便攜超聲流量計在線(xiàn)比對的應用體

    隨著(zhù)煉化企業(yè)水務(wù)工作的不斷深入開(kāi)展，水計量日益引起人們的重視。目前水計量主要采用電磁流量計、超聲流量計、渦街流量計、孔板、旋翼式水表、明渠流量計，這些水表在下一個(gè)檢修期到來(lái)前如何確保正常運行且不超差是企業(yè)計量部門(mén)應考慮的問(wèn)題。

    洛陽(yáng)石化公司2011年采購國產(chǎn)SCL－83便攜式超聲流量計，編制在線(xiàn)校準或比對計劃，在線(xiàn)比對現場(chǎng)新鮮水、循環(huán)水、除鹽水、冷凍水、含油污水等計量表，探索解決經(jīng)濟核算用計量表數量多、檢定難問(wèn)題。

    洛陽(yáng)市測試中心依據CJ/T364－2011《管道式電磁流量計在線(xiàn)校準要求》，建立了用超聲流量計在線(xiàn)比對以水為介質(zhì)的電磁流量計的核查標準。

    對關(guān)鍵用戶(hù)的水表，公司每年邀請洛陽(yáng)市測試中心進(jìn)廠(chǎng)在線(xiàn)測試，其出具的校準證書(shū)作為總部水務(wù)檢查的重要依據。

    本文從超聲流量計的選型、現場(chǎng)安裝、比對以及標準表參數設置的影響因素分析，得出應用結論，供同行參考。

    1 核查標準的選型

    選取時(shí)差法外夾式四聲道超聲流量計作為核查標準，其優(yōu)點(diǎn)：①超聲流量計具有其測流原理基于長(cháng)度與時(shí)間兩個(gè)基本物理量的溯源方便性；②多聲道超聲流量計測流不確定度高，一般來(lái)說(shuō)一臺四聲道超聲流量計在充滿(mǎn)水的管道中其測流不確定度可達±0.5%，但在實(shí)際應用中，由于場(chǎng)管道的內徑、壁厚、圓度都無(wú)法精確測量等諸多因素影響，實(shí)際測量誤差一般控制在±3%以?xún)�；③可�?shí)現不斷流測量，設備便于攜帶，安裝方便；④非接觸測量，不干擾流場(chǎng)，無(wú)壓力損失；⑤儀表無(wú)可動(dòng)及易損部件，穩定性好；⑥適用范圍廣，可用于各種類(lèi)型流量計的在線(xiàn)檢測；⑦適應性強，可用于不同管徑（現有國產(chǎn)流量計不能用于管徑＜25mm的管道）、不同管材（水泥管除外）的檢測。

    然而該核查標準也存在缺點(diǎn)和局限性：①要求準確知道管道參數，不能用于襯里或結垢太厚的管道；②作為標準表要求有較理想的管道安裝條件；③可測流體的溫度范圍受限制；④只能用于清潔液體的滿(mǎn)管測量；⑤人為因素對測量的影響較大，對操作人員要求很高；⑥現場(chǎng)流量不易調控，很難實(shí)現全量程測試。

    2 現場(chǎng)安裝

    2.1 了解現場(chǎng)情況

    主要包括以下內容：①是否具備安裝管路；②查看流量計管理檔案，了解管道參數包括管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；③管道年限；④流體類(lèi)型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿(mǎn)管；⑤流體溫度；⑥安裝現場(chǎng)是否有干擾源（如變頻、強磁場(chǎng)等）。

    2.2 選擇安裝位置

    超聲流量計敏感于流過(guò)探頭的流速分布剖面，管道中流體的穩定與否很重要，為了獲得流體沿管道中心平行對稱(chēng)地流動(dòng)，測量點(diǎn)上下游要有足夠長(cháng)度的直管段作有效整流，一般應滿(mǎn)足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離（其中D為管道內直徑），且避免在強磁場(chǎng)和震動(dòng)干擾處安裝，這是確保計量準確的前提條件，不同管徑下測量數據如表1所示。表1檢測實(shí)驗數據表明：當上、下游直管段長(cháng)度不能保證時(shí)，超聲流量計的測量誤差是很大的，且管徑越小，所引入的測量誤差越大。因此，條件限制不能保證上下游直管段時(shí)，宜采用其他方法測試。

表1 不同管徑下檢測數據檢測

    2.3 確定探頭安裝方式

    超聲流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法（透過(guò)法）和V法（反射法）。用V法的反射處必須避開(kāi)焊縫和接口。其中：①單聲道有Z法和V法兩種。②雙聲道有X法（2Z法、交差法）、2V法和平行法三種。③四聲道有4Z法和平行法兩種。

    小管道（300mm以下）盡量用“V”法，這樣可延長(cháng)聲程，提高測量不確定度；300mm以上的管道只能用“Z”法測，從我們的實(shí)際經(jīng)驗看，300mm以上管道用“V”法很難找到信號。對于管道條件較好者，如果能找到信號且信號強又穩定用“V”法更好。因為“V”法安裝較之“Z”法安裝對直管段的要求要短得多，利于提高測量不確定度。但是，當D＜300mm，而現場(chǎng)情況為：①當被測量流體濁度高，用V法測量收不到信號或信號很弱時(shí)；②當管道內壁有襯里時(shí)；③當管道使用年限太長(cháng)且內壁結垢嚴重時(shí)條件之一時(shí)，也可采用Z法安裝。

    2.4 求得安裝距離，確定探頭位置

    大管道探頭安裝（特別是外壁粗糙的管道）不易精確定位，多年的老管道（因生產(chǎn)工藝、廠(chǎng)家等諸多因素）管壁厚度、內徑不能準確測定，都是影響測量準確的主要因素。①確定管道外徑：剝凈安裝段內保溫層和保護層，再用卷尺選取三個(gè)測量點(diǎn)測量，以平均值作為管道外徑。②確定管壁厚度：把測量點(diǎn)的壁面打磨干凈，用超聲測厚儀選取多個(gè)測量點(diǎn)測量，以平均值作為管壁厚度。③將管道參數輸入標準表，選擇探頭安裝方式，得出探頭安裝距離。④在水平管道上，一般應選擇管道的中部，避開(kāi)頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）。⑤V法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)。⑥Z法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)，然后測出此點(diǎn)在管道另一側的對稱(chēng)點(diǎn)。⑦管道表面處理。

    確定探頭位置之后，在探頭安裝點(diǎn)±100mm范圍內，使用角磨砂輪機、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無(wú)蝕坑，避免局部凹陷，凸出物修平，漆銹層磨凈。要求：光澤均勻，無(wú)起伏不平，手感光滑圓潤。需要特別注意，打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于探頭粘接。

    3 調試和比對

    3.1 安裝探頭，調試信號

    ①安裝夾具和耦合劑。夾裝式探頭工作面與管道接觸表面要涂有足夠的耦合劑，不能有空氣和固體顆粒，以保證耦合良好。②微調探頭位置。探頭與主機按通道上下游組號連接后，一邊查看主機顯示的信號強度和信號質(zhì)量值，一邊在安裝點(diǎn)附近慢慢移動(dòng)探頭直到收到最強的信號和最大的信號質(zhì)量值，以達到信號和傳輸比最好的匹配。管道直徑越大，探頭移動(dòng)范圍越大。

    3.2 現場(chǎng)比對

    由于現場(chǎng)流量不易調控，采用瞬時(shí)流量進(jìn)行誤差比對出入較大，我們多數采取累積流量進(jìn)行，流速穩定的每10min讀取數據一次，流速不穩定的每30min甚至1h讀取數據一次，均讀五次，經(jīng)過(guò)數據分析和處理，得出比對結果。

    4 參數設置對測量誤差的影響

    4.1 管路內徑偏差對流量測量的影響

    當管路外徑、管壁厚度、管襯厚度等參數的輸入值與實(shí)際管路尺寸不符時(shí)，儀表用以計算流量的管路內徑是不準確的。管路內徑與實(shí)際尺寸之間每偏差1%，將造成流量相對誤差遞增約3%。圖1為管路內徑與實(shí)際尺寸偏差±1mm的情況下，在不同管徑進(jìn)行流量測量時(shí)產(chǎn)生的相對誤差。

圖1 管路內徑偏差對流量相對誤差的影響

    4.2 換能器安裝距離誤差對流量測量的影響

    當換能器的實(shí)際安裝距離與參數設置界面顯示的安裝距離不符時(shí)，流量測量會(huì )隨之產(chǎn)生偏差。圖2為換能器V方式實(shí)際安裝距離與標準安裝距離偏差±1mm的情況下，在不同管徑進(jìn)行流量測量時(shí)產(chǎn)生的相對誤差。

圖2 安裝距離誤差下管路內徑與流量相對誤差的關(guān)系

    4.3 溫度輸入偏差對流量測量影響

    當輸入的液體溫度與管路內液體的實(shí)際溫度不符時(shí)，參數設置界面顯示的換能器安裝距離是不準確的，儀表用以計算流量的溫度補償系數也存在偏差。圖3顯示了實(shí)際液體溫度分別為20、50、80℃時(shí)，溫度輸入偏差與流量相對誤差之間的關(guān)系。

圖3 溫度輸入偏差與流量相對誤差之間的關(guān)系

    5 應用小結

    ①使用便攜式超聲流量計作為核查標準，可解決水表運行期間計量誤差的監視和校正；對經(jīng)濟核算類(lèi)水表，尤其大口徑電磁流量計、插入式超聲流量計可不再拆卸送檢，定期在線(xiàn)比對校正即可；對貿易結算類(lèi)水表，雙方可通過(guò)協(xié)議約定在線(xiàn)比對代替檢定。②對供方主管線(xiàn)總表，結合外送檢定證書(shū)，利用便攜式超聲流量計在線(xiàn)比對數據和水泵耗電量，根據能量守恒定律，在該表調試期間，可確定該水泵系數：泵抽出水量/水泵耗電量；日常計量中，參照該水泵系數與耗電量可判斷該表是否運行異常。③在新水表安裝選址時(shí)，對關(guān)鍵用戶(hù)計量點(diǎn)，應提前設計將來(lái)在線(xiàn)比對的直管段———最好預制特定材質(zhì)、管壁厚度、無(wú)襯里及管徑且保證滿(mǎn)管的標準測量管道，并砌成長(cháng)方形井（操作人員能方便上下井、管線(xiàn)兩側能順利站人，管線(xiàn)底部鏤空15～20cm）。