容積法校驗出廠高壓電磁流量計的應用探討

摘要：出廠流量計計量準確度關(guān)系到供水企業(yè)的產(chǎn)銷差等各項經(jīng)濟類考核指標，對其計量精度和運行可靠性定期評估非常必要。實踐證明，容積法校驗出廠高壓電磁流量計的方法可行。容積法中吸水井和清水池的水量變化對*終結(jié)果影響*大，該方法的核心是液位的準確測量，建議在測量點現(xiàn)場讀數(shù)。測量中，水量調(diào)節(jié)應緩慢進行，避免構(gòu)筑物內(nèi)液面波動過大造成液位讀數(shù)存在較大偏差。某**速測量時間宜盡可能長，以收集較長穩(wěn)定時間段數(shù)據(jù)，使測量結(jié)果更準確更具說服力。
1 基本情況
目前，各水廠出廠計量普遍采用高壓電磁流量計，但隨著時間推移和運行工況改變，可能會造成流量計的穩(wěn)定性和準確度下降，進而關(guān)系到各項考核指標如產(chǎn)銷差等的計算結(jié)果。由于在線使用的高壓電磁流量計拆裝困難，對流量計的在線校準，以及計量管理水平有著十分重要的意義?！?strong>高壓電磁流量計在線校準要求》(CJ/T 364-2011)(下文簡稱“標準”)提供了標準表法和電參數(shù)法兩種在線校準方法，要求復校時間間隔不宜超過 2 年，具體由被校單位根據(jù)實際使用情況確定。
2 需解決的問題
對所在城市的水廠出廠流量計進行檢驗工作，由于不具備超聲波流量計使用條件(缺少校驗井或無滿足條件的裸露管段)，且超聲波流量計的準確度比電磁流量計低，嚴格說來不符合計量量值傳遞的規(guī)則，因此，日常采用電參數(shù)法。當電參數(shù)法傳感器各參數(shù)正常時，轉(zhuǎn)換器的準確度在±0. 5%以內(nèi)，但因其僅為性能測試，校驗結(jié)果不夠直觀，流量計的數(shù)據(jù)準確度無法獲知。對于安裝在出廠管段處的流量計，可以利用水廠構(gòu)筑物(主要是清水池和吸水井)作為測量容器，即容積法進行測定，該方法在深圳水務集團下屬水廠也曾嘗試。根據(jù)這一原理，結(jié)合水廠現(xiàn)場實際，制定了詳細的方案并進行實施。
3 方案制定與實施
3．1 總體思路
利用水廠的構(gòu)筑物作為測量容器，測量構(gòu)筑物內(nèi)水位在一定時間范圍內(nèi)的變化高度，以此來計算構(gòu)筑物內(nèi)水量的變化體積，將此結(jié)果與相同時間段內(nèi)電磁流量計的累計流量相比較，從而確定電磁流量計的計量性能。本次實施過程中，兼顧了不同的流速區(qū)間。
從原理上，這是一種*基本*直觀可靠的檢測方法，實施期間需依托生產(chǎn)系統(tǒng)，其檢測時間盡量避開供水早、晚高峰，確保不影響安全供水。
該方法供水范圍相對較小，對全市供水影響不大，出廠流量計只有 1 個，由測量條件相對較簡單的 A 水廠進行，積累實際經(jīng)驗后，在適當?shù)臈l件下進行其他水廠的出廠流量計校驗工作。影響該方法精度的因素很多，測量過程中人員的配合、竣工圖尺寸與實際存有的誤差、水廠可能存在少量的漏水現(xiàn)象，特別是排空閥的泄露等，為此，測量前需周密計劃，精心實施，避免不必要的誤差。
3．2 計算方案
A 水廠凈水工藝為“混凝-沉淀-過濾-臭氧活性炭-消毒”，構(gòu)筑物有平流沉淀池、普通砂濾池(包括反沖洗集水井)、提升泵房、臭氧接觸池、活性炭濾池、吸水井和清水池。為使正常生產(chǎn)與校驗狀態(tài)間的切換安全快速，測量過程前后閥門的啟閉動作應盡可能少，尤其是手動閥門。為此，在測量過程中，清水池前閥門不動作，確保原水不進入常規(guī)處理后，關(guān)停提升泵。參照這一思路，涉及水位有變化的構(gòu)筑物(甚至包括管道內(nèi)有無流量體積的變化)都需進行分析計算，計算工作量較多。另外，在測量過程中，隨著水位的下降，每一構(gòu)筑物的平面尺寸會有不同程度的變化，為減少誤差，這些因素都需納入計算方案中。
例如，本次對砂濾池的計算，就考慮到洗砂排水槽的影響，根據(jù)其構(gòu)造，分成了 4 個高差范圍進行計算;提升泵吸水室體積變化的計算中扣除了泵筒所占體積部分;對清水池和吸水井的面積，對照竣工圖紙減去了導流墻、梁、柱等所占的面積，另外也考慮了人孔、溢流井等。
3．3 準備工作
測量前完成以下準備工作，以減少測量過程帶來的誤差。檢查廠內(nèi)閥門特別是砂濾池和炭濾池出水閥門的關(guān)閉嚴密度，對有漏失閥門的濾池提前停用濾空或在測量過程中重點監(jiān)控;根據(jù)計算方案，準備好相應套數(shù)液位簡易測量裝置，供校核液位儀使用，分別安裝于清水池、吸水井、炭濾池出水渠、沉淀池出水集水渠等處;準備各點上的測量記錄表格;根據(jù)工作量大小安排各個測量點上的工作人員，配備足夠數(shù)量對講機，統(tǒng)一校對時間;復核閥門(尤其是超越管)狀態(tài)，抽空窨井存水便于操作;供水調(diào)度中心及其他水廠做好水量調(diào)整準備。
3．4 校驗實施
根據(jù)整體方案的部署，A 水廠對其出廠管上的 1 個高壓電磁流量計進行容積法校驗，具體實施步驟如下。
*先，將水廠清水池調(diào)至高水位，所在城市的其他水廠也相應放高清水池水位以防意外;測量前 1 h 降低水廠出水負荷;關(guān)閉水廠沉淀池進水閥，將沉淀池液位降至出水槽以下;關(guān)閉自用水，關(guān)閉加礬泵，關(guān)閉加氯水射器增壓泵，關(guān)閉臭氧發(fā)生器，停尾水生產(chǎn);停提升泵，關(guān)閉砂濾池和炭濾池相應的進出水閥門;上述工作及人員到位后，待各測量點的液位波動緩慢穩(wěn)定時，現(xiàn)場指揮宣布開始測量，各個測量點工作人員記錄初始水位 H 1 ，電磁流量計初始值 Q 1 和起始時刻 t 1 ;每隔 3 min 進行一次測量數(shù)據(jù)的記錄;測量期間逐步增大流量，再逐步回調(diào)流量;現(xiàn)場指揮宣布測量結(jié)束，*后一次記錄各點測量數(shù)據(jù);A 水廠恢復生產(chǎn)，恢復正常調(diào)度。此后，搜集、匯總各類記錄數(shù)據(jù)，進行后續(xù)的統(tǒng)計分析工作。
4 結(jié)果分析探討
A 水廠出廠電磁流量計的校驗測量從 2017 年 4 月 11 日 13 ∶35 開始至 15 ∶08 結(jié)束，統(tǒng)計總體偏差為－3. 13%，因構(gòu)筑物容積的計算依據(jù)圖紙，其與實際尺寸可能存在差異，此外，計算過程中沒有考慮粉刷層厚度、蒸發(fā)量的影響等，該偏差值在可接受范圍內(nèi)。此次統(tǒng)計中的偏差 =(電磁流量計讀數(shù) － 總體積變化) /總體積變化 ×100，結(jié)果若為負則表示出廠流量計計量小于實際出水量，為正，則反之。測量中的幾點體會探討如下。
4．1 各構(gòu)筑物水量變化對結(jié)果的影響
據(jù)統(tǒng)計，各構(gòu)筑物的水量占比如表 1 所示。

表 1 的統(tǒng)計結(jié)果表明，在測量過程中，沉淀池、砂濾池等部分水量流入提升泵房，因此，在測量過程中對于水位有可能上升的測量點，要注意觀察其水位上升不能超過堰口，造成水量統(tǒng)計失誤。由于清水池前閥門沒有關(guān)閉，吸水井、清水池有少量水通過管道流入前工藝構(gòu)筑物。此外，本次的測量結(jié)果也表明，容積法校驗電磁流量計中需要重點關(guān)注并準確測量的是吸水井和清水池的水量變化。
4．2 液位儀與人工標尺間的差異
液位的測量是整個容積法校驗的重點，其準確度直接關(guān)乎計量結(jié)果。由于液位儀信號非數(shù)字傳輸，在測量過程中安裝了人工標尺這一液位簡易測量裝置，供校核液位儀使用。將測量的累計液位差同液位儀(中控、現(xiàn)場)測得數(shù)據(jù)進行比較，如圖 1 所示。

由圖 1 可知，人工標尺測得的液位差值與現(xiàn)場液位儀基本吻合，其變化一致，但中控液位儀顯示的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一定的滯后性，這同信號的傳輸距離與解析方式相關(guān)。在日后的測量過程中，對于吸水井和清水池這些對測量結(jié)果影響較大的地方，需進行人工標尺讀數(shù)，或?qū)x表校驗后進行現(xiàn)場讀數(shù)記錄。
4．3 清水池測量點的選擇
由于清水池面積較大，在測量過程中，在清水池的初段、中段、末端與溢流井共 4 處安裝了相應的液位測量裝置。對這 4 處數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，雖然其絕對值存在差異，但累計液位差完全吻合，這表明某一點基本能反應清水池的液位變化，后續(xù)測量工作可只選取一個點位。
4．4 不同流速區(qū)間偏差
本次測量兼顧了不同的流速區(qū)間，在不同流速(0. 30、0. 42、0. 58、0. 84、0. 98、1. 40 m/s)區(qū)間的偏差分別是 －3. 65%、－5. 35%、－4. 24%、－3. 95%、－3. 35%、－1. 62%，如圖 2 所示。

圖 2 的結(jié)果顯示，容積法校驗電磁流量計累計偏差開始階段不穩(wěn)定，后期趨于穩(wěn)定，在 －3. 0%附近。這是測量中不可避免存在某幾個時刻(特別出廠水流量改變時)某些測量點液位波動較大，導致記錄數(shù)值與真實情況存有較大差異，一開始累計出水總量較少，偏差會相對放大，在后期累計水量大，這一原因?qū)е碌钠顪p少，偏差值也趨于穩(wěn)定。
另外，不同流速下，容積法計算值與電磁流量計測量值間偏差不同，同**速不同間隔區(qū)間統(tǒng)計的偏差不完全接近，這可能是某**速區(qū)間測量時段只有 20～30 min，沒有足夠長的穩(wěn)定時間導致的。在這一期間，構(gòu)筑物內(nèi)液位變化不大，如果讀數(shù)存在微小偏差，計算的相對偏大就會較大。在今后工作中，可以只選取2～3 個流速區(qū)間，每個流速區(qū)間時間盡可能長，以收集較長的穩(wěn)定時間段數(shù)據(jù)，使統(tǒng)計的偏差數(shù)據(jù)更具說服力。
4．5 同清水池容積法的比較
一般采用容積法校驗出廠流量計計算的都是清水池和吸水井容積，即清水池容積法。需要關(guān)閉清水池前閥門，為檢驗閥門的閉合度，還需等待一段時間(至少 10 min)，觀察清水池液位變化情況，如出現(xiàn)升高或降低，還需重新檢查直至穩(wěn)定。在這一過程中，對于只有一根出廠管道的水廠，還會涉及到清水泵房水泵的關(guān)停動作。
本文所采用的容積法，同清水池容積法比較，準備工作和測量過程一樣都需要動用較多的人力物力，雖然較后者計算工作量增加很多，但校驗過程中動作較少，尤其是閥門的啟閉操作;另外，如水廠工藝不變化，構(gòu)筑物無新建、改擴建等情況，后續(xù)的校驗中可以一直沿用該計算方案。
5 結(jié)語
實踐證明，容積法校驗出廠高壓電磁流量計的方法可行。
在該方法中，吸水井和清水池的水量變化對*終結(jié)果影響*大，務必力求準確，為盡可能減少絕對誤差，*好在竣工時，用高精度鋼尺實測其數(shù)據(jù)，留作日后測試用;液位測量是容積法的核心，其準確度直接關(guān)乎*后的計量結(jié)果，建議在測量點現(xiàn)場讀數(shù)，如果有液位儀，測量前需校正;測量過程中避免水量突變造成構(gòu)筑物內(nèi)液面波動較大，影響測量讀數(shù);一般水量緩慢調(diào)節(jié)時，清水池內(nèi)初段、中段、末端的液位變化基本一致，其測量點的選取可根據(jù)實際安裝條件選取一點即可;某**速測量時間宜盡可能長，這樣在同**速下，可搜集到較長的穩(wěn)定時間段數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析結(jié)果更準確更有說服力。此外，在容積法實施過程中，對于水位有可能上升的地方，要注意觀察其水位上升不能超過堰口，造成水量統(tǒng)計失誤;需密切關(guān)注清水池水位變化情況，確保其在測量結(jié)束后不因水位過低而影響正產(chǎn)生產(chǎn)。
用容積法校驗出廠電磁流量計，初次進行時方案制定與計算工作量較大，測量過程需動用較多的人力物力，但經(jīng)實踐積累一定經(jīng)驗后，在日后的復校工作中將會較好開展，且其歷次校驗結(jié)果具有相當直觀可靠的對比意義。

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