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大口徑渦街流量計水流量監測與校準的實現

大口徑渦街流量計水流量監測與校準的實現

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大口徑渦街流量計水流量監測與校準的實現
1 在線檢測、校準大口徑渦街流量計的重要意義
    目前,供水行業在計量原水、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亟待解決的一個技術問題。供水行業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,有的安裝在管道内部,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拿出大量的資金來購買備用流量計。這就導緻供水企業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用于貿易結算的計量器具,其準确性直接關系到供求雙方的經濟利益,因此大口徑流量計的在線檢測及校準對于供水行業有着極其重要的意義。
    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爲一個标準容器,在一定的時間内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,以後者作爲标準值,計算在線流量計的誤差,進而調整在線流量計系數,以達到檢測、校準在線流量計的目的。
    2.2 标準表比對法
    該方法是在在線大口徑流量計所在管道上安裝一個标準表,同步記錄通過在線大口徑流量計和标準表的流量,以後者作爲标準值,計算在線流量計的誤差,進而調整在線流量計系數,以達到檢測、校準在線流量計的目的。
    清水池容積法準确可靠,但檢測效率低;相比之下,标準表比對法便于實現自動化,從而提高檢測效率。目前,除個别企業采用清水池容積法外,大部分企業是采用标準表比對法來實現在線大口徑流量計的檢測和校準的。而在标準表比對法中,供水企業普遍将便攜式超聲波流量計作爲标準表,因爲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,比較适用于大口徑流量計的在線檢測和校準。其原理是:将準确度較高的便攜式超聲波流量計作爲标準器具,安裝在被測管道上進行檢測,然後将便攜式超聲波流量計和被檢流量計的采集數據進行同步比對,根據比對結果可計算被檢流量計的誤差,然後調整被檢流量計的系數,使被檢流量計與便攜式超聲波流量計顯示流量數據一緻,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; 
    v被———被檢流量計的平均流速,單位:m3/h; 
    v标———标準流量計的平均流速,單位:m3/h; 
    f2———被檢流量計比對後的調整系數。
    3 運用便攜式超聲波流量計實現在線大口徑流量計檢測
    3.1 檢測的優點
    1)可實現不斷流測量,設備便于攜帶,安裝方便; 
    2)不幹擾流場,無壓力損失,儀表無可動、易損部件,穩定性好; 
    3)外夾式探頭,可以根據管道現場情況移動安裝測量; 
    4)适用範圍廣,可用于各種類型流量計的在線檢測; 
    5)适應性強,可用于不同管徑、不同介質(高溫、高壓、易爆、高黏度、強腐蝕、放射性高)的檢測; 
    6)标準表價格基本與所測管徑無關,性價比高。
    3.2 渦街流量計檢測的缺點
    1)要求準确知道管道參數,而現場實際情況又難以确定; 
    2)作爲标準表要求有較理想的管道安裝條件; 
    3)人爲因素對測量的影響較大,對操作人員要求很高; 
    4)現場流量不易調控,很難實現全量程測試。
    4 對在線大口徑流量計進行檢測、校準時的步驟
    4.1 了解現場工況條件并盡量使其滿足檢測條件
    1)了解現場工況條件,包括被檢管線的材質、管外徑、管壁厚、管内襯裏的材質及厚度、管内介質、介質溫度等相關量的準确數值,要求在檢測現場測量核實(可以用測厚儀測量壁厚、用軟尺測量管徑),以确保測量準确度。
    2)标準表的安裝必須滿足直管段要求,一般情況下至少爲上遊10倍管徑的距離,下遊5倍管徑的距離,而且在30倍管徑的距離内無幹擾流體狀态的因素,如泵、閥等,必要時應考慮加裝整流器。
    3)測量時标準表不能安裝在管内含有氣體的位置(比如,不能安裝在高于水管的位置),因爲氣泡會使超聲波信號衰減, 
從而影響測量準确度。
    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,應考慮在被檢流量計安裝點的前10倍、後5倍管徑的範圍内安裝變徑管(小于原管徑),以提高流速。
    5)便攜式超聲波流量計是把現場的管道參數納入流量計測量系統之内的儀表,所以除了要求其探頭的安裝位置精确,還要充分考慮管道參數如直徑、材質、壁厚、襯裏和積垢、鏽蝕等因素對測量準确度的影響。
    6)爲便于以後用其他流量計對其流量測量準确度的在線檢查,最好在被檢流量計的前、後分别加裝一段能形成對稱流場的不鏽鋼管段。
    4.2 标準表的準備工作
    選用超聲波流量計進行在線檢測的基本原理爲标準表比對法,因此超聲波流量計應在國家法定計量檢定機構進行檢定,并取得有效的檢定證書。檢測前,應提前做好檢測準備,檢查标準表、換能器及電源線是否完好。在實踐中,我們發現在冬季氣溫特别低時會發生電源線脆斷、液晶屏幕不顯示等現象。另外,如果檢測點周圍沒有電源,需要提前充電,以保證标準表能夠在檢測過程中正常工作。
    4.3 在線檢測工作
    首先要根據現場工況條件科學地确定标準表的安裝位置,以便安裝換能器。換能器無論采用哪種安裝方式,都應采用科學的安裝技術,确保傳感器的安裝精度,盡可能減少使用環境和安裝對其測量準确度的影響。第二,将經過現場測量核實的工況參數輸入流量計,并檢查信號接收情況,确認工作正常後,方可開始檢測。第三,檢測時根據現場工況條件确定不同的流量點,并分别同時采集标準表和被檢流量計的流量示值,從而确定被檢流量計的示值誤差。最後,調整被檢流量計的系數,使被檢流量計與便攜式超聲波流量計顯示流量數據一緻,達到校準被檢流量計的目的。
    在實際中,企業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标準表,如果條件太差,就需要對現有管線進行改造,尤其要滿足前後直管段的要求,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确性。另外,計量檢測人員既要掌握過硬的技術,又要積累豐富的實踐經驗。在檢測過程中,要求計量檢測人員本着科學的态度開展在線檢測工作,才能夠保證檢測的準确性和校準效果。
    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負着礦區50萬職工家屬的生産、生活用水,爲礦區各礦、廠、居民小區等用戶供水,在線的大口徑流量計有41台,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多公裏管線的加壓站進、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。爲方便這些固定式超聲波流量計的檢測,公司将便攜式超聲波流量計作爲标準器具,定期送到國家級法定計量檢定機構———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、準确度高、測量範圍大(管道外徑可測13~6000mm、最大流速爲32m/s、流體溫度在-40℃~200℃)等優點,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标準表比對法開展對在線大口徑流量計的檢測并校準,及時采集數據,保證了所有在線流量計的準确計量,保證了水———這種能源的計量準确性,使水計量工作取得了長足的發展。另一方面,采用超聲波流量計作爲标準表,負責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,負責水計量的技術仲裁,保證了供水企業與用戶之間、用戶與用戶之間的經濟效益。例如在2004年,四台礦與馬脊梁礦由于在水量分配的問題上有争議,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節、分配水量,然後分别爲兩個用戶各安裝了一台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場檢測,确保兩台在線流量計的準确計量。自此,解決了四台礦和馬脊梁礦長期在用水計量上的争議,取得了令雙方都滿意的結果。
    6 結論
    運用便攜式超聲波流量計開展在線大口徑流量計的檢測、校準工作是較爲可行的方法,這種方法極大地方便了供水企業的計量工作,同時也有效降低了企業在計量方面的資金消耗。檢測工作中,計量人員要認真總結經驗,爲供水行業今後有效開展計量工作提供切實可行的依據。值得注意的是:流量計是國家計量法制管理的計量器具,按其使用場合不同分爲強制檢定和非強制檢定兩種,供水行業用于貿易結算的流量計屬強制檢定的計量器具,其檢定應按照國際相關的計量檢定規程由法定計量檢定機構實施;供水行業用于内部核算的流量計屬非強制檢定的計量器具,使用者隻須按照量傳原則進行科學的校準即可。