之下，標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而提高檢測(cè)效率。目前，除個(gè)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(duì)法來(lái)實(shí)現(xiàn)在線大口徑流量計(jì)的檢測(cè)和校準(zhǔn)的。而在標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法中，供水企業(yè)普遍將便攜式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，因?yàn)楸銛y式超聲波流量計(jì)既是一種外夾式、又是一種便攜式的流量計(jì)量器具，比較適用于大口徑流量計(jì)的在線檢測(cè)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(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器具，安裝在被測(cè)管道上進(jìn)行檢測(cè)，然后將便攜式超聲波流量計(jì)和被檢流量計(jì)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行同步比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果可計(jì)算被檢流量計(jì)的誤差，然后調(diào)整被檢流量計(jì)的系數(shù)，使被檢流量計(jì)與便攜式超聲波流量計(jì)顯示流量數(shù)據(jù)一致，以達(dá)到校準(zhǔn)被檢流量計(jì)的效果，公式如下：

 

    

 

    式中：f1———被檢流量計(jì)原來(lái)的系數(shù)； 

    v被———被檢流量計(jì)的平均流速，單位：m3/h； 

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

    f2———被檢流量計(jì)比對(duì)后的調(diào)整系數(shù)。

 

    3 運(yùn)用便攜式超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)在線大口徑流量計(jì)檢測(cè)

 

    3.1 檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

 

    1）可實(shí)現(xiàn)不斷流測(cè)量，設(shè)備便于攜帶，安裝方便； 

    2）不干擾流場(chǎng)，無(wú)壓力損失，儀表無(wú)可動(dòng)、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(chǎng)情況移動(dòng)安裝測(cè)量； 

    4）適用范圍廣，可用于各種類型流量計(jì)的在線檢測(cè)； 

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

    6）標(biāo)準(zhǔn)表價(jià)格基本與所測(cè)管徑無(wú)關(guān)，性價(jià)比高。

 

    3.2 渦街流量計(jì)檢測(cè)的缺點(diǎn)

 

    1）要求準(zhǔn)確知道管道參數(shù)，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(duì)測(cè)量的影響較大，對(duì)操作人員要求很高； 

    4）現(xiàn)場(chǎng)流量不易調(diào)控，很難實(shí)現(xiàn)全量程測(cè)試。

 

    4 對(duì)在線大口徑流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)、校準(zhǔn)時(shí)的步驟

 

    4.1 了解現(xiàn)場(chǎng)工況條件并盡量使其滿足檢測(cè)條件

 

    1）了解現(xiàn)場(chǎng)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(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量核實(shí)（可以用測(cè)厚儀測(cè)量壁厚、用軟尺測(cè)量管徑），以確保測(cè)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(wú)干擾流體狀態(tài)的因素，如泵、閥等，必要時(shí)應(yīng)考慮加裝整流器。

 

    3）測(cè)量時(shí)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?yàn)闅馀輹?huì)使超聲波信號(hào)衰減， 

從而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。

 

    4）選擇測(cè)量點(diǎn)必須保證通過(guò)其測(cè)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(jì)安裝點(diǎn)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(jì)是把現(xiàn)場(chǎng)的管道參數(shù)納入流量計(jì)測(cè)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(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

 

    6）為便于以后用其他流量計(jì)對(duì)其流量測(cè)量準(zhǔn)確度的在線檢查，最好在被檢流量計(jì)的前、后分別加裝一段能形成對(duì)稱流場(chǎng)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(jì)進(jìn)行在線檢測(cè)的基本原理為標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法，因此超聲波流量計(jì)應(yīng)在國(guó)家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，并取得有效的檢定證書。檢測(cè)前，應(yīng)提前做好檢測(cè)準(zhǔn)備，檢查標(biāo)準(zhǔn)表、換能器及電源線是否完好。在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)在冬季氣溫特別低時(shí)會(huì)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(cè)點(diǎn)周圍沒(méi)有電源，需要提前充電，以保證標(biāo)準(zhǔn)表能夠在檢測(cè)過(guò)程中正常工作。

 

    4.3 在線檢測(cè)工作

 

    首先要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(duì)其測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。第二，將經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量核實(shí)的工況參數(shù)輸入流量計(jì)，并檢查信號(hào)接收情況，確認(rèn)工作正常后，方可開始檢測(cè)。第三，檢測(cè)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件確定不同的流量點(diǎn)，并分別同時(shí)采集標(biāo)準(zhǔn)表和被檢流量計(jì)的流量示值，從而確定被檢流量計(jì)的示值誤差。最后，調(diào)整被檢流量計(jì)的系數(shù)，使被檢流量計(jì)與便攜式超聲波流量計(jì)顯示流量數(shù)據(jù)一致，達(dá)到校準(zhǔn)被檢流量計(jì)的目的。

 

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

 

    5 目前在線大口徑流量計(jì)檢測(cè)工作的開展情況

 

    目前同煤集團(tuán)供水分公司擔(dān)負(fù)著礦區(qū)50萬(wàn)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(jì)有41臺(tái)，其中主要有固定式超聲波流量計(jì)和插入式渦輪流量計(jì)。這些流量計(jì)安裝在沿途190多公里管線的加壓站進(jìn)、出水管道或用戶進(jìn)水管道上，拆裝起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，送檢工作比較困難。為方便這些固定式超聲波流量計(jì)的檢測(cè)，公司將便攜式超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器具，定期送到國(guó)家級(jí)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)———國(guó)家水大流量計(jì)量站進(jìn)行檢定，專門用于檢測(cè)其他在線大口徑流量計(jì)。由于這種儀器具有體積小、重量輕、拆卸方便、準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大（管道外徑可測(cè)13～6000mm、最大流速為32m/s、流體溫度在-40℃～200℃）等優(yōu)點(diǎn)，尤其是有充電功能，可以在野外工作，方便了對(duì)距離電源較遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)開展檢測(cè)工作。

 

    近年來(lái)，公司通過(guò)采用渦街流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法開展對(duì)在線大口徑流量計(jì)的檢測(cè)并校準(zhǔn)，及時(shí)采集數(shù)據(jù)，保證了所有在線流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量，保證了水———這種能源的計(jì)量準(zhǔn)確性，使水計(jì)量工作取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。另一方面，采用超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，負(fù)責(zé)水量計(jì)量器具的檢定，開展水計(jì)量檢測(cè)手段和檢定方法的研究，負(fù)責(zé)水計(jì)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(jì)效益。例如在2004年，四臺(tái)礦與馬脊梁礦由于在水量分配的問(wèn)題上有爭(zhēng)議，公司在兩礦的分水處建立了分水站。首先按照兩礦的實(shí)際用水情況調(diào)節(jié)、分配水量，然后分別為兩個(gè)用戶各安裝了一臺(tái)固定式超聲波流量計(jì)，并用便攜式超聲波流量計(jì)分不同時(shí)段進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確保兩臺(tái)在線流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。自此，解決了四臺(tái)礦和馬脊梁礦長(zhǎng)期在用水計(jì)量上的爭(zhēng)議，取得了令雙方都滿意的結(jié)果。

 

    6 結(jié)論