供水企業中夾持式電磁流量計的應用探討
點擊次數：2449 發布時間：2021-01-01 13:18:01
摘要：夾持式電磁流量計計量準確度關系到供水企業的產銷差等各項經濟類考核指標，對其計量精度和運行可靠性定期評估非常必要。實踐證明，容積法校驗出廠夾持式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，建議在測量點現場讀數。測量中，水量調節應緩慢進行，避免構筑物內液面波動過大造成液位讀數存在較大偏差。某**速測量時間宜盡可能長，以收集較長穩定時間段數據，使測量結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夾持式電磁流量計，但隨著時間推移和運行工況改變，可能會造成流量計的穩定性和準確度下降，進而關系到各項考核指標如產銷差等的計算結果。由于在線使用的夾持式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。《夾持式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則，因此，日常采用電參數法。當電參數法傳感器各參數正常時，轉換器的準確度在±0. 5%以內，但因其僅為性能測試，校驗結果不夠直觀，流量計的數據準確度無法獲知。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。根據這一原理，結合水廠現場實際，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
利用水廠的構筑物作為測量容器，測量構筑物內水位在一定時間范圍內的變化高度，以此來計算構筑物內水量的變化體積，將此結果與相同時間段內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系統，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，積累實際經驗后，在適當的條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。為使正常生產與校驗狀態間的切換安全快速，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處理后，關停提升泵。參照這一思路，涉及水位有變化的構筑物(甚至包括管道內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，根據其構造，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。檢查廠內閥門特別是砂濾池和炭濾池出水閥門的關閉嚴密度，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控;根據計算方案，準備好相應套數液位簡易測量裝置，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;根據工作量大小安排各個測量點上的工作人員，配備足夠數量對講機，統一校對時間;復核閥門(尤其是超越管)狀態，抽空窨井存水便于操作;供水調度中心及其他水廠做好水量調整準備。
3．4 校驗實施
根據整體方案的部署，A 水廠對其出廠管上的 1 個夾持式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;關閉水廠沉淀池進水閥，將沉淀池液位降至出水槽以下;關閉自用水，關閉加礬泵，關閉加氯水射器增壓泵，關閉臭氧發生器，停尾水生產;停提升泵，關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定時，現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 進行一次測量數據的記錄;測量期間逐步增大流量，再逐步回調流量;現場指揮宣布測量結束，*后一次記錄各點測量數據;A 水廠恢復生產，恢復正常調度。此后，搜集、匯總各類記錄數據，進行后續的統計分析工作。
4 結果分析探討
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 結束，統計總體偏差為－3. 13%，因構筑物容積的計算依據圖紙，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、蒸發量的影響等，該偏差值在可接受范圍內。此次統計中的偏差 =(電磁流量計讀數 － 總體積變化) /總體積變化 ×100，結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 各構筑物水量變化對結果的影響
據統計，各構筑物的水量占比如表 1 所示。
表 1 的統計結果表明，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，造成水量統計失誤。由于清水池前閥門沒有關閉，吸水井、清水池有少量水通過管道流入前工藝構筑物。此外，本次的測量結果也表明，容積法校驗電磁流量計中需要重點關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，其準確度直接關乎計量結果。由于液位儀信號非數字傳輸，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、現場)測得數據進行比較，如圖 1 所示。
由圖 1 可知，人工標尺測得的液位差值與現場液位儀基本吻合，其變化一致，但中控液位儀顯示的數據呈現一定的滯后性，這同信號的傳輸距離與解析方式相關。在日后的測量過程中，對于吸水井和清水池這些對測量結果影響較大的地方，需進行人工標尺讀數，或對儀表校驗后進行現場讀數記錄。
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 處數據進行統計發現，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，后續測量工作可只選取一個點位。
4．4 不同流速區間偏差
本次測量兼顧了不同的流速區間，在不同流速(0. 30、0. 42、0. 58、0. 84、0. 98、1. 40 m/s)區間的偏差分別是 －3. 65%、－5. 35%、－4. 24%、－3. 95%、－3. 35%、－1. 62%，如圖 2 所示。
圖 2 的結果顯示，容積法校驗電磁流量計累計偏差開始階段不穩定，后期趨于穩定，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，這一原因導致的偏差減少，偏差值也趨于穩定。
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**速不同間隔區間統計的偏差不完全接近，這可能是某**速區間測量時段只有 20～30 min，沒有足夠長的穩定時間導致的。在這一期間，構筑物內液位變化不大，如果讀數存在微小偏差，計算的相對偏大就會較大。在今后工作中，可以只選取2～3 個流速區間，每個流速區間時間盡可能長，以收集較長的穩定時間段數據，使統計的偏差數據更具說服力。
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，如出現升高或降低，還需重新檢查直至穩定。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，構筑物無新建、改擴建等情況，后續的校驗中可以一直沿用該計算方案。
5 結語
實踐證明，容積法校驗出廠夾持式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據，留作日后測試用;液位測量是容積法的核心，其準確度直接關乎*后的計量結果，建議在測量點現場讀數，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筑物內液面波動較大，影響測量讀數;一般水量緩慢調節時，清水池內初段、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，可搜集到較長的穩定時間段數據，統計分析結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，造成水量統計失誤;需密切關注清水池水位變化情況，確保其在測量結束后不因水位過低而影響正產生產。
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，但經實踐積累一定經驗后，在日后的復校工作中將會較好開展，且其歷次校驗結果具有相當直觀可靠的對比意義。
1 基本情況
目前，各水廠出廠計量普遍采用夾持式電磁流量計，但隨著時間推移和運行工況改變，可能會造成流量計的穩定性和準確度下降，進而關系到各項考核指標如產銷差等的計算結果。由于在線使用的夾持式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。《夾持式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則，因此，日常采用電參數法。當電參數法傳感器各參數正常時，轉換器的準確度在±0. 5%以內，但因其僅為性能測試，校驗結果不夠直觀，流量計的數據準確度無法獲知。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。根據這一原理，結合水廠現場實際，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
利用水廠的構筑物作為測量容器，測量構筑物內水位在一定時間范圍內的變化高度，以此來計算構筑物內水量的變化體積，將此結果與相同時間段內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系統，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，積累實際經驗后，在適當的條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。為使正常生產與校驗狀態間的切換安全快速，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處理后，關停提升泵。參照這一思路，涉及水位有變化的構筑物(甚至包括管道內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，根據其構造，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。檢查廠內閥門特別是砂濾池和炭濾池出水閥門的關閉嚴密度，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控;根據計算方案，準備好相應套數液位簡易測量裝置，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;根據工作量大小安排各個測量點上的工作人員，配備足夠數量對講機，統一校對時間;復核閥門(尤其是超越管)狀態，抽空窨井存水便于操作;供水調度中心及其他水廠做好水量調整準備。
3．4 校驗實施
根據整體方案的部署，A 水廠對其出廠管上的 1 個夾持式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;關閉水廠沉淀池進水閥，將沉淀池液位降至出水槽以下;關閉自用水，關閉加礬泵，關閉加氯水射器增壓泵，關閉臭氧發生器，停尾水生產;停提升泵，關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定時，現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 進行一次測量數據的記錄;測量期間逐步增大流量，再逐步回調流量;現場指揮宣布測量結束，*后一次記錄各點測量數據;A 水廠恢復生產，恢復正常調度。此后，搜集、匯總各類記錄數據，進行后續的統計分析工作。
4 結果分析探討
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 結束，統計總體偏差為－3. 13%，因構筑物容積的計算依據圖紙，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、蒸發量的影響等，該偏差值在可接受范圍內。此次統計中的偏差 =(電磁流量計讀數 － 總體積變化) /總體積變化 ×100，結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 各構筑物水量變化對結果的影響
據統計，各構筑物的水量占比如表 1 所示。
表 1 的統計結果表明，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，造成水量統計失誤。由于清水池前閥門沒有關閉，吸水井、清水池有少量水通過管道流入前工藝構筑物。此外，本次的測量結果也表明，容積法校驗電磁流量計中需要重點關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，其準確度直接關乎計量結果。由于液位儀信號非數字傳輸，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、現場)測得數據進行比較，如圖 1 所示。
由圖 1 可知，人工標尺測得的液位差值與現場液位儀基本吻合，其變化一致，但中控液位儀顯示的數據呈現一定的滯后性，這同信號的傳輸距離與解析方式相關。在日后的測量過程中，對于吸水井和清水池這些對測量結果影響較大的地方，需進行人工標尺讀數，或對儀表校驗后進行現場讀數記錄。
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 處數據進行統計發現，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，后續測量工作可只選取一個點位。
4．4 不同流速區間偏差
本次測量兼顧了不同的流速區間，在不同流速(0. 30、0. 42、0. 58、0. 84、0. 98、1. 40 m/s)區間的偏差分別是 －3. 65%、－5. 35%、－4. 24%、－3. 95%、－3. 35%、－1. 62%，如圖 2 所示。
圖 2 的結果顯示，容積法校驗電磁流量計累計偏差開始階段不穩定，后期趨于穩定，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，這一原因導致的偏差減少，偏差值也趨于穩定。
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**速不同間隔區間統計的偏差不完全接近，這可能是某**速區間測量時段只有 20～30 min，沒有足夠長的穩定時間導致的。在這一期間，構筑物內液位變化不大，如果讀數存在微小偏差，計算的相對偏大就會較大。在今后工作中，可以只選取2～3 個流速區間，每個流速區間時間盡可能長，以收集較長的穩定時間段數據，使統計的偏差數據更具說服力。
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，如出現升高或降低，還需重新檢查直至穩定。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，構筑物無新建、改擴建等情況，后續的校驗中可以一直沿用該計算方案。
5 結語
實踐證明，容積法校驗出廠夾持式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據，留作日后測試用;液位測量是容積法的核心，其準確度直接關乎*后的計量結果，建議在測量點現場讀數，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筑物內液面波動較大，影響測量讀數;一般水量緩慢調節時，清水池內初段、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，可搜集到較長的穩定時間段數據，統計分析結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，造成水量統計失誤;需密切關注清水池水位變化情況，確保其在測量結束后不因水位過低而影響正產生產。
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，但經實踐積累一定經驗后，在日后的復校工作中將會較好開展，且其歷次校驗結果具有相當直觀可靠的對比意義。