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大口径涡街流量计水流量监测与校准的实现

来源: 发布时间:2014-8-2 09:53:08
 1 在线检测、校准大口涡街径流量计的重要意义
 
    目前,供水行业在计量原水、出厂水、外购水、售出水量时一般都要用到大口涡街径流量计,大口径涡街流量计的在线检测是供水行业亟待解决的一个技术问题。供水行业常采用的在线流量计有电磁流量计、超声波流量计、插入式涡轮流量计、涡街流量计、孔板流量计等。这些流量计有的体积较大,有的安装在管道内部,如果要进行检定,需要拆卸下来送到国家大流量检定站,不仅费时费力,而且,大口径流量计所计量管道很多都24h输水,不能频繁或长时间停水。如要送检,需要有足够的备用流量计以替代被检流量计,这又需要每个供水企业拿出大量的资金来购买备用流量计。这就导致供水企业难以做到按期进行周期检定。而大口径涡街流量计又往往是供水行业用于贸易结算的计量器具,其准确性直接关系到供求双方的经济利益,因此大口径流量计的在线检测及校准对于供水行业有着极其重要的意义。
 
    2 检测、校准在线大口径流量计的方法及原理
 
    2.1 清水池容积法
 
    该方法是以清水池作为一个标准容器,在一定的时间内记录通过在线流量计的流量,同步记录清水池水位的变化情况,并计算清水池水量的增加量(或减少量),比较通过在线流量计的流量和清水池水量的变化量,以后者作为标准值,计算在线流量计的误差,进而调整在线流量计系数,以达到检测、校准在线流量计的目的。
 
    2.2 标准表比对法
 
    该方法是在在线大口径流量计所在管道上安装一个标准 表,同步记录通过在线大口径流量计和标准表的流量,以后者作为标准值,计算在线流量计的误差,进而调整在线流量计系数,以达到检测、校准在线流量计的目的。
 
    清水池容积法准确可靠,但检测效率低;相比之下,标准表比对法便于实现自动化,从而提高检测效率。目前,除个别企业采用清水池容积法外,大部分企业是采用标准表比对法来实现在线大口径流量计的检测和校准的。而在标准表比对法中,供水企业普遍将便携式超声波流量计作为标准表,因为便携式超声波流量计既是一种外夹式、又是一种便携式的流量计量器具,比较适用于大口径流量计的在线检测和校准。其原理是:将准确度较高的便携式超声波流量计作为标准器具,安装在被测管道上进行检测,然后将便携式超声波流量计和被检流量计的采集数据进行同步比对,根据比对结果可计算被检流量计的误差,然后调整被检流量计的系数,使被检流量计与便携式超声波流量计显示流量数据一致,以达到校准被检流量计的效果,公式如下:
 
    
 
    式中:f1———被检流量计原来的系数; 
    v被———被检流量计的平均流速,单位:m3/h; 
    v标———标准流量计的平均流速,单位:m3/h; 
    f2———被检流量计比对后的调整系数。
 
    3 运用便携式超声波流量计实现在线大口径流量计检测
 
    3.1 检测的优点
 
    1)可实现不断流测量,设备便于携带,安装方便; 
    2)不干扰流场,无压力损失,仪表无可动、易损部件,稳定性好; 
    3)外夹式探头,可以根据管道现场情况移动安装测量; 
    4)适用范围广,可用于各种类型流量计的在线检测; 
    5)适应性强,可用于不同管径、不同介质(高温、高压、易爆、高黏度、强腐蚀、放射性高)的检测; 
    6)标准表价格基本与所测管径无关,性价比高。
 
    3.2 涡街流量计检测的缺点
 
    1)要求准确知道管道参数,而现场实际情况又难以确定; 
    2)作为标准表要求有较理想的管道安装条件; 
    3)人为因素对测量的影响较大,对操作人员要求很高; 
    4)现场流量不易调控,很难实现全量程测试。
 
    4 对在线大口径流量计进行检测、校准时的步骤
 
    4.1 了解现场工况条件并尽量使其满足检测条件
 
    1)了解现场工况条件,包括被检管线的材质、管外径、管壁厚、管内衬里的材质及厚度、管内介质、介质温度等相关量的准确数值,要求在检测现场测量核实(可以用测厚仪测量壁厚、用软尺测量管径),以确保测量准确度。
 
    2)标准表的安装必须满足直管段要求,一般情况下至少为上游10倍管径的距离,下游5倍管径的距离,而且在30倍管径的距离内无干扰流体状态的因素,如泵、阀等,必要时应考虑加装整流器。
 
    3)测量时标准表不能安装在管内含有气体的位置(比如,不能安装在高于水管的位置),因为气泡会使超声波信号衰减, 
从而影响测量准确度。
 
    4)选择测量点必须保证通过其测量段的最小流速不低于 0.5m/s,如果流速低于0.5m/s,应考虑在被检流量计安装点的前10倍、后5倍管径的范围内安装变径管(小于原管径),以提高流速。
 
    5)便携式超声波流量计是把现场的管道参数纳入流量计测量系统之内的仪表,所以除了要求其探头的安装位置精确,还要充分考虑管道参数如直径、材质、壁厚、衬里和积垢、锈蚀等因素对测量准确度的影响。
 
    6)为便于以后用其他流量计对其流量测量准确度的在线检查,最好在被检流量计的前、后分别加装一段能形成对称流场的不锈钢管段。
 
    4.2 标准表的准备工作
 
    选用超声波流量计进行在线检测的基本原理为标准表比对法,因此超声波流量计应在国家法定计量检定机构进行检定,并取得有效的检定证书。检测前,应提前做好检测准备,检查标准表、换能器及电源线是否完好。在实践中,我们发现在冬季气温特别低时会发生电源线脆断、液晶屏幕不显示等现象。另外,如果检测点周围没有电源,需要提前充电,以保证标准表能够在检测过程中正常工作。
 
    4.3 在线检测工作
 
    首先要根据现场工况条件科学地确定标准表的安装位置,以便安装换能器。换能器无论采用哪种安装方式,都应采用科学的安装技术,确保传感器的安装精度,尽可能减少使用环境和安装对其测量准确度的影响。第二,将经过现场测量核实的工况参数输入流量计,并检查信号接收情况,确认工作正常后,方可开始检测。第三,检测时根据现场工况条件确定不同的流量点,并分别同时采集标准表和被检流量计的流量示值,从而确定被检流量计的示值误差。最后,调整被检流量计的系数,使被检流量计与便携式超声波流量计显示流量数据一致,达到校准被检流量计的目的。
 
    在实际中,企业都会遇到原有的旧管线达不到上述检测条件的情况。一般地,可以在被测管线上选取一段条件较好、满足超声波流量计使用条件的测量点安装标准表,如果条件太差,就需要对现有管线进行改造,尤其要满足前后直管段的要求,保证液体充满测量管道,最小流速不低于0.5m/s等条件,从而保证计量检测的准确性。另外,计量检测人员既要掌握过硬的技术,又要积累丰富的实践经验。在检测过程中,要求计量检测人员本着科学的态度开展在线检测工作,才能够保证检测的准确性和校准效果。
 
    5 目前在线大口径流量计检测工作的开展情况
 
    目前同煤集团供水分公司担负着矿区50万职工家属的生产、生活用水,为矿区各矿、厂、居民小区等用户供水,在线的大口径流量计有41台,其中主要有固定式超声波流量计和插入式涡轮流量计。这些流量计安装在沿途190多公里管线的加压站进、出水管道或用户进水管道上,拆装起来费时费力,送检工作比较困难。为方便这些固定式超声波流量计的检测,公司将便携式超声波流量计作为标准器具,定期送到国家级法定计量检定机构———国家水大流量计量站进行检定,专门用于检测其他在线大口径流量计。由于这种仪器具有体积小、重量轻、拆卸方便、准确度高、测量范围大(管道外径可测13~6000mm、最大流速为32m/s、流体温度在-40℃~200℃)等优点,尤其是有充电功能,可以在野外工作,方便了对距离电源较远的测点开展检测工作。
 
    近年来,公司通过采用涡街流量计标准表比对法开展对在线大口径流量计的检测并校准,及时采集数据,保证了所有在线流量计的准确计量,保证了水———这种能源的计量准确性,使水计量工作取得了长足的发展。另一方面,采用超声波流量计作为标准表,负责水量计量器具的检定,开展水计量检测手段和检定方法的研究,负责水计量的技术仲裁,保证了供水企业与用户之间、用户与用户之间的经济效益。例如在2004年,四台矿与马脊梁矿由于在水量分配的问题上有争议,公司在两矿的分水处建立了分水站。首先按照两矿的实际用水情况调节、分配水量,然后分别为两个用户各安装了一台固定式超声波流量计,并用便携式超声波流量计分不同时段进行多次现场检测,确保两台在线流量计的准确计量。自此,解决了四台矿和马脊梁矿长期在用水计量上的争议,取得了令双方都满意的结果。
 
    6 结论
 
    运用便携式超声波流量计开展在线大口径流量计的检测、校准工作是较为可行的方法,这种方法极大地方便了供水企业的计量工作,同时也有效降低了企业在计量方面的资金消耗。检测工作中,计量人员要认真总结经验,为供水行业今后有效开展计量工作提供切实可行的依据。值得注意的是:流量计是国家计量法制管理的计量器具,按其使用场合不同分为强制检定和非强制检定两种,供水行业用于贸易结算的流量计属强制检定的计量器具,其检定应按照国际相关的计量检定规程由法定计量检定机构实施;供水行业用于内部核算的流量计属非强制检定的计量器具,使用者只须按照量传原则进行科学的校准即可。

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