水表检定装置自动化升级的应用与认识

高天鹏

（黑龙江省大庆市大同区第七采油厂数字化运维中心计量检定室，黑龙江 大庆 163517）

1 存在的主要问题

目前我厂应用的水表检定装置为1992年建标，到目前已运行26年。由于使用年限长、设备老化严重，装置准确性极差，检定装置技术落后，检定过程中全程手动操作，一次只能检定一块水表，检定效率低。2016年5月对6块DN25和6块DN50高压注水表进行检定，检定结果全部超差，而这12块高压注水表经技术监督中心检定合格，检定装置的准确度已不能满足JJG162-2009《冷水水表检定规程》要求；我厂对质量流量计无法进行检定工作，需送到技术监督中心进行检定。因此，需要对水表检定装置进行改造升级，使其在检定过程中，除被检水表需人工装夹，其余的检定工作均可在计算机上操作完成。

2 技术方案

针对存在的问题，对需要自动化升级的水表检定装置有以下几点要求。

2.1 检定装置基本要求

（1）水表检定装置设计符合JJG162-2009《冷水水表检定规程》、JJG1029-2007《涡街流量计检定规程》、JJG164-2000《液体流量标准装置检定规程》、JJG643-2003《标准表法流量标准装置检定规程》要求，保证水表各项计量性能指标检定准确。（2）为拓展仪表检定范围，减少厂外委检定费用。要求装置更新改造后，能够实现DN25～DN50质量流量计检定工作。（3）水表装置设计便于检定人员操作，同时要求自动化程度高、安全可靠、维修简单。

2.2 检定装置整体性能及指标

（1）检定方法。静态质量法+标准表法。静态质量法：静态质量法是由电子秤和换向器来完成被检电磁流量计、高压干式水表、涡街流量计、质量流量计检定的方法，将固定时间内的流入标准容器的水的质量换算成体积再与被检电磁流量计、高压干式水表、涡街流量计、质量流量计流经的体积进行比对，算出示值误差。标准表法：标准表法是通过计算固定时间内流经标准表和被检电磁流量计、高压干式水表、涡街流量计、质量流量计的流量值和瞬时流量进行比对，算出示值误差。

（2）装置扩展不确定度。静态质量法：0.05%（k=2）；电子秤分度值：不低于e=1/6000；标准表法：0.3%（k=2）；标准表重复性：不低于0.06%。

（3）流量稳定度：不低于0.2%。

（4）流量范围：(0.28～35)m3/h。

（5）检表规格：DN25、DN50共2种规格。

（6）检定台位：1组DN25/DN50高压干式水表并联式合用台位、1套水平表检定台位。

（7）被检水表种类：高压干式水表、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计等。

高压干式水表因它的内部结构和所检定的水隔绝，所以不会收到水中细小微粒固体影响，保证计数结构的正常运行和清晰的读数，同时也不会像湿式水表一样会被水中的杂志影响，由于表盘内外部温差大会造成表盘玻璃下产生雾气或凝结成水珠影响检定人员读取表盘数值。

高压干式水表油田常用的规格型号为DN50和DN25，多用于各小队基层注水间和室外注水井的干线和井口流量计量，其工作原理是利用水驱动叶轮旋转通过叶轮上方的磁性元件传递到表头从而实现流量计量，高压干式水表常用铁氧体和钕铁硼作为磁性材料，磁性元件的结构形状一般有环状磁铁、柱状磁铁和环状磁铁与“门”形硅钢片。高压干式水表的齿轮盒：干式水表的计数机构是依赖齿轮盒与被测水隔绝，所以齿轮盒底部及四周须能承受力2MPa压力试验而不变形。为此，在设计干式水表时，除了在齿轮盒上、下底部增设了十余条加强筋外，往往在齿轮盒上底部和内壁衬以金属的碗状内衬，以防其受压变形。由于注水井注入井口的水中原油和杂质较多，会影响高压干式水表的准确度且高压干式水表本身的准确度只有2.0%也不是很精密，所以现在高压干式水表的利用率越来越低，逐步被精度较高的涡街流量计和电磁流量计所取代，但是仍有一部分高压干式水表在用。

高压干式水表的误差调节装置一般为外调型式，它的形状大小和内部结构和同规格的湿式水表基本相同，绝大部分的配件都可以互相通用。高压干式水表的供电形式为电池供电，在对高压干式水表进行检定时，通常采用人工读数的方式进行瞬时流量和一定时间内流过高压干式水表的流量记录，记录数值时，水表流量不会停止，检定人员使用肉眼去判断数值，误差较大。高压干式水表送检时应确保送检的水表表盘完好有读数，表头和表体连接牢固无松动，表体无油污，齿轮转动均匀无卡顿、堵塞等现象。

涡街流量计是根据法拉第电磁感应原理研制的。在表壳体底部放置一个磁钢产生强磁场，磁力线穿过管道，当介质流过流量计强磁场时，切割磁力线感应出脉动的电动势，用电极检出电信号，在一定的流速范围内其频率正比于流量。

涡街流量计油田常用的规格型号有DN25、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200等，涡街流量计一般使用的是电信号和脉冲信号来进行流量计算，供电方式为24V或220V供电，涡街流量计的精度等级一般为0.5%和1%，所以涡街流量计一般应用于对流量精度等级要求较高的联合站和中转站的水计量岗位，由于高压干式水表精度低、不易检定、检定误差大合格率低而逐步被涡街流量计所取代，所以小队计量间的注水井的流量计量也使用涡街流量计来进行计量。涡街流量计送检时应注意表体完好无破损，表腔无杂质和油污。

电磁流量计的结构主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。电磁流量计的工作原理是通过磁路系统使被测液体磁化，被测液体通过电磁流量计表腔磁场时切割磁场产生感应电动势，再通过转换器将产生的微弱的电势信号转化成标准的直流信号，在电磁流量计的表盘上显示出瞬时流量和底数。

电磁流量计油田常用的规格型号有DN25、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200等，电磁流量计一般使用的是电信号和脉冲信号来进行流量计算，供电方式为24V或220V供电，电磁流量计的精度等级一般为0.5%和1%，所以电磁流量计一般应用于对流量精度等级要求较高的联合站和中转站的水计量岗位，由于高压干式水表精度低、不易检定、检定误差大合格率低而逐步被电磁流量计所取代，所以小队计量间的注水井的流量计量也使用电磁流量计来进行计量。电磁流量计送检前，要确保电磁流量计的表盘完好、表腔内没有油污和结块堵塞的情况，防止污染水表检定站内蓄水池的水质和堵塞结块导致无法计量或影响检定准确度。

科里奥利质量流量计简称科氏力流量计，是一种利用流体在振动管道中流动时产生与质量流量成正比的科里奥利力原理来直接测量质量流量的装置，由流量检测元件和转换器组成。科里奥利质量流量计实现了质量流量的直接测量，具有高精度，可测多重介质和多个工艺参数的特点，质量流量计多用于前线中转站、联合站原油流量计量，主要以计量油水混合物的流量，油水混合物中一般还有天然气，质量流量计可以不收气体因素影响准确地进行计量，一般中转站和联合站分别安装一个质量流量计用以进行起始段和终端原油流量的比对，是油田计量中很重要得一种流量计。质量流量计送检时应注意表体完好无破损，表腔无杂质和油污。

（8）被检水表数量：高压干式水表：采用4台被检水表串联的检定方式进行检定及校准。水平式注水表及质量流量计：采用单台的检定方式进行检定及校准。

（9）被检水表信号：脉冲信号、4-20mA电流信号、无信号输出直读表等。

2.3 关键部位的具体要求

（1）电子秤。为兼顾最大流量和最小流量点的检定，要求配置如下：1台300kg电子秤，按检定时间30s计算，用于静态质量法最大流量35m3/h流量要求，1台60kg电子秤用于中、小流量要求，根据各规格电子秤的量程范围合理分配各流量点的最佳使用范围。电子秤分度值要求达到e=1/6000。电子秤建议选用赛多利斯平台秤。

（2）背压管路。采用鹅头式背压管路。由3个90度弯头组合焊接为鹅头式连接弯管，用于排出流体在出口处的二次背压，以使流体在相对稳定的状态下达到满管流动的条件。

（3）测控系统。PLC硬件使用PLC-S7 300。构建PLC控制柜，PLC综合控制柜具有过载、短路、缺相保护等保护功能。它具有结构紧凑、工作稳定、功能齐全。可以根据实际控制规摸大小，进行组合，既可以实现单柜自动控制，也可以实现多柜通过工业以太网或工业现场总线网络组成集散(DCS)控制系统。PLC控制柜能适应各种大小规模的工业自动化控制场合。广泛应用在电力、冶金、化工、造纸、环保污水处理等行业中。

PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制，实现完美的网络功能，性能稳定、可扩展、抗干扰强等特点，是现代工业的核心和灵魂。设备更可与DCS总线上位机等通讯协议的数据传输；工控机、以太网等实现的控制和监控。设置数据传输模块，控制模块。安装主控机、气动夹表装置、电动阀以及标准表，接线并调试，完成硬件部分的装配和连接；自主开发软件程序：利用S7-400专业编程软件，自主开发西门子S7-400程序，可实现工艺过程中温度、压力、标准流量计流量、被检水表流量、电子秤等测量数据的自动采集和计算处理；实现对开关阀、调节阀和称量系统中换向器、排水阀的自动控制，满足压力调节、流量调节和流程切换。从而完成计量检定的计算、检定结果的显示、存储和打印等以及工艺流程的流动状态和测量数据在屏幕上实时显示。

（4）标准表处理。标准表是为被检定电磁流量计、高压干式水表、涡街流量计、质量流量计一段时间内走过的流量与瞬时流量提供比对数值的标准器，使用3种口径电磁流量计作为标准表，以满足不同被检表提供不同瞬时流量的需求，标准表供电由系统提供，数据通过读取脉冲来实现。软件通过判断检定管线来决定需要处理的标准表，并在检定过程中由下位机自动累积脉冲总数，以保证标准表的采集误差不超过正负一个脉冲。标准表可以定期通过电子秤进行自校准。

4 现场使用及效果

检定前输入被检表的型号、类型、流量范围、K系数、各流量点等相关信息，在质量法或标准表法中选择一种并选取被检表的传输信号，根据不同的目标流量选择相对应大小的调节阀和相对应的标准秤，开始检定，每个点检定三次，不合格的有问题的点可重新检定，从而使测量结果更精准。标准表流量、被检表流量、检定时间、各个阀门开关情况、赛多利斯平台秤的重量等重要信息都通过PLC传输并显示在电脑屏幕上一目了然。可同时检定4块DN50或DN25的高压水表，可检定DN50、DN25的电磁流量计和质量流量计。

5 结语

水表检定装置自动化取代手动操作，提高了检定精度，提升了检定效率，降低了检定人员的工作强度。新水表检定装置实现了质量流量计、电磁流量计、涡街流量计的自主检定，同时标准表可通过标准秤自校，节约了外委检定费用。自动化检定设备是仪表检定不可缺少的辅助力量，保证了油田的生产安全，提高了经济效益。