武漢石化液體流量標定裝置解析

陳 嘯

（中石化股份有限公司武漢分公司，武漢 430082）

引言

液體流量標定裝置用于液體流量儀表的檢測和標定。液體流量標定裝置按計量器具分類，分為靜態質量法、容積法、體積管法和標準表法四種，本文所介紹的武漢石化液體流量標定裝置采用靜態質量法和標準表法相結合的方式，每條檢定管線上配有0.1級標準表作為質量法檢定時的瞬時流量指示。本套裝置主要對科里奧利質量流量計進行標定。也可對渦街流量計、渦輪流量計、超聲流量計、電磁流量計、液體容積式流量計、冷水水表進行標定。

1 水流量標定裝置簡介

靜態質量法液體流量標定裝置主要由水池、變頻離心泵、穩流器、消氣器、截止閥、溫度計、壓力表、標準表、被檢表、夾表器、調節閥、換向器、旁通器、稱量容器、電子稱組成。其結構和原理如圖所示。

圖中僅為液體流量標定裝置其中一條管線，我廠標定裝置基本檢定管線：DN15/10、DN25/20、DN50、DN80、DN150/100、DN200共計6條。流量檢定范圍為0.05～500m3/h。4個標準罐容積分別為：30L、300L、1500L和6m3。

泵是提升液體的設備，按裝置的流量范圍1～500m3/h 及計算的壓力損失確定泵的流量和揚程。為了防止液體回流，在管路上安裝單向閥。

2 武漢石化水流量標定裝置控制系統實現

為了滿足液體流量檢定系統的各項要求，檢定系統采用PLC為處理核心，工業計算機為人機交互接口的控制方式。現場的泵、閥門、流量、液位、溫度、壓力、電子稱等信號通與PLC進行通訊，PLC通過RS232/485轉換模塊與工業級計算機進行通信。

2.1 控制系統數據信號處理

專用電源模塊，為PLC系統提供可靠、穩定的電源。CPU模塊，用于整個硬件系統的自動化控制和數據的初步處理。通訊模塊，使用標準通訊協議與上位機或工業網絡通訊，保證數據的準確性、時實性。高速計數模塊，用于對不同流量儀表的輸出脈沖進行計數。14位A/D轉換模擬量采集模塊，用于自動采集溫度變送器、壓力變送器信號和被檢表輸出的4～20m A等模擬信號。D/A調節量輸出模塊，控制各種調節量。開關量輸入/輸出(I/O)模塊，用于輸出各種開關變量，控制開關閥及泵的啟停。

2.2 檢定系統實現功能

1）控制功能。泵的啟停、泵和標準流量計前、換向器后的閥門控制；被檢表后調節閥開度；換向器的換向控制。

2）數據信號采集功能。對裝置的溫度壓力變送器和液位信號測量；采集裝置的標準流量計信號；裝置被檢表流量信號測量，包含4-20m A電流信號、0至10KHz脈沖信號、電壓信號采集；電子稱信號采集；閥位開關限位信號采集。

3）數據處理功能。按照國家強制檢定規程對檢定結果進行檢定數據處理和判定；系統可針對不同的被檢表進行參數設置；檢定點數、檢定次數與檢定時間設置靈活，程序默認設置是按照國家檢定規程選定的檢定操作，在遇到特殊情況或規程變更時，也可由用戶自由設置；系統記錄檢定過程中的數據，提供實時趨勢圖顯示功能。

4）顯示功能。系統流程圖動態顯示，各參數狀態實時變化；在系統中實現流量計檢定程序及步驟的選擇和設定、參數設置、數據計算、數據顯示、自動打印符合國家檢定規程和標準的儀表檢定報告和證書。

2.3 水流量標定裝置檢定流程

首先啟動儀表供電和變頻器供電。裝置開始工作后，操作界面的溫度壓力等信號首先傳入并動態顯示。選擇相應管線，打通管線流程，換向器打到排水方向。此時可以啟動變頻器打到工作頻率，泵開始工作，水流開始在管線內流動。通過穩壓罐和消氣器的作用，使水流逐漸穩定下來。調節閥和變頻器同時調節水的流速，使之達到檢定點流量。

開始檢定時，換向器打到進罐方向，同時計時器也開始計時，脈沖檢測器也開始計錄脈沖數。當達到了預計時間是，換向閥自動打到排水位置，計時器和脈沖計數同時停止記錄。記錄容器內水的質量作為質量法比對結果。

3 武漢石化流量標定系統上位機操作

3.1 選罐

檢定前，需要根據被檢表參數選擇容量罐。點擊界面左上角“選罐建議”按鈕會彈出選罐對話框。根據系統內儲存的罐容表，在檢定流量值、檢定時間和罐號三個變量里，任意輸入兩個變量，即可獲得第三個變量的數據。例如途中檢定流量選擇50t/h，時間選擇72s，根據計算系統建議罐號為3號標準罐，同時給出開泵建議如圖。

3.2 夾表

首先在現場操作夾表器，將流量計安裝在試驗管路上，保證無泄漏。控制系統中點擊管線上“被檢表”按鈕彈出被檢表參數輸入對話框。依次輸入儀表類型、信號種類、最大流量、最小流量、單位脈沖對應流量值完成夾表操作。夾表操作完成后，現場備件表前后閥門自動開啟，整個檢定回路聯通。

3.3 檢定參數設置

開始檢定前，需要首先設置檢定流程。點擊界面左上角“檢定參數設置”按鈕彈出對話框。本套裝置實用水作為標定介質，介質密度一欄輸入水的密度998kg/m3隨后按照流量計檢定規程設置相應的檢定點數和檢定次數，系統根據上一步設置的最大最小流量與檢定規程自動給出相應流量檢定點以及檢定時間。對于在特殊流量段有檢定要求的流量計，可以手動設置檢定點和檢定時間。

3.4 檢定結果輸出

檢定結束后，控制系統自動輸出原始檢定記錄報表。在原始記錄中，測量時間、稱重質量、壓力、溫度以及脈沖數為直接測量值，其余部分均為計算值。示值誤差為重要檢定結果，直觀反應了質量流量計計量數據與真實數據的差量。對于貿易質量流量計，要求示值誤差了正負0.2%以內。

4 實際使用過程中存在的問題

4.1 部分型號質量流量計的頻率信號無法接收，且無法識別無源信號

信號接收問題是由于PLC的先天不足造成的。該套標定裝置采用的PLC為羅克韋爾自動化公司旗下A-B公司生產的SLC500型小型PLC。04年新建時脈沖計數模組的脈沖幅值和占空比未提供選擇，也不能向外部提供供電。所以目前部分流量計的脈沖信號檢測不到。需要測量無源信號時必須在回路中增加外部供電設備。

整改措施：PLC更換，增加高速脈沖計數通道數（同時2路）。增加系統接受被檢表信號的能力：接受脈沖信號幅值、占空比可選擇（最高頻率可至10kHz）,提供將（4～20）m A信號轉換為標準脈沖頻率信號設備（轉換精度0.01%）

4.2 穩壓罐壓力、換向器尾桿位置信號、地下水池液位、標準表脈沖信號等未接入系統

整改措施：將穩壓罐壓力、換向器尾桿位置信號、地下水池液位、標準表脈沖信號等接入系統，增加地下水池液位顯示、稱重容器液位報警等功能。

4.3 大容器放水速度慢，拖慢檢定效率

測試發現大容器放水時，水流在罐內形成漩渦，降低了排水時間。

整改措施：最大標準罐（6m3）下排水口原為DN150口徑，加粗為DN250口徑。改造前測算DN250口徑排水口改造后增加的重量，與最大使用量這和是否超過電子稱6t的最大量程。

4.4 現裝置晶振（時間計量）未納入檢定。換向器換出、換入時間測試需增相應設備和軟件功能

現用PLC的晶振時鐘只能精確到毫秒級，不滿足檢定規程0.5微秒的要求。換向器動作時會產生延遲（換向時間），換向時間應足夠短 ， 國家規定小于0.2s， 換向器正反行程差應小與0.02s。現裝置未進行換向時間計量，對測量結果有影響。

整改措施：增加外部時間計量單元，換向器換出、換入時間差檢定、系統晶振（時間）檢定，將時間計量引入質量法檢定、對比法檢定同步控制。

5 結論

武漢石化這套流量標定裝置于05年建成，至今已正常使用9年。在滿足對不同類型流量計進行檢定的前提下，該裝置突出了不確定度低（優于0.05%）、范圍度寬（DN10～DN200）、自動化程度高等特點。該裝置設計指標符合國家液體流量標定裝置標準，并取得湖北省質量技術監督局檢定資質授權，完成流量計檢定任務的同時，也為公司節約了大筆資金。隨著流量計的更新和檢定標準的提高，這套流量標定裝置也將進行升級改造，不斷適應變化的需求。

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