氧化鋁行業(yè)供水測量儀表的選擇和應(yīng)用對比

李安順

（中國鋁業(yè)公司中州分公司計(jì)控室，河南 焦作 454174）

由于氧化鋁行業(yè)工業(yè)用水多為不間斷供水，工業(yè)水計(jì)量多采用儀表對比方式來確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

一、各種流量儀表的特點(diǎn)和使用范圍選擇

1.節(jié)流差壓式

文丘里管流量計(jì)在水行業(yè)多用于交接計(jì)量，也有用于流量控制；孔板流量計(jì)常用作中小管徑流量測量。節(jié)流差壓儀表（特別是孔板）壓損較大，泵送能耗在各類儀表中較大，其主要優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，毋須實(shí)流校準(zhǔn)。此類儀表測量精度中等，為±(1～2)%，目前的儀表經(jīng)數(shù)字信號處理，范圍度可擴(kuò)展到(8～12)∶1，經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)后精確度可達(dá)±0.5%FS。節(jié)流差壓流量儀表價(jià)格相對低廉，DN1000以上碳鋼文丘里流量計(jì)價(jià)格約為同口徑電磁流量計(jì)的60%～70%。

2.電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體的體積流量計(jì)，測量精確度±(1～2)%R，范圍度(20～50)∶1，直管段要求較低，無阻力壓頭損失，但要實(shí)流校準(zhǔn)。儀表滿度流量可由用戶在流速0.5～10m/s范圍內(nèi)自行設(shè)定。此類儀表價(jià)格較高，但近年由于市場競爭，價(jià)格降幅較大。

3.超聲流量計(jì)

供水測量較多采用時(shí)間法超生波流量計(jì)，多普勒法超聲流量計(jì)用的較少，因它只適用含異相（顆粒、氣泡）液體。超聲波流量計(jì)在企業(yè)供水應(yīng)用分為移動(dòng)測量和固定點(diǎn)測量兩大類。移動(dòng)測量方式，換能器臨時(shí)夾裝在待測管道外壁，所用儀表常稱作便攜式超聲波流量計(jì)，用作臨時(shí)檢測管網(wǎng)某些接點(diǎn)流動(dòng)狀況，有時(shí)也用作與已裝用其他流量計(jì)核對流量準(zhǔn)確性的參照流量計(jì)。移動(dòng)測量用超聲波流量計(jì)通常為單聲道。

固定測量雖也可采用外夾換能器方式，但其可靠性差，交接核算計(jì)量不宜采用，推薦用固定安裝換能器方式。后者又分為現(xiàn)場安裝式、內(nèi)裝式和管道打孔焊接換能器座的插入式以及帶測量管段式。

使用單聲道超聲波流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意流速分布變化的影響，避開流態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)。傳播時(shí)間法所測量的是聲程線平均流速Vb，而需要的是流通面積的面平均流速Va，兩者之間的系數(shù)K(Vb/Va)在層流時(shí)為常數(shù)，流速增加從層流轉(zhuǎn)向紊流，K從0.75增加到0.93，成為流態(tài)轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)，轉(zhuǎn)換是隨即性的，很不穩(wěn)定，雷諾數(shù)Re超過4 000，K隨著Re增加而增加，Re從104增加到106，K從0.93增加到0.95，變化約為2%。若儀表沒有流速變化補(bǔ)償功能，就會(huì)影響測量精確度。使用時(shí)避開Re=2 300～4 000的過渡區(qū)，如以D300mm管測量常溫水，流速應(yīng)大于0.016m/s才能使Re大于4 000。

單聲道儀表因流速分布影響大，精確度低；多聲道儀表在測量管截面不同位置多處掃描流通空間測量聲速，減少了流速分布影響，具有較高精確度，通常用于中大口徑。

超聲波流量計(jì)測量精確度以移動(dòng)測量方式為最低，以帶測量管段最高，如表1所示，不同聲道測量基本誤差例見表2。

表1 超聲波流量計(jì)移動(dòng)測量和固定測量精確度比較

表2 超聲波流量計(jì)不同聲道基本誤差例

4.插入式流量計(jì)

插入式流量計(jì)分為徑流速插入流量計(jì)和點(diǎn)流速插入流量計(jì)，在企業(yè)供水測量中多采用點(diǎn)流速法。徑流速儀表插入于直徑位置，點(diǎn)流速儀表插入管中心軸或平均流速點(diǎn)，實(shí)際上平均流速點(diǎn)并不固定，隨流速變化而游移，實(shí)際應(yīng)用通常插入在離管壁0.233R處。插入平均流速點(diǎn)適用于大管徑，但插入深度偏離對測量值影響大；插入管中心處，適用于中小管徑，插入深度偏離影響小。

點(diǎn)流速插入式流量計(jì)的流速檢測頭要依靠流量校驗(yàn)裝置實(shí)流校準(zhǔn)，求得檢測頭的儀表系數(shù)，再乘上流通面積、速度分布系數(shù)α、阻塞系數(shù)β、干擾系數(shù)γ求得流量。流速分布系數(shù)α是管道平均流速與所測局部流速的比值，它是管道雷諾數(shù)和管壁相對粗糙的函數(shù)；阻塞系數(shù)β系修正由于插入桿、插入機(jī)構(gòu)和測量頭引起的流通面積減少及流速分布畸變所產(chǎn)生影響的系數(shù)；干擾系數(shù)γ系檢測頭所處管段前后阻流件之間直管段長度不足所引起的儀表系數(shù)變化的修正系數(shù)。

插入式流量計(jì)由于安裝的特點(diǎn)，不宜應(yīng)用于交接計(jì)量。有些國家規(guī)定不得用于插入式流量計(jì)作貿(mào)易納稅計(jì)量。

插入式流量計(jì)的特點(diǎn)：（1）可不斷流取出檢查、維護(hù)、更換;（2）重量輕、價(jià)格便宜;（3）流速分布影響大，前直管段要求長;（4）測量精確度低，±（2.0～3）%FS，不能以測量頭的精確度作為實(shí)際測量精確度，要評估各種誤差源，如流通面積測量誤差、流速分布系數(shù)變化影響等。

各類儀表在兩大應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性如表3所示，簡要性能比較如表4所示。

表3

表4

二、各類流量儀表的現(xiàn)場應(yīng)用比對

現(xiàn)場對比是在現(xiàn)場規(guī)定條件下用相同（或相近）精度等級儀表對量值進(jìn)行，是沒有計(jì)量法定性質(zhì)的操作。

流量儀表流量值按規(guī)定必須定期檢檢查，其檢查方法通常有離線檢查和現(xiàn)場在線檢查兩種。根據(jù)氧化鋁行業(yè)工藝特點(diǎn)，采用現(xiàn)場對比或間接檢驗(yàn)的方法，是將驗(yàn)證或評估流量儀表的流量測量值保持在原始校準(zhǔn)精度等級范圍內(nèi)作為繼續(xù)使用的依據(jù)，現(xiàn)歸納如下四種比對方法。

1.清水池容積法

清水池容積法比對流量是供水行業(yè)經(jīng)常采用的傳統(tǒng)方法，利用供水廠現(xiàn)成的大容積清水池的有利條件，可獲得較高的比對精確度。中國鋁業(yè)公司中州分公司生產(chǎn)、生活供水共有四個(gè)供水口，目前共有五個(gè)積水池。經(jīng)過丈量水池可獲得±0.2%的體積不確定度；運(yùn)行較長時(shí)間（幾小時(shí)以上），使進(jìn)水池水位差超過1m，以減少各類操作誤差的影響。在這樣的操作條件下，清水池比對法總不確定度可為±（0.5～1）%。

2.超聲流量計(jì)法

利用便攜式外夾換能器超聲流量計(jì)比對流量在供水行業(yè)較為普遍，該法可獲得中等比對精確度，但采用該法時(shí)應(yīng)評估安裝于現(xiàn)場比對超聲流量計(jì)所組成測量系統(tǒng)的不確定度。通常所稱便攜式超聲波流量計(jì)的精確度實(shí)際上是所測流速的精確度，便攜式超聲波流量計(jì)對比法的總不確定度在（2～5）%之間，若丈量幾何尺寸粗糙或無法獲悉確切流通面積，系統(tǒng)的不確定度超過5%。

3.串聯(lián)管段式流量計(jì)法

用兩臺(tái)測量精度為±0.2%的電磁流量計(jì)接入標(biāo)準(zhǔn)測量管道中，發(fā)送和接收雙方儀表測量精確度出現(xiàn)不同時(shí)，可分別臨時(shí)串聯(lián)接入同口徑或異口徑的各種流量儀表進(jìn)行較長時(shí)間運(yùn)行比對，相差僅在±（0.1～0.2）%。若兩表測量值相差出現(xiàn)異常，可分步送檢。

三、應(yīng)用趨勢

（1）新裝核算交接計(jì)量用儀表應(yīng)以電磁式為主，超聲流量計(jì)應(yīng)用將逐步擴(kuò)展，差壓式仍將有一定的應(yīng)用領(lǐng)域。

（2）超聲流量計(jì)在工業(yè)大管徑應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂休^大發(fā)展空間，特別是管徑超過800～3 000mm。

（3）差壓式儀表在工業(yè)供水應(yīng)用將有所回升。

（4）終端用戶中小口徑總量計(jì)量儀表仍以機(jī)械式水表為主，但低價(jià)位的電磁水表將進(jìn)入這一領(lǐng)域。

[1]劉常滿.常用熱工參數(shù)手冊[M].中國計(jì)量出版社.