便攜式超聲流量計在線比對的應用體會

鮑春林

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

便攜式超聲流量計在線比對的應用體會

鮑春林

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

從超聲流量計的選型、現場安裝、比對以及標準表參數的影響因素進行分析，介紹了便攜式超聲流量計使用中的注意事項，使用后，可解決水表運行期間計量誤差的監視和校正。

超聲流量計;核查標準;在線比對

隨著煉化企業水務工作的不斷深入開展，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，這些水表在下一個檢修期到來前如何確保正常運行且不超差是企業計量部門應考慮的問題。

洛陽石化公司2011年采購國產SCL-83便攜式超聲流量計，編制在線校準或比對計劃，在線比對現場新鮮水、循環水、除鹽水、冷凍水、含油污水等計量表，探索解決經濟核算用計量表數量多、檢定難問題。

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

對關鍵用戶的水表，公司每年邀請洛陽市測試中心進廠在線測試，其出具的校準證書作為總部水務檢查的重要依據。

本文從超聲流量計的選型、現場安裝、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

選取時差法外夾式四聲道超聲流量計作為核查標準，其優點:①超聲流量計具有其測流原理基于長度與時間兩個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，一般來說一臺四聲道超聲流量計在充滿水的管道中其測流不確定度可達±0.5%，但在實際應用中，由于場管道的內徑、壁厚、圓度都無法精確測量等諸多因素影響，實際測量誤差一般控制在±3%以內;③可實現不斷流測量，設備便于攜帶，安裝方便;④非接觸測量，不干擾流場，無壓力損失;⑤儀表無可動及易損部件，穩定性好;⑥適用范圍廣，可用于各種類型流量計的在線檢測;⑦適應性強，可用于不同管徑(現有國產流量計不能用于管徑＜25 mm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現場流量不易調控，很難實現全量程測試。

2 現場安裝

2.1 了解現場情況

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、管壁厚度及管徑;③管道年限;④流體類型、是否含有雜質、氣泡以及是否滿管;⑤流體溫度;⑥安裝現場是否有干擾源(如變頻、強磁場等)。

2.2 選擇安裝位置

超聲流量計敏感于流過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地流動，測量點上下游要有足夠長度的直管段作有效整流，一般應滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離(其中D為管道內直徑)，且避免在強磁場和震動干擾處安裝，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檢測實驗數據表明:當上、下游直管段長度不能保證時，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，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(透過法)和V法(反射法)。用V法的反射處必須避開焊縫和接口。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(300 mm以下)盡量用“V”法，這樣可延長聲程，提高測量不確定度;300 mm以上的管道只能用“Z”法測，從我們的實際經驗看，300 mm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＜300 mm，而現場情況為: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;②當管道內壁有襯里時;③當管道使用年限太長且內壁結垢嚴重時條件之一時，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(因生產工藝、廠家等諸多因素)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，再用卷尺選取三個測量點測量，以平均值作為管道外徑。②確定管壁厚度:把測量點的壁面打磨干凈，用超聲測厚儀選取多個測量點測量，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:先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點。⑥Z法安裝:先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側的對稱點。⑦管道表面處理。

確定探頭位置之后，在探頭安裝點±100 mm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，無起伏不平，手感光滑圓潤。需要特別注意，打磨點要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點打磨成平面，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量值，一邊在安裝點附近慢慢移動探頭直到收到最強的信號和最大的信號質量值，以達到信號和傳輸比最好的匹配。管道直徑越大，探頭移動范圍越大。

3.2 現場比對

由于現場流量不易調控，采用瞬時流量進行誤差比對出入較大，我們多數采取累積流量進行，流速穩定的每10 min讀取數據一次，流速不穩定的每30 min甚至1 h讀取數據一次，均讀五次，經過數據分析和處理，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際管路尺寸不符時，儀表用以計算流量的管路內徑是不準確的。管路內徑與實際尺寸之間每偏差1%，將造成流量相對誤差遞增約3%。圖1為管路內徑與實際尺寸偏差±1 mm的情況下，在不同管徑進行流量測量時產生的相對誤差。

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

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

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際溫度不符時，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顯示了實際液體溫度分別為20、50、80℃時，溫度輸入偏差與流量相對誤差之間的關系。

圖3 溫度輸入偏差與流量相對誤差之間的關系

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;對經濟核算類水表，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，定期在線比對校正即可;對貿易結算類水表，雙方可通過協議約定在線比對代替檢定。②對供方主管線總表，結合外送檢定證書，利用便攜式超聲流量計在線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，對關鍵用戶計量點，應提前設計將來在線比對的直管段——最好預制特定材質、管壁厚度、無襯里及管徑且保證滿管的標準測量管道，并砌成長方形井(操作人員能方便上下井、管線兩側能順利站人，管線底部鏤空15～20 cm)。

TQ056.15

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1003-3467(2014)05-0036-03

2014-02-20

鮑春林(1965-)，男，工程師，從事計量管理工作，電話:13613886474。