水表檢定裝置自動(dòng)化升級的應(yīng)用與認(rèn)識

高天鵬

（黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠數(shù)字化運(yùn)維中心計(jì)量檢定室，黑龍江 大慶 163517）

1 存在的主要問題

目前我廠應(yīng)用的水表檢定裝置為1992年建標(biāo)，到目前已運(yùn)行26年。由于使用年限長、設(shè)備老化嚴(yán)重，裝置準(zhǔn)確性極差，檢定裝置技術(shù)落后，檢定過程中全程手動(dòng)操作，一次只能檢定一塊水表，檢定效率低。2016年5月對6塊DN25和6塊DN50高壓注水表進(jìn)行檢定，檢定結(jié)果全部超差，而這12塊高壓注水表經(jīng)技術(shù)監(jiān)督中心檢定合格，檢定裝置的準(zhǔn)確度已不能滿足JJG162-2009《冷水水表檢定規(guī)程》要求；我廠對質(zhì)量流量計(jì)無法進(jìn)行檢定工作，需送到技術(shù)監(jiān)督中心進(jìn)行檢定。因此，需要對水表檢定裝置進(jìn)行改造升級，使其在檢定過程中，除被檢水表需人工裝夾，其余的檢定工作均可在計(jì)算機(jī)上操作完成。

2 技術(shù)方案

針對存在的問題，對需要自動(dòng)化升級的水表檢定裝置有以下幾點(diǎn)要求。

2.1 檢定裝置基本要求

（1）水表檢定裝置設(shè)計(jì)符合JJG162-2009《冷水水表檢定規(guī)程》、JJG1029-2007《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》、JJG164-2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》、JJG643-2003《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》要求，保證水表各項(xiàng)計(jì)量性能指標(biāo)檢定準(zhǔn)確。（2）為拓展儀表檢定范圍，減少廠外委檢定費(fèi)用。要求裝置更新改造后，能夠?qū)崿F(xiàn)DN25～DN50質(zhì)量流量計(jì)檢定工作。（3）水表裝置設(shè)計(jì)便于檢定人員操作，同時(shí)要求自動(dòng)化程度高、安全可靠、維修簡單。

2.2 檢定裝置整體性能及指標(biāo)

（1）檢定方法。靜態(tài)質(zhì)量法+標(biāo)準(zhǔn)表法。靜態(tài)質(zhì)量法：靜態(tài)質(zhì)量法是由電子秤和換向器來完成被檢電磁流量計(jì)、高壓干式水表、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)檢定的方法，將固定時(shí)間內(nèi)的流入標(biāo)準(zhǔn)容器的水的質(zhì)量換算成體積再與被檢電磁流量計(jì)、高壓干式水表、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)流經(jīng)的體積進(jìn)行比對，算出示值誤差。標(biāo)準(zhǔn)表法：標(biāo)準(zhǔn)表法是通過計(jì)算固定時(shí)間內(nèi)流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)表和被檢電磁流量計(jì)、高壓干式水表、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)的流量值和瞬時(shí)流量進(jìn)行比對，算出示值誤差。

（2）裝置擴(kuò)展不確定度。靜態(tài)質(zhì)量法：0.05%（k=2）；電子秤分度值：不低于e=1/6000；標(biāo)準(zhǔn)表法：0.3%（k=2）；標(biāo)準(zhǔn)表重復(fù)性：不低于0.06%。

（3）流量穩(wěn)定度：不低于0.2%。

（4）流量范圍：(0.28～35)m3/h。

（5）檢表規(guī)格：DN25、DN50共2種規(guī)格。

（6）檢定臺位：1組DN25/DN50高壓干式水表并聯(lián)式合用臺位、1套水平表檢定臺位。

（7）被檢水表種類：高壓干式水表、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)等。

高壓干式水表因它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所檢定的水隔絕，所以不會收到水中細(xì)小微粒固體影響，保證計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行和清晰的讀數(shù)，同時(shí)也不會像濕式水表一樣會被水中的雜志影響，由于表盤內(nèi)外部溫差大會造成表盤玻璃下產(chǎn)生霧氣或凝結(jié)成水珠影響檢定人員讀取表盤數(shù)值。

高壓干式水表油田常用的規(guī)格型號為DN50和DN25，多用于各小隊(duì)基層注水間和室外注水井的干線和井口流量計(jì)量，其工作原理是利用水驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)通過葉輪上方的磁性元件傳遞到表頭從而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量，高壓干式水表常用鐵氧體和釹鐵硼作為磁性材料，磁性元件的結(jié)構(gòu)形狀一般有環(huán)狀磁鐵、柱狀磁鐵和環(huán)狀磁鐵與“門”形硅鋼片。高壓干式水表的齒輪盒：干式水表的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)是依賴齒輪盒與被測水隔絕，所以齒輪盒底部及四周須能承受力2MPa壓力試驗(yàn)而不變形。為此，在設(shè)計(jì)干式水表時(shí)，除了在齒輪盒上、下底部增設(shè)了十余條加強(qiáng)筋外，往往在齒輪盒上底部和內(nèi)壁襯以金屬的碗狀內(nèi)襯，以防其受壓變形。由于注水井注入井口的水中原油和雜質(zhì)較多，會影響高壓干式水表的準(zhǔn)確度且高壓干式水表本身的準(zhǔn)確度只有2.0%也不是很精密，所以現(xiàn)在高壓干式水表的利用率越來越低，逐步被精度較高的渦街流量計(jì)和電磁流量計(jì)所取代，但是仍有一部分高壓干式水表在用。

高壓干式水表的誤差調(diào)節(jié)裝置一般為外調(diào)型式，它的形狀大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)和同規(guī)格的濕式水表基本相同，絕大部分的配件都可以互相通用。高壓干式水表的供電形式為電池供電，在對高壓干式水表進(jìn)行檢定時(shí)，通常采用人工讀數(shù)的方式進(jìn)行瞬時(shí)流量和一定時(shí)間內(nèi)流過高壓干式水表的流量記錄，記錄數(shù)值時(shí)，水表流量不會停止，檢定人員使用肉眼去判斷數(shù)值，誤差較大。高壓干式水表送檢時(shí)應(yīng)確保送檢的水表表盤完好有讀數(shù)，表頭和表體連接牢固無松動(dòng)，表體無油污，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)均勻無卡頓、堵塞等現(xiàn)象。

渦街流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理研制的。在表殼體底部放置一個(gè)磁鋼產(chǎn)生強(qiáng)磁場，磁力線穿過管道，當(dāng)介質(zhì)流過流量計(jì)強(qiáng)磁場時(shí)，切割磁力線感應(yīng)出脈動(dòng)的電動(dòng)勢，用電極檢出電信號，在一定的流速范圍內(nèi)其頻率正比于流量。

渦街流量計(jì)油田常用的規(guī)格型號有DN25、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200等，渦街流量計(jì)一般使用的是電信號和脈沖信號來進(jìn)行流量計(jì)算，供電方式為24V或220V供電，渦街流量計(jì)的精度等級一般為0.5%和1%，所以渦街流量計(jì)一般應(yīng)用于對流量精度等級要求較高的聯(lián)合站和中轉(zhuǎn)站的水計(jì)量崗位，由于高壓干式水表精度低、不易檢定、檢定誤差大合格率低而逐步被渦街流量計(jì)所取代，所以小隊(duì)計(jì)量間的注水井的流量計(jì)量也使用渦街流量計(jì)來進(jìn)行計(jì)量。渦街流量計(jì)送檢時(shí)應(yīng)注意表體完好無破損，表腔無雜質(zhì)和油污。

電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)主要由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部分組成。電磁流量計(jì)的工作原理是通過磁路系統(tǒng)使被測液體磁化，被測液體通過電磁流量計(jì)表腔磁場時(shí)切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，再通過轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生的微弱的電勢信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的直流信號，在電磁流量計(jì)的表盤上顯示出瞬時(shí)流量和底數(shù)。

電磁流量計(jì)油田常用的規(guī)格型號有DN25、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200等，電磁流量計(jì)一般使用的是電信號和脈沖信號來進(jìn)行流量計(jì)算，供電方式為24V或220V供電，電磁流量計(jì)的精度等級一般為0.5%和1%，所以電磁流量計(jì)一般應(yīng)用于對流量精度等級要求較高的聯(lián)合站和中轉(zhuǎn)站的水計(jì)量崗位，由于高壓干式水表精度低、不易檢定、檢定誤差大合格率低而逐步被電磁流量計(jì)所取代，所以小隊(duì)計(jì)量間的注水井的流量計(jì)量也使用電磁流量計(jì)來進(jìn)行計(jì)量。電磁流量計(jì)送檢前，要確保電磁流量計(jì)的表盤完好、表腔內(nèi)沒有油污和結(jié)塊堵塞的情況，防止污染水表檢定站內(nèi)蓄水池的水質(zhì)和堵塞結(jié)塊導(dǎo)致無法計(jì)量或影響檢定準(zhǔn)確度。

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)簡稱科氏力流量計(jì)，是一種利用流體在振動(dòng)管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理來直接測量質(zhì)量流量的裝置，由流量檢測元件和轉(zhuǎn)換器組成?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量流量的直接測量，具有高精度，可測多重介質(zhì)和多個(gè)工藝參數(shù)的特點(diǎn)，質(zhì)量流量計(jì)多用于前線中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站原油流量計(jì)量，主要以計(jì)量油水混合物的流量，油水混合物中一般還有天然氣，質(zhì)量流量計(jì)可以不收氣體因素影響準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)量，一般中轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站分別安裝一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)用以進(jìn)行起始段和終端原油流量的比對，是油田計(jì)量中很重要得一種流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)送檢時(shí)應(yīng)注意表體完好無破損，表腔無雜質(zhì)和油污。

（8）被檢水表數(shù)量：高壓干式水表：采用4臺被檢水表串聯(lián)的檢定方式進(jìn)行檢定及校準(zhǔn)。水平式注水表及質(zhì)量流量計(jì)：采用單臺的檢定方式進(jìn)行檢定及校準(zhǔn)。

（9）被檢水表信號：脈沖信號、4-20mA電流信號、無信號輸出直讀表等。

2.3 關(guān)鍵部位的具體要求

（1）電子秤。為兼顧最大流量和最小流量點(diǎn)的檢定，要求配置如下：1臺300kg電子秤，按檢定時(shí)間30s計(jì)算，用于靜態(tài)質(zhì)量法最大流量35m3/h流量要求，1臺60kg電子秤用于中、小流量要求，根據(jù)各規(guī)格電子秤的量程范圍合理分配各流量點(diǎn)的最佳使用范圍。電子秤分度值要求達(dá)到e=1/6000。電子秤建議選用賽多利斯平臺秤。

（2）背壓管路。采用鵝頭式背壓管路。由3個(gè)90度彎頭組合焊接為鵝頭式連接彎管，用于排出流體在出口處的二次背壓，以使流體在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下達(dá)到滿管流動(dòng)的條件。

（3）測控系統(tǒng)。PLC硬件使用PLC-S7 300。構(gòu)建PLC控制柜，PLC綜合控制柜具有過載、短路、缺相保護(hù)等保護(hù)功能。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、功能齊全?？梢愿鶕?jù)實(shí)際控制規(guī)摸大小，進(jìn)行組合，既可以實(shí)現(xiàn)單柜自動(dòng)控制，也可以實(shí)現(xiàn)多柜通過工業(yè)以太網(wǎng)或工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)組成集散(DCS)控制系統(tǒng)。PLC控制柜能適應(yīng)各種大小規(guī)模的工業(yè)自動(dòng)化控制場合。廣泛應(yīng)用在電力、冶金、化工、造紙、環(huán)保污水處理等行業(yè)中。

PLC控制柜可完成設(shè)備自動(dòng)化和過程自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)完美的網(wǎng)絡(luò)功能，性能穩(wěn)定、可擴(kuò)展、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)的核心和靈魂。設(shè)備更可與DCS總線上位機(jī)等通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸；工控機(jī)、以太網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)的控制和監(jiān)控。設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸模塊，控制模塊。安裝主控機(jī)、氣動(dòng)夾表裝置、電動(dòng)閥以及標(biāo)準(zhǔn)表，接線并調(diào)試，完成硬件部分的裝配和連接；自主開發(fā)軟件程序：利用S7-400專業(yè)編程軟件，自主開發(fā)西門子S7-400程序，可實(shí)現(xiàn)工藝過程中溫度、壓力、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)流量、被檢水表流量、電子秤等測量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和計(jì)算處理；實(shí)現(xiàn)對開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥和稱量系統(tǒng)中換向器、排水閥的自動(dòng)控制，滿足壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)和流程切換。從而完成計(jì)量檢定的計(jì)算、檢定結(jié)果的顯示、存儲和打印等以及工藝流程的流動(dòng)狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)在屏幕上實(shí)時(shí)顯示。

（4）標(biāo)準(zhǔn)表處理。標(biāo)準(zhǔn)表是為被檢定電磁流量計(jì)、高壓干式水表、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)一段時(shí)間內(nèi)走過的流量與瞬時(shí)流量提供比對數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)器，使用3種口徑電磁流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，以滿足不同被檢表提供不同瞬時(shí)流量的需求，標(biāo)準(zhǔn)表供電由系統(tǒng)提供，數(shù)據(jù)通過讀取脈沖來實(shí)現(xiàn)。軟件通過判斷檢定管線來決定需要處理的標(biāo)準(zhǔn)表，并在檢定過程中由下位機(jī)自動(dòng)累積脈沖總數(shù)，以保證標(biāo)準(zhǔn)表的采集誤差不超過正負(fù)一個(gè)脈沖。標(biāo)準(zhǔn)表可以定期通過電子秤進(jìn)行自校準(zhǔn)。

4 現(xiàn)場使用及效果

檢定前輸入被檢表的型號、類型、流量范圍、K系數(shù)、各流量點(diǎn)等相關(guān)信息，在質(zhì)量法或標(biāo)準(zhǔn)表法中選擇一種并選取被檢表的傳輸信號，根據(jù)不同的目標(biāo)流量選擇相對應(yīng)大小的調(diào)節(jié)閥和相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)秤，開始檢定，每個(gè)點(diǎn)檢定三次，不合格的有問題的點(diǎn)可重新檢定，從而使測量結(jié)果更精準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)表流量、被檢表流量、檢定時(shí)間、各個(gè)閥門開關(guān)情況、賽多利斯平臺秤的重量等重要信息都通過PLC傳輸并顯示在電腦屏幕上一目了然?？赏瑫r(shí)檢定4塊DN50或DN25的高壓水表，可檢定DN50、DN25的電磁流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)。

5 結(jié)語

水表檢定裝置自動(dòng)化取代手動(dòng)操作，提高了檢定精度，提升了檢定效率，降低了檢定人員的工作強(qiáng)度。新水表檢定裝置實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)的自主檢定，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表可通過標(biāo)準(zhǔn)秤自校，節(jié)約了外委檢定費(fèi)用。自動(dòng)化檢定設(shè)備是儀表檢定不可缺少的輔助力量，保證了油田的生產(chǎn)安全，提高了經(jīng)濟(jì)效益。