摘 要:采用便攜式超聲波流量計可以實現在線大口徑流量計的檢測及校準,并介紹了檢測步驟和檢測時需要滿足的條件。
1 在線檢測、校準大口徑流量計的重要意義
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徑流量計,大口徑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,有的安裝在管道內部,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。這就導致供水企業難以做到按期進行周期檢定。而大口徑流量計又往往是供水行業用于貿易結算的計量器具,其準確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 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。
清水池容積法準確可靠,但檢測效率低;相比之下,標準表比對法便于實現自動化,從而提高檢測效率。目前,除個別企業采用清水池容積法外,大部分企業是采用標準表比對法來實現在線大口徑流量計的檢測和校準的。而在標準表比對法中,供水企業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:將精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:
|2=n標/v被×|1
式中:|1———被檢流量計原來的系數;
v被———被檢流量計的平均流速,單位:m3h;
n標———標準流量計的平均流速,單位:m3h;
|2———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)不干擾流場,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)適用范圍廣,可用于各種類型流量計的在線檢測;
5)適應性強,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)標準表價格基本與所測管徑無關,性價比高。
3.2 檢測的缺點
1)要求準確知道管道參數,而現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、管內襯里的材質及厚度、管內介質、介質溫度等相關量的準確數值,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),以確保測量精度。
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倍管徑的距離內無干擾流體狀態的因素,如泵、閥等,必要時應考慮加裝整流器。
3)測量時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),因為氣泡會使超聲波信號衰減,從而影響測量精度。
4)選擇測量點必須保證通過其測量段的最小流速不低于0.5ms,如果流速低于0.5ms,應考慮在被檢流量計安裝點的前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正確,還要充分考慮管道參數如直徑、材質、壁厚、襯里和積垢、銹蝕等因素對測量精度的影響。
6)為便于以后用其他流量計對其流量測量精度的在線檢查,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,檢查標準表、換能器及電源線是否完好。在實踐中,發現在冬季氣溫特別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
首先要根據現場工況條件科學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,都應采用科學的安裝技術,確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精度的影響。第二,將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,確認工作正常后,方可開始檢測。第三,檢測時根據現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標準表,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0.5ms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,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著科學的態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
近年來,通過采用標準表比對法開展對在線大口徑流量計的檢測并校準,及時采集數據,保證了所有在線流量計的準確計量,保證了水—這種能源的計量正確率,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為標準表,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節、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、校準工作是較為可行的方法,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,為供水行業今后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為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行科學的校準即可。
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