目前,供水行業(yè)在計量原水、出廠(chǎng)水、外購水、售出水量時(shí)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(xiàn)檢測是供水行業(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(xiàn)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,有的安裝在管道內部,如果要進(jìn)行檢定,需要拆卸下來(lái)送到國家大流量檢定站,不僅費時(shí)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(cháng)時(shí)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(gè)供水企業(yè)拿出大量的資金來(lái)購買(mǎi)備用流量計。這就導致供水企業(yè)難以做到按期進(jìn)行周期檢定。而大口徑渦街流量計又往往是供水行業(yè)用于貿易結算的計量器具,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(xiàn)檢測及校準對于供水行業(yè)有著(zhù)極其重要的意義。
2 檢測、校準在線(xiàn)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(gè)標準容器,在一定的時(shí)間內記錄通過(guò)在線(xiàn)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(guò)在線(xiàn)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(xiàn)流量計的誤差,進(jìn)而調整在線(xiàn)流量計系數,以達到檢測、校準在線(xiàn)流量計的目的。
2.2 標準表比對法
該方法是在在線(xiàn)大口徑流量計所在管道上安裝一個(gè)標準 表,同步記錄通過(guò)在線(xiàn)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(xiàn)流量計的誤差,進(jìn)而調整在線(xiàn)流量計系數,以達到檢測、校準在線(xiàn)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(shí)現自動(dòng)化,從而提高檢測效率。目前,除個(gè)別企業(yè)采用清水池容積法外,大部分企業(yè)是采用標準表比對法來(lái)實(shí)現在線(xiàn)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(xiàn)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(jìn)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據進(jìn)行同步比對,根據比對結果可計算被檢流量計的誤差,然后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(lái)的系數;
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整系數。
3 運用便攜式超聲波流量計實(shí)現在線(xiàn)大口徑流量計檢測
3.1 檢測的優(yōu)點(diǎn)
1)可實(shí)現不斷流測量,設備便于攜帶,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,穩定性好;
3)外夾式探頭,可以根據管道現場(chǎng)情況移動(dòng)安裝測量;
4)適用范圍廣,可用于各種類(lèi)型流量計的在線(xiàn)檢測;
5)適應性強,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(jià)格基本與所測管徑無(wú)關(guān),性?xún)r(jià)比高。
1)要求準確知道管道參數,而現場(chǎng)實(shí)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)現場(chǎng)流量不易調控,很難實(shí)現全量程測試。
4 對在線(xiàn)大口徑流量計進(jìn)行檢測、校準時(shí)的步驟
4.1 了解現場(chǎng)工況條件并盡量使其滿(mǎn)足檢測條件
1)了解現場(chǎng)工況條件,包括被檢管線(xiàn)的材質(zhì)、管外徑、管壁厚、管內襯里的材質(zhì)及厚度、管內介質(zhì)、介質(zhì)溫度等相關(guān)量的準確數值,要求在檢測現場(chǎng)測量核實(shí)(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(mǎn)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倍管徑的距離內無(wú)干擾流體狀態(tài)的因素,如泵、閥等,必要時(shí)應考慮加裝整流器。
3)測量時(shí)標準表不能安裝在管內含有氣體的位置(比如,不能安裝在高于水管的位置),因為氣泡會(huì )使超聲波信號衰減,
從而影響測量準確度。
4)選擇測量點(diǎn)必須保證通過(guò)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(diǎn)的前10倍、后5倍管徑的范圍內安裝變徑管(小于原管徑),以提高流速。
5)便攜式超聲波流量計是把現場(chǎng)的管道參數納入流量計測量系統之內的儀表,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(xiàn)檢查,最好在被檢流量計的前、后分別加裝一段能形成對稱(chēng)流場(chǎng)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(jìn)行在線(xiàn)檢測的基本原理為標準表比對法,因此超聲波流量計應在國家法定計量檢定機構進(jìn)行檢定,并取得有效的檢定證書(shū)。檢測前,應提前做好檢測準備,檢查標準表、換能器及電源線(xiàn)是否完好。在實(shí)踐中,我們發(fā)現在冬季氣溫特別低時(shí)會(huì )發(fā)生電源線(xiàn)脆斷、液晶屏幕不顯示等現象。另外,如果檢測點(diǎn)周?chē)鷽](méi)有電源,需要提前充電,以保證標準表能夠在檢測過(guò)程中正常工作。
4.3 在線(xiàn)檢測工作
首先要根據現場(chǎng)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(wú)論采用哪種安裝方式,都應采用科學(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(guò)現場(chǎng)測量核實(shí)的工況參數輸入流量計,并檢查信號接收情況,確認工作正常后,方可開(kāi)始檢測。第三,檢測時(shí)根據現場(chǎng)工況條件確定不同的流量點(diǎn),并分別同時(shí)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致,達到校準被檢流量計的目的。
在實(shí)際中,企業(yè)都會(huì )遇到原有的舊管線(xiàn)達不到上述檢測條件的情況。一般地,可以在被測管線(xiàn)上選取一段條件較好、滿(mǎn)足超聲波流量計使用條件的測量點(diǎn)安裝標準表,如果條件太差,就需要對現有管線(xiàn)進(jìn)行改造,尤其要滿(mǎn)足前后直管段的要求,保證液體充滿(mǎn)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(guò)硬的技術(shù),又要積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。在檢測過(guò)程中,要求計量檢測人員本著(zhù)科學(xué)的態(tài)度開(kāi)展在線(xiàn)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(xiàn)大口徑流量計檢測工作的開(kāi)展情況
目前同煤集團供水分公司擔負著(zhù)礦區50萬(wàn)職工家屬的生產(chǎn)、生活用水,為礦區各礦、廠(chǎng)、居民小區等用戶(hù)供水,在線(xiàn)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(xiàn)的加壓站進(jìn)、出水管道或用戶(hù)進(jìn)水管道上,拆裝起來(lái)費時(shí)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———國家水大流量計量站進(jìn)行檢定,專(zhuān)門(mén)用于檢測其他在線(xiàn)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(diǎn),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(diǎn)開(kāi)展檢測工作。
近年來(lái),公司通過(guò)采用渦街流量計標準表比對法開(kāi)展對在線(xiàn)大口徑流量計的檢測并校準,及時(shí)采集數據,保證了所有在線(xiàn)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(cháng)足的發(fā)展。另一方面,采用超聲波流量計作為標準表,負責水量計量器具的檢定,開(kāi)展水計量檢測手段和檢定方法的研究,負責水計量的技術(shù)仲裁,保證了供水企業(yè)與用戶(hù)之間、用戶(hù)與用戶(hù)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(wèn)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(shí)際用水情況調節、分配水量,然后分別為兩個(gè)用戶(hù)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(shí)段進(jìn)行多次現場(chǎng)檢測,確保兩臺在線(xiàn)流量計的準確計量。自此,解決了四臺礦和馬脊梁礦長(cháng)期在用水計量上的爭議,取得了令雙方都滿(mǎn)意的結果。
6 結論
運用便攜式超聲波流量計開(kāi)展在線(xiàn)大口徑流量計的檢測、校準工作是較為可行的方法,這種方法極大地方便了供水企業(yè)的計量工作,同時(shí)也有效降低了企業(yè)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(jīng)驗,為供水行業(yè)今后有效開(kāi)展計量工作提供切實(shí)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(chǎng)合不同分為強制檢定和非強制檢定兩種,供水行業(yè)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(guān)的計量檢定規程由法定計量檢定機構實(shí)施;供水行業(yè)用于內部核算的流量計屬非強制檢定的計量器具,使用者只須按照量傳原則進(jìn)行科學(xué)的校準即可。