容积法校验出厂管道式电磁流量计的应用探讨

袁 君

(无锡市水务集团有限公司, 江苏无锡 214031)

1 基本情况

目前，各水厂出厂计量普遍采用管道式电磁流量计，但随着时间推移和运行工况改变，可能会造成流量计的稳定性和准确度下降，进而关系到各项考核指标如产销差等的计算结果。由于在线使用的管道式电磁流量计拆装困难，对流量计的在线校准，以及计量管理水平有着十分重要的意义。《管道式电磁流量计在线校准要求》(CJ/T 364—2011)(下文简称“标准”)提供了标准表法和电参数法两种在线校准方法，要求复校时间间隔不宜超过2年，具体由被校单位根据实际使用情况确定。

2 需解决的问题

对所在城市的水厂出厂流量计进行检验工作，由于不具备超声波流量计使用条件(缺少校验井或无满足条件的裸露管段)，且超声波流量计的准确度比电磁流量计低，严格说来不符合计量量值传递的规则，因此，日常采用电参数法。当电参数法传感器各参数正常时，转换器的准确度在±0.5%以内，但因其仅为性能测试，校验结果不够直观，流量计的数据准确度无法获知。

3 方案制定与实施

3.1 总体思路

利用水厂的构筑物作为测量容器，测量构筑物内水位在一定时间范围内的变化高度，以此来计算构筑物内水量的变化体积，将此结果与相同时间段内电磁流量计的累计流量相比较，从而确定电磁流量计的计量性能。本次实施过程中，兼顾了不同的流速区间。

从原理上，这是一种最基本最直观可靠的检测方法，实施期间需依托生产系统，其检测时间尽量避开供水早、晚高峰，确保不影响安全供水。

该方法供水范围相对较小，对全市供水影响不大，出厂流量计只有1个，由测量条件相对较简单的A水厂进行，积累实际经验后，在适当的条件下进行其他水厂的出厂流量计校验工作。

影响该方法精度的因素很多，测量过程中人员的配合、竣工图尺寸与实际存有的误差、水厂可能存在少量的漏水现象，特别是排空阀的泄露等，为此，测量前需周密计划，精心实施，避免不必要的误差。

3.2 计算方案

A水厂净水工艺为“混凝—沉淀—过滤—臭氧活性炭—消毒”，构筑物有平流沉淀池、普通砂滤池(包括反冲洗集水井)、提升泵房、臭氧接触池、活性炭滤池、吸水井和清水池。为使正常生产与校验状态间的切换安全快速，测量过程前后阀门的启闭动作应尽可能少，尤其是手动阀门。

为此，在测量过程中，清水池前阀门不动作，确保原水不进入常规处理后，关停提升泵。参照这一思路，涉及水位有变化的构筑物(甚至包括管道内有无流量体积的变化)都需进行分析计算，计算工作量较多。另外，在测量过程中，随着水位的下降，每一构筑物的平面尺寸会有不同程度的变化，为减少误差，这些因素都需纳入计算方案中。

例如，本次对砂滤池的计算，就考虑到洗砂排水槽的影响，根据其构造，分成了4个高差范围进行计算；提升泵吸水室体积变化的计算中扣除了泵筒所占体积部分；对清水池和吸水井的面积，对照竣工图纸减去了导流墙、梁、柱等所占的面积，另外也考虑了人孔、溢流井等。

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3.3 准备工作

测量前完成以下准备工作，以减少测量过程带来的误差。

检查厂内阀门特别是砂滤池和炭滤池出水阀门的关闭严密度，对有漏失阀门的滤池提前停用滤空或在测量过程中重点监控；根据计算方案，准备好相应套数液位简易测量装置，供校核液位仪使用，分别安装于清水池、吸水井、炭滤池出水渠、沉淀池出水集水渠等处；准备各点上的测量记录表格；根据工作量大小安排各个测量点上的工作人员，配备足够数量对讲机，统一校对时间；复核阀门(尤其是超越管)状态，抽空窨井存水便于操作；供水调度中心及其他水厂做好水量调整准备。

3.4 校验实施

根据整体方案的部署，A水厂对其出厂管上的1个管道式电磁流量计进行容积法校验，具体实施步骤如下。

首先，将水厂清水池调至高水位，所在城市的其他水厂也相应放高清水池水位以防意外；测量前1 h降低水厂出水负荷；关闭水厂沉淀池进水阀，将沉淀池液位降至出水槽以下；关闭自用水，关闭加矾泵，关闭加氯水射器增压泵，关闭臭氧发生器，停尾水生产；停提升泵，关闭砂滤池和炭滤池相应的进出水阀门；上述工作及人员到位后，待各测量点的液位波动缓慢稳定时，现场指挥宣布开始测量，各个测量点工作人员记录初始水位H1，电磁流量计初始值Q1和起始时刻t1；每隔3 min进行一次测量数据的记录；测量期间逐步增大流量，再逐步回调流量；现场指挥宣布测量结束，最后一次记录各点测量数据；A水厂恢复生产，恢复正常调度。

此后，搜集、汇总各类记录数据，进行后续的统计分析工作。

4 结果分析探讨

A水厂出厂电磁流量计的校验测量从2017年4月11日13∶35开始至15∶08结束，统计总体偏差为-3.13%，因构筑物容积的计算依据图纸，其与实际尺寸可能存在差异，此外，计算过程中没有考虑粉刷层厚度、蒸发量的影响等，该偏差值在可接受范围内。

此次统计中的偏差=(电磁流量计读数-总体积变化)/总体积变化×100，结果若为负则表示出厂流量计计量小于实际出水量，为正，则反之。测量中的几点体会探讨如下。

4.1 各构筑物水量变化对结果的影响

据统计，各构筑物的水量占比如表1所示。

表1 各构筑物计算的水量占比Tab.1 Percentage of Water Flow Calculated for Each Structure

表1的统计结果表明，在测量过程中，沉淀池、砂滤池等部分水量流入提升泵房，因此，在测量过程中对于水位有可能上升的测量点，要注意观察其水位上升不能超过堰口，造成水量统计失误。由于清水池前阀门没有关闭，吸水井、清水池有少量水通过管道流入前工艺构筑物。此外，本次的测量结果也表明，容积法校验电磁流量计中需要重点关注并准确测量的是吸水井和清水池的水量变化。

4.2 液位仪与人工标尺间的差异

液位的测量是整个容积法校验的重点，其准确度直接关乎计量结果。由于液位仪信号非数字传输，在测量过程中安装了人工标尺这一液位简易测量装置，供校核液位仪使用。将测量的累计液位差同液位仪(中控、现场)测得数据进行比较，如图1所示。

注：途中中控液位仪和现场液位仪的曲线基本重合图1 液位仪(中控、人工)与人工标尺测量累计液位差比较Fig.1 Comparison of Accumulated Liquid Level Difference between Liquid Level Meter (Central Control, Manual) and Manual Ruler

由图1可知，人工标尺测得的液位差值与现场液位仪基本吻合，其变化一致，但中控液位仪显示的数据呈现一定的滞后性，这同信号的传输距离与解析方式相关。在日后的测量过程中，对于吸水井和清水池这些对测量结果影响较大的地方，需进行人工标尺读数，或对仪表校验后进行现场读数记录。

4.3 清水池测量点的选择

由于清水池面积较大，在测量过程中，在清水池的初段、中段、末端与溢流井共4处安装了相应的液位测量装置。对这4处数据进行统计发现，虽然其绝对值存在差异，但累计液位差完全吻合，这表明某一点基本能反应清水池的液位变化，后续测量工作可只选取一个点位。

4.4 不同流速区间偏差

本次测量兼顾了不同的流速区间，在不同流速(0.30、0.42、0.58、0.84、0.98、1.40 m/s)区间的偏差分别是-3.65%、-5.35%、-4.24%、-3.95%、-3.35%、-1.62%，如图2所示。

图2的结果显示，容积法校验电磁流量计累计偏差开始阶段不稳定，后期趋于稳定，在-3.0%附近。这是测量中不可避免存在某几个时刻(特别出厂水流量改变时)某些测量点液位波动较大，导致记录数值与真实情况存有较大差异，一开始累计出水总量较少，偏差会相对放大，在后期累计水量大，这一原因导致的偏差减少，偏差值也趋于稳定。

另外，不同流速下，容积法计算值与电磁流量计测量值间偏差不同，同一流速不同间隔区间统计的偏差不完全接近，这可能是某一流速区间测量时段只有20～30 min，没有足够长的稳定时间导致的。在这一期间，构筑物内液位变化不大，如果读数存在微小偏差，计算的相对偏大就会较大。在今后工作中，可以只选取2～3个流速区间，每个流速区间时间尽可能长，以收集较长的稳定时间段数据，使统计的偏差数据更具说服力。

4.5 同清水池容积法的比较

一般采用容积法校验出厂流量计计算的都是清水池和吸水井容积，即清水池容积法。需要关闭清水池前阀门，为检验阀门的闭合度，还需等待一段时间(至少10 min)，观察清水池液位变化情况，如出现升高或降低，还需重新检查直至稳定。在这一过程中，对于只有一根出厂管道的水厂，还会涉及到清水泵房水泵的关停动作。

本文所采用的容积法，同清水池容积法比较，准备工作和测量过程一样都需要动用较多的人力物力，虽然较后者计算工作量增加很多，但校验过程中动作较少，尤其是阀门的启闭操作；另外，如水厂工艺不变化，构筑物无新建、改扩建等情况，后续的校验中可以一直沿用该计算方案。

5 结语

实践证明，容积法校验出厂管道式电磁流量计的方法可行。

在该方法中，吸水井和清水池的水量变化对最终结果影响最大，务必力求准确，为尽可能减少绝对误差，最好在竣工时，用高精度钢尺实测其数据，留作日后测试用；液位测量是容积法的核心，其准确度直接关乎最后的计量结果，建议在测量点现场读数，如果有液位仪，测量前需校正；测量过程中避免水量突变造成构筑物内液面波动较大，影响测量读数；一般水量缓慢调节时，清水池内初段、中段、末端的液位变化基本一致，其测量点的选取可根据实际安装条件选取一点即可；某一流速测量时间宜尽可能长，这样在同一流速下，可搜集到较长的稳定时间段数据，统计分析结果更准确更有说服力。此外，在容积法实施过程中，对于水位有可能上升的地方，要注意观察其水位上升不能超过堰口，造成水量统计失误；需密切关注清水池水位变化情况，确保其在测量结束后不因水位过低而影响正产生产。

用容积法校验出厂电磁流量计，初次进行时方案制定与计算工作量较大，测量过程需动用较多的人力物力，但经实践积累一定经验后，在日后的复校工作中将会较好开展，且其历次校验结果具有相当直观可靠的对比意义。