武漢石化液體流量標(biāo)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(biāo)定裝置用于液體流量?jī)x表的檢測(cè)和標(biāo)定。液體流量標(biāo)定裝置按計(jì)量器具分類，分為靜態(tài)質(zhì)量法、容積法、體積管法和標(biāo)準(zhǔn)表法四種，本文所介紹的武漢石化液體流量標(biāo)定裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法和標(biāo)準(zhǔn)表法相結(jié)合的方式，每條檢定管線上配有0.1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表作為質(zhì)量法檢定時(shí)的瞬時(shí)流量指示。本套裝置主要對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。也可對(duì)渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲流量計(jì)、電磁流量計(jì)、液體容積式流量計(jì)、冷水水表進(jìn)行標(biāo)定。

1 水流量標(biāo)定裝置簡(jiǎn)介

靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)定裝置主要由水池、變頻離心泵、穩(wěn)流器、消氣器、截止閥、溫度計(jì)、壓力表、標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表、夾表器、調(diào)節(jié)閥、換向器、旁通器、稱量容器、電子稱組成。其結(jié)構(gòu)和原理如圖所示。

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

泵是提升液體的設(shè)備，按裝置的流量范圍1～500m3/h 及計(jì)算的壓力損失確定泵的流量和揚(yáng)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(biāo)定裝置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了滿足液體流量檢定系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，檢定系統(tǒng)采用PLC為處理核心，工業(yè)計(jì)算機(jī)為人機(jī)交互接口的控制方式。現(xiàn)場(chǎng)的泵、閥門、流量、液位、溫度、壓力、電子稱等信號(hào)通與PLC進(jìn)行通訊，PLC通過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換模塊與工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

2.1 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)處理

專用電源模塊，為PLC系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定的電源。CPU模塊，用于整個(gè)硬件系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)的初步處理。通訊模塊，使用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議與上位機(jī)或工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)實(shí)性。高速計(jì)數(shù)模塊，用于對(duì)不同流量?jī)x表的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。14位A/D轉(zhuǎn)換模擬量采集模塊，用于自動(dòng)采集溫度變送器、壓力變送器信號(hào)和被檢表輸出的4～20m A等模擬信號(hào)。D/A調(diào)節(jié)量輸出模塊，控制各種調(diào)節(jié)量。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出(I/O)模塊，用于輸出各種開(kāi)關(guān)變量，控制開(kāi)關(guān)閥及泵的啟停。

2.2 檢定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

1）控制功能。泵的啟停、泵和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)前、換向器后的閥門控制；被檢表后調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；換向器的換向控制。

2）數(shù)據(jù)信號(hào)采集功能。對(duì)裝置的溫度壓力變送器和液位信號(hào)測(cè)量；采集裝置的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)信號(hào)；裝置被檢表流量信號(hào)測(cè)量，包含4-20m A電流信號(hào)、0至10KHz脈沖信號(hào)、電壓信號(hào)采集；電子稱信號(hào)采集；閥位開(kāi)關(guān)限位信號(hào)采集。

3）數(shù)據(jù)處理功能。按照國(guó)家強(qiáng)制檢定規(guī)程對(duì)檢定結(jié)果進(jìn)行檢定數(shù)據(jù)處理和判定；系統(tǒng)可針對(duì)不同的被檢表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；檢定點(diǎn)數(shù)、檢定次數(shù)與檢定時(shí)間設(shè)置靈活，程序默認(rèn)設(shè)置是按照國(guó)家檢定規(guī)程選定的檢定操作，在遇到特殊情況或規(guī)程變更時(shí)，也可由用戶自由設(shè)置；系統(tǒng)記錄檢定過(guò)程中的數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖顯示功能。

4）顯示功能。系統(tǒng)流程圖動(dòng)態(tài)顯示，各參數(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)變化；在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)流量計(jì)檢定程序及步驟的選擇和設(shè)定、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)顯示、自動(dòng)打印符合國(guó)家檢定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)的儀表檢定報(bào)告和證書。

2.3 水流量標(biāo)定裝置檢定流程

首先啟動(dòng)儀表供電和變頻器供電。裝置開(kāi)始工作后，操作界面的溫度壓力等信號(hào)首先傳入并動(dòng)態(tài)顯示。選擇相應(yīng)管線，打通管線流程，換向器打到排水方向。此時(shí)可以啟動(dòng)變頻器打到工作頻率，泵開(kāi)始工作，水流開(kāi)始在管線內(nèi)流動(dòng)。通過(guò)穩(wěn)壓罐和消氣器的作用，使水流逐漸穩(wěn)定下來(lái)。調(diào)節(jié)閥和變頻器同時(shí)調(diào)節(jié)水的流速，使之達(dá)到檢定點(diǎn)流量。

開(kāi)始檢定時(shí)，換向器打到進(jìn)罐方向，同時(shí)計(jì)時(shí)器也開(kāi)始計(jì)時(shí)，脈沖檢測(cè)器也開(kāi)始計(jì)錄脈沖數(shù)。當(dāng)達(dá)到了預(yù)計(jì)時(shí)間是，換向閥自動(dòng)打到排水位置，計(jì)時(shí)器和脈沖計(jì)數(shù)同時(shí)停止記錄。記錄容器內(nèi)水的質(zhì)量作為質(zhì)量法比對(duì)結(jié)果。

3 武漢石化流量標(biāo)定系統(tǒng)上位機(jī)操作

3.1 選罐

檢定前，需要根據(jù)被檢表參數(shù)選擇容量罐。點(diǎn)擊界面左上角“選罐建議”按鈕會(huì)彈出選罐對(duì)話框。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)存的罐容表，在檢定流量值、檢定時(shí)間和罐號(hào)三個(gè)變量里，任意輸入兩個(gè)變量，即可獲得第三個(gè)變量的數(shù)據(jù)。例如途中檢定流量選擇50t/h，時(shí)間選擇72s，根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)建議罐號(hào)為3號(hào)標(biāo)準(zhǔn)罐，同時(shí)給出開(kāi)泵建議如圖。

3.2 夾表

首先在現(xiàn)場(chǎng)操作夾表器，將流量計(jì)安裝在試驗(yàn)管路上，保證無(wú)泄漏?？刂葡到y(tǒng)中點(diǎn)擊管線上“被檢表”按鈕彈出被檢表參數(shù)輸入對(duì)話框。依次輸入儀表類型、信號(hào)種類、最大流量、最小流量、單位脈沖對(duì)應(yīng)流量值完成夾表操作。夾表操作完成后，現(xiàn)場(chǎng)備件表前后閥門自動(dòng)開(kāi)啟，整個(gè)檢定回路聯(lián)通。

3.3 檢定參數(shù)設(shè)置

開(kāi)始檢定前，需要首先設(shè)置檢定流程。點(diǎn)擊界面左上角“檢定參數(shù)設(shè)置”按鈕彈出對(duì)話框。本套裝置實(shí)用水作為標(biāo)定介質(zhì)，介質(zhì)密度一欄輸入水的密度998kg/m3隨后按照流量計(jì)檢定規(guī)程設(shè)置相應(yīng)的檢定點(diǎn)數(shù)和檢定次數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)上一步設(shè)置的最大最小流量與檢定規(guī)程自動(dòng)給出相應(yīng)流量檢定點(diǎn)以及檢定時(shí)間。對(duì)于在特殊流量段有檢定要求的流量計(jì)，可以手動(dòng)設(shè)置檢定點(diǎn)和檢定時(shí)間。

3.4 檢定結(jié)果輸出

檢定結(jié)束后，控制系統(tǒng)自動(dòng)輸出原始檢定記錄報(bào)表。在原始記錄中，測(cè)量時(shí)間、稱重質(zhì)量、壓力、溫度以及脈沖數(shù)為直接測(cè)量值，其余部分均為計(jì)算值。示值誤差為重要檢定結(jié)果，直觀反應(yīng)了質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)的差量。對(duì)于貿(mào)易質(zhì)量流量計(jì)，要求示值誤差了正負(fù)0.2%以內(nèi)。

4 實(shí)際使用過(guò)程中存在的問(wèn)題

4.1 部分型號(hào)質(zhì)量流量計(jì)的頻率信號(hào)無(wú)法接收，且無(wú)法識(shí)別無(wú)源信號(hào)

信號(hào)接收問(wèn)題是由于PLC的先天不足造成的。該套標(biāo)定裝置采用的PLC為羅克韋爾自動(dòng)化公司旗下A-B公司生產(chǎn)的SLC500型小型PLC。04年新建時(shí)脈沖計(jì)數(shù)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(jì)的脈沖信號(hào)檢測(cè)不到。需要測(cè)量無(wú)源信號(hào)時(shí)必須在回路中增加外部供電設(shè)備。

整改措施：PLC更換，增加高速脈沖計(jì)數(shù)通道數(shù)（同時(shí)2路）。增加系統(tǒng)接受被檢表信號(hào)的能力：接受脈沖信號(hào)幅值、占空比可選擇（最高頻率可至10kHz）,提供將（4～20）m A信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率信號(hào)設(shè)備（轉(zhuǎn)換精度0.01%）

4.2 穩(wěn)壓罐壓力、換向器尾桿位置信號(hào)、地下水池液位、標(biāo)準(zhǔn)表脈沖信號(hào)等未接入系統(tǒng)

整改措施：將穩(wěn)壓罐壓力、換向器尾桿位置信號(hào)、地下水池液位、標(biāo)準(zhǔn)表脈沖信號(hào)等接入系統(tǒng)，增加地下水池液位顯示、稱重容器液位報(bào)警等功能。

4.3 大容器放水速度慢，拖慢檢定效率

測(cè)試發(fā)現(xiàn)大容器放水時(shí)，水流在罐內(nèi)形成漩渦，降低了排水時(shí)間。

整改措施：最大標(biāo)準(zhǔn)罐（6m3）下排水口原為DN150口徑，加粗為DN250口徑。改造前測(cè)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(guò)電子稱6t的最大量程。

4.4 現(xiàn)裝置晶振（時(shí)間計(jì)量）未納入檢定。換向器換出、換入時(shí)間測(cè)試需增相應(yīng)設(shè)備和軟件功能

現(xiàn)用PLC的晶振時(shí)鐘只能精確到毫秒級(jí)，不滿足檢定規(guī)程0.5微秒的要求。換向器動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生延遲（換向時(shí)間），換向時(shí)間應(yīng)足夠短 ， 國(guó)家規(guī)定小于0.2s， 換向器正反行程差應(yīng)小與0.02s?，F(xiàn)裝置未進(jìn)行換向時(shí)間計(jì)量，對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。

整改措施：增加外部時(shí)間計(jì)量單元，換向器換出、換入時(shí)間差檢定、系統(tǒng)晶振（時(shí)間）檢定，將時(shí)間計(jì)量引入質(zhì)量法檢定、對(duì)比法檢定同步控制。

5 結(jié)論

武漢石化這套流量標(biāo)定裝置于05年建成，至今已正常使用9年。在滿足對(duì)不同類型流量計(jì)進(jìn)行檢定的前提下，該裝置突出了不確定度低（優(yōu)于0.05%）、范圍度寬（DN10～DN200）、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。該裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)符合國(guó)家液體流量標(biāo)定裝置標(biāo)準(zhǔn)，并取得湖北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局檢定資質(zhì)授權(quán)，完成流量計(jì)檢定任務(wù)的同時(shí)，也為公司節(jié)約了大筆資金。隨著流量計(jì)的更新和檢定標(biāo)準(zhǔn)的提高，這套流量標(biāo)定裝置也將進(jìn)行升級(jí)改造，不斷適應(yīng)變化的需求。

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