便携式超声流量计在线比对的应用体会

鲍春林

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

便携式超声流量计在线比对的应用体会

鲍春林

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

从超声流量计的选型、现场安装、比对以及标准表参数的影响因素进行分析，介绍了便携式超声流量计使用中的注意事项，使用后，可解决水表运行期间计量误差的监视和校正。

超声流量计;核查标准;在线比对

随着炼化企业水务工作的不断深入开展，水计量日益引起人们的重视。目前水计量主要采用电磁流量计、超声流量计、涡街流量计、孔板、旋翼式水表、明渠流量计，这些水表在下一个检修期到来前如何确保正常运行且不超差是企业计量部门应考虑的问题。

洛阳石化公司2011年采购国产SCL-83便携式超声流量计，编制在线校准或比对计划，在线比对现场新鲜水、循环水、除盐水、冷冻水、含油污水等计量表，探索解决经济核算用计量表数量多、检定难问题。

洛阳市测试中心依据CJ/T364-2011《管道式电磁流量计在线校准要求》，建立了用超声流量计在线比对以水为介质的电磁流量计的核查标准。

对关键用户的水表，公司每年邀请洛阳市测试中心进厂在线测试，其出具的校准证书作为总部水务检查的重要依据。

本文从超声流量计的选型、现场安装、比对以及标准表参数设置的影响因素分析，得出应用结论，供同行参考。

1 核查标准的选型

选取时差法外夹式四声道超声流量计作为核查标准，其优点:①超声流量计具有其测流原理基于长度与时间两个基本物理量的溯源方便性;②多声道超声流量计测流不确定度高，一般来说一台四声道超声流量计在充满水的管道中其测流不确定度可达±0.5%，但在实际应用中，由于场管道的内径、壁厚、圆度都无法精确测量等诸多因素影响，实际测量误差一般控制在±3%以内;③可实现不断流测量，设备便于携带，安装方便;④非接触测量，不干扰流场，无压力损失;⑤仪表无可动及易损部件，稳定性好;⑥适用范围广，可用于各种类型流量计的在线检测;⑦适应性强，可用于不同管径(现有国产流量计不能用于管径＜25 mm的管道)、不同管材(水泥管除外)的检测。

然而该核查标准也存在缺点和局限性:①要求准确知道管道参数，不能用于衬里或结垢太厚的管道;②作为标准表要求有较理想的管道安装条件;③可测流体的温度范围受限制;④只能用于清洁液体的满管测量;⑤人为因素对测量的影响较大，对操作人员要求很高;⑥现场流量不易调控，很难实现全量程测试。

2 现场安装

2.1 了解现场情况

主要包括以下内容:①是否具备安装管路;②查看流量计管理档案，了解管道参数包括管道材质、管壁厚度及管径;③管道年限;④流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管;⑤流体温度;⑥安装现场是否有干扰源(如变频、强磁场等)。

2.2 选择安装位置

超声流量计敏感于流过探头的流速分布剖面，管道中流体的稳定与否很重要，为了获得流体沿管道中心平行对称地流动，测量点上下游要有足够长度的直管段作有效整流，一般应满足直管段前10D后5D以及离泵30D的距离(其中D为管道内直径)，且避免在强磁场和震动干扰处安装，这是确保计量准确的前提条件，不同管径下测量数据如表1所示。表1检测实验数据表明:当上、下游直管段长度不能保证时，超声流量计的测量误差是很大的，且管径越小，所引入的测量误差越大。因此，条件限制不能保证上下游直管段时，宜采用其他方法测试。

表1 不同管径下检测数据检测

2.3 确定探头安装方式

超声流量计一般有两种探头安装方式，即Z法(透过法)和V法(反射法)。用V法的反射处必须避开焊缝和接口。其中:①单声道有Z法和V法两种。②双声道有X法(2Z法、交差法)、2V法和平行法三种。③四声道有4Z法和平行法两种。

小管道(300 mm以下)尽量用“V”法，这样可延长声程，提高测量不确定度;300 mm以上的管道只能用“Z”法测，从我们的实际经验看，300 mm以上管道用“V”法很难找到信号。对于管道条件较好者，如果能找到信号且信号强又稳定用“V”法更好。因为“V”法安装较之“Z”法安装对直管段的要求要短得多，利于提高测量不确定度。但是，当D＜300 mm，而现场情况为:①当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信号或信号很弱时;②当管道内壁有衬里时;③当管道使用年限太长且内壁结垢严重时条件之一时，也可采用Z法安装。

2.4 求得安装距离，确定探头位置

大管道探头安装(特别是外壁粗糙的管道)不易精确定位，多年的老管道(因生产工艺、厂家等诸多因素)管壁厚度、内径不能准确测定，都是影响测量准确的主要因素。①确定管道外径:剥净安装段内保温层和保护层，再用卷尺选取三个测量点测量，以平均值作为管道外径。②确定管壁厚度:把测量点的壁面打磨干净，用超声测厚仪选取多个测量点测量，以平均值作为管壁厚度。③将管道参数输入标准表，选择探头安装方式，得出探头安装距离。④在水平管道上，一般应选择管道的中部，避开顶部和底部(顶部可能含有气泡、底部可能有沉淀)。⑤V法安装:先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点。⑥Z法安装:先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点，然后测出此点在管道另一侧的对称点。⑦管道表面处理。

确定探头位置之后，在探头安装点±100 mm范围内，使用角磨砂轮机、锉、砂纸等工具将管道打磨至光亮平滑无蚀坑，避免局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。要求:光泽均匀，无起伏不平，手感光滑圆润。需要特别注意，打磨点要求与原管道有同样的弧度，切忌将安装点打磨成平面，用酒精或汽油等将此范围擦净，以利于探头粘接。

3 调试和比对

3.1 安装探头，调试信号

①安装夹具和耦合剂。夹装式探头工作面与管道接触表面要涂有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。②微调探头位置。探头与主机按通道上下游组号连接后，一边查看主机显示的信号强度和信号质量值，一边在安装点附近慢慢移动探头直到收到最强的信号和最大的信号质量值，以达到信号和传输比最好的匹配。管道直径越大，探头移动范围越大。

3.2 现场比对

由于现场流量不易调控，采用瞬时流量进行误差比对出入较大，我们多数采取累积流量进行，流速稳定的每10 min读取数据一次，流速不稳定的每30 min甚至1 h读取数据一次，均读五次，经过数据分析和处理，得出比对结果。

4 参数设置对测量误差的影响

4.1 管路内径偏差对流量测量的影响

当管路外径、管壁厚度、管衬厚度等参数的输入值与实际管路尺寸不符时，仪表用以计算流量的管路内径是不准确的。管路内径与实际尺寸之间每偏差1%，将造成流量相对误差递增约3%。图1为管路内径与实际尺寸偏差±1 mm的情况下，在不同管径进行流量测量时产生的相对误差。

图1 管路内径偏差对流量相对误差的影响

4.2 换能器安装距离误差对流量测量的影响

当换能器的实际安装距离与参数设置界面显示的安装距离不符时，流量测量会随之产生偏差。图2为换能器V方式实际安装距离与标准安装距离偏差±1 mm的情况下，在不同管径进行流量测量时产生的相对误差。

图2 安装距离误差下管路内径与流量相对误差的关系

4.3 温度输入偏差对流量测量影响

当输入的液体温度与管路内液体的实际温度不符时，参数设置界面显示的换能器安装距离是不准确的，仪表用以计算流量的温度补偿系数也存在偏差。图3显示了实际液体温度分别为20、50、80℃时，温度输入偏差与流量相对误差之间的关系。

图3 温度输入偏差与流量相对误差之间的关系

5 应用小结

①使用便携式超声流量计作为核查标准，可解决水表运行期间计量误差的监视和校正;对经济核算类水表，尤其大口径电磁流量计、插入式超声流量计可不再拆卸送检，定期在线比对校正即可;对贸易结算类水表，双方可通过协议约定在线比对代替检定。②对供方主管线总表，结合外送检定证书，利用便携式超声流量计在线比对数据和水泵耗电量，根据能量守恒定律，在该表调试期间，可确定该水泵系数:泵抽出水量/水泵耗电量;日常计量中，参照该水泵系数与耗电量可判断该表是否运行异常。③在新水表安装选址时，对关键用户计量点，应提前设计将来在线比对的直管段——最好预制特定材质、管壁厚度、无衬里及管径且保证满管的标准测量管道，并砌成长方形井(操作人员能方便上下井、管线两侧能顺利站人，管线底部镂空15～20 cm)。

TQ056.15

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1003-3467(2014)05-0036-03

2014-02-20

鲍春林(1965-)，男，工程师，从事计量管理工作，电话:13613886474。