輸水管道流量測量儀表的應(yīng)用與經(jīng)驗(yàn)反饋

修耿杰

（中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300）

供水工程是包含發(fā)電廠在內(nèi)的眾多工業(yè)生產(chǎn)項目的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在供水過程中必須確保所供的生活用水、生產(chǎn)用水以及其他用水具有符合要求的水質(zhì)、水量和水壓。輸水管道流量儀表發(fā)揮著重要作用：水廠進(jìn)出口水流量計量是水廠計算供水量、產(chǎn)水成本以及供水系統(tǒng)中管道漏失等重要生產(chǎn)指標(biāo)的依據(jù)，是供水行業(yè)必不可缺的計量環(huán)節(jié)。

1 電磁流量計在供水行業(yè)的應(yīng)用

電磁流量因具有良好的線性、較寬的量程比、較強(qiáng)的可靠性以及較高的精確度等優(yōu)點(diǎn)在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

（1）電磁流量計的選型。①口徑的選擇。電磁流量計能夠?qū)^寬的流量范圍進(jìn)行連續(xù)的流量測量，在規(guī)定的流速范圍內(nèi)（0．5～10m/s）內(nèi)可以進(jìn)行任意調(diào)整。為了促進(jìn)流量儀表在適宜的流速范圍內(nèi)開展工作，當(dāng)工藝管道內(nèi)流速偏低，流量較為穩(wěn)定，同時允許有一定壓力損失的基礎(chǔ)上，可以選擇比工藝管道口徑小的儀表口徑，通過在儀表口徑前后兩端加固異徑管，促進(jìn)儀表內(nèi)部流速的提升。此外，要想確保儀表測量的精確度，所加固的異徑管中心錐角不得大于15°，并且異徑管上段至少應(yīng)當(dāng)有相當(dāng)于工藝管徑5倍的直管段。②流速的設(shè)定。根據(jù)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、精確性等方面的考量，在使用電磁流量計時適宜的使用流速范圍為1～5m/s；對于液體中含有固體顆粒的流體介質(zhì)，其使用的流速范圍應(yīng)當(dāng)控制在1～3m/s；如果是對于可能會對管道造成沉積物的流體介質(zhì)，使用的范圍最好是在2～5m/s。

（2）電磁流量計的特點(diǎn)。由于電磁流量計的測量結(jié)果與水的壓力、溫度、電導(dǎo)率等物理參數(shù)并沒有太大的關(guān)系，因此具有較強(qiáng)的可靠性和較高的精確度。測量管內(nèi)沒有阻礙流件，所以流量儀表沒有額外的壓力損失。在測量過程中，只有管道和電極與被測液體進(jìn)行接觸，所以只需要選擇合適的電極材料，就可以起到抗腐蝕的效果。此外，電磁流量計還具有較長的使用壽命，維護(hù)要求不高等特點(diǎn)。電磁流量計能夠測定正向水的流量。而且與其他流量計相比，其輸出信號的方式較為靈活多樣。

（3）電磁流量計的使用和安裝。在口徑的選擇中我們提到異徑管上段至少應(yīng)當(dāng)有相當(dāng)于工藝管徑5倍的直管段，而它的下段則至少需要3倍長度的直管段。流量計的前置管道長度至少在10倍管徑以上。在對電磁流量計進(jìn)行安裝的過程中，傳感器接地環(huán)必須緊緊接地，接地電阻不得大于10Ω。同時，在使用電磁流量計測量的環(huán)境中要特別注意外部電磁的干擾，尤其是避免工頻電磁場干擾。此外，在電磁流量計上5～10倍管徑的直管內(nèi)安裝整流器是穩(wěn)定水流流態(tài)的最佳方式。

（4）電磁流量計在線校驗(yàn)的方式。電磁流量計在線校驗(yàn)的方式主要有電參數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種。電參數(shù)法通過一定的測量原理，檢驗(yàn)管道式電磁流量計的有關(guān)參數(shù)，其中包括勵磁線圈電阻、勵磁線圈絕緣電阻、電極對地電阻等。通過檢測這些的參數(shù)變化程度，與出廠的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果在限定范圍內(nèi)，其精確度不會受到影響，可以放心使用；標(biāo)準(zhǔn)表法是利用標(biāo)準(zhǔn)表原理，在同一間隔時間內(nèi)，在被校表和標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)讓水（流體）連續(xù)通過，對比產(chǎn)生的輸出流量值，判定被校表的精確性。

2 超聲波流量計在供水行業(yè)中的應(yīng)用

（1）超聲波流量計的原理。時差式超聲波流量計通過先進(jìn)的數(shù)字信息處理技術(shù)和聲波時差探測法，測量水流流速對雙向聲波信號產(chǎn)生的影響，兩個傳感探頭（T1、T2）按照限定的間隔距離安裝在管道的外側(cè)，相互交替發(fā)射和接收信號波。當(dāng)發(fā)出的超聲波在靜止的水流中傳播時，處于上游傳感探頭T1將會向下游的傳感探頭T2發(fā)送信號。此時，下游T2探頭也向上游T1探頭發(fā)送信號。由于水流速度對超聲波信號的作用，加劇了從上到下的信號傳遞速度，減緩了從下到上的信號傳遞速度，由此兩個信號之間就產(chǎn)生了時間差，就可以算出水流的流速，再通過相關(guān)的計算公式計算出對應(yīng)的流量。如圖1所示。

圖1

（2）超聲波流量計在供水行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢。①不需要額外的技術(shù)加工。超聲波流量計是一種非接觸式的結(jié)構(gòu)儀器，通過管道外部環(huán)境就可以完成流量的測量工作。此外，測量部件全部安裝于管道外，不會給管道內(nèi)造成任何的壓力損失，從而也不會影響水流的流動情況。②測量方式便捷。利用超聲波流量計進(jìn)行測量的結(jié)果并不會受到水流的粘度以及水質(zhì)的其他特點(diǎn)的影響，水流流量的測量在管道內(nèi)部水流流動的過程中就可以完成。

（3）超聲波流量計的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)使用場合的不同，超聲波流量計分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。①固定式超聲波流量計。如果是在某一個固定位置進(jìn)行安裝，那么使用固定式超聲波流量計。對特定管道內(nèi)水流流量的長期持續(xù)的計量時，需要使用220V的交流電源。同時，固定式超聲波流量計通常都具有信號輸出功能，以便遠(yuǎn)傳顯示時使用，它的內(nèi)部只能對一條管道的參數(shù)進(jìn)行存儲。②便攜式超聲波流量計。與固定式超聲波流量計相比，便攜式超聲波流量計具有更強(qiáng)的機(jī)動性，應(yīng)用于各種不同管道的水流流量的臨時計量。使用便攜式超聲波流量計時既可以使用計量現(xiàn)場的任何交流電源，也可以使用其內(nèi)設(shè)的充電電源。因?yàn)楸銛y式超聲波流量計主要是對管道水流進(jìn)行臨時的計量測量，因此不具有輸出功能，但是它可以存儲多條管道的參數(shù)。

（4）超聲波流量計在線校驗(yàn)的方法。根據(jù)管道的實(shí)際情況選擇合適的超聲波流量計，將傳感器用適宜的方式安裝在被測管道上，記錄便攜式超聲波流量計與固定式超聲波流量計的初始流量值，經(jīng)過一段時間后，再對兩種超聲波流量計的最終值，從而得出累積的流量值，然后通過公式計算出修正系數(shù)。

P修正系數(shù)=[1-(S便攜-S固定)/S便攜]×100%

根據(jù)便攜式超聲波流量計相較于固定超聲波流量計的修正參數(shù)對固定超聲波流量計進(jìn)行參數(shù)修正，從而確保供水計量中各個數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 渦街流量計在供水行業(yè)中的應(yīng)用

（1）渦街流量計的原理。渦街流量計又稱之為卡門渦街流量計，它是通過水流的自然振蕩原理進(jìn)行研制的一種分離型流量計。當(dāng)水流流量以足夠大的流速通過垂直于水流方向的物體時，就會在物理的后面兩條平行的直線上產(chǎn)生轉(zhuǎn)向相反但是排列整齊的渦列。通過公式F=S×v/d（其中S為斯特羅哈數(shù)，v為管道內(nèi)水流的平均流速，d為柱狀體迎面的寬度），再根據(jù)渦街的頻率與水流流速成正比的原理，測量出渦街的頻率從而推導(dǎo)出水流的流速，進(jìn)而測量出水流的流量。

（2）渦街流量計的結(jié)構(gòu)組成。渦街流量計一共由變送器殼、渦街發(fā)生、信號檢測、輸出放大器、脈沖整形器、輸入放大器六個部分組成。其中變送器殼體是水流管道的組成部分，通過選擇合適的渦街發(fā)聲體的形狀和尺寸，水流在變送器殼內(nèi)流動過程中可以在雷諾數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生相對穩(wěn)定的渦街信號。而渦街發(fā)生體讓水流在流動過程中產(chǎn)生渦列，信號檢測器就對渦列進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成脈沖信號。輸出放大器就將微弱不易察覺的電信號進(jìn)行放大。而脈沖整形器就將并不規(guī)則的電脈沖轉(zhuǎn)換成了幅度與寬度成一定比例的方波信號。輸出放大器又對方波信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換成，同時對方波脈沖信號進(jìn)行輸出。

（3）渦街流量計的安裝。為了確保使用渦街流量計時的測量準(zhǔn)確性，在對渦街流量計進(jìn)行安裝時，必須在安裝的前后加固長度適宜的直管段。渦街流量計的上游側(cè)如果有縮徑阻力物的時候，要加固15D長的直管段；如果在同一片面有彎頭時，則必須加固20D的直管段；而渦街流量計的下游側(cè)應(yīng)當(dāng)加固大于5D的直管段。渦街流量計可以被安裝在水平、垂直等其他位置，如果對水流進(jìn)行垂直測量時，必須保證水流從下往上流量，以確保管道中完全充滿水流。

（4）渦街流量計的應(yīng)用。在供水系統(tǒng)中使用渦街流量計，為了防止雨季時儀表進(jìn)水而造成儀表損失，必須提前將儀表移出儀表井，亦或是采取分離型傳感器對其進(jìn)行改造。當(dāng)渦街流量計的周圍有大功率的發(fā)電機(jī)時，要避免工頻干擾影響其準(zhǔn)確性。對此，可以對傳輸電纜進(jìn)行屏蔽裝置，而將信號的輸出方式改為使用4～20mA的直流信號，不再采取脈沖信號。

4 結(jié)語

輸水管線流量測量儀表的選擇上，電磁流量計、超聲波流量計、渦街流量計因?yàn)楣ぷ鞯脑聿煌?，在不同的?yīng)用場合下，各有優(yōu)劣。我們應(yīng)當(dāng)依據(jù)其特性，選用合適的儀表，并充分借鑒其安裝使用和校驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)反饋，確保儀表的準(zhǔn)確性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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