供水企業(yè)中水流量計的應用探討

摘要：水流量計計量準確度關(guān)系到供水企業(yè)的產(chǎn)銷(xiāo)差等各項經(jīng)濟類(lèi)考核指標，對其計量精度和運行可靠性定期評估非常必要。實(shí)踐證明，容積法校驗出廠(chǎng)水流量計的方法可行。容積法中吸水井和清水池的水量變化對最終結果影響最大，該方法的核心是液位的準確測量，建議在測量點(diǎn)現場(chǎng)讀數。測量中，水量調節應緩慢進(jìn)行，避免構筑物內液面波動(dòng)過(guò)大造成液位讀數存在較大偏差。某一流速測量時(shí)間宜盡可能長(cháng)，以收集較長(cháng)穩定時(shí)間段數據，使測量結果更準確更具說(shuō)服力。
1 基本情況
目前，各水廠(chǎng)出廠(chǎng)計量普遍采用水流量計，但隨著(zhù)時(shí)間推移和運行工況改變，可能會(huì )造成流量計的穩定性和準確度下降，進(jìn)而關(guān)系到各項考核指標如產(chǎn)銷(xiāo)差等的計算結果。由于在線(xiàn)使用的水流量計拆裝困難，對流量計的在線(xiàn)校準，以及計量管理水平有著(zhù)十分重要的意義?！?strong>水流量計在線(xiàn)校準要求》(CJ/T 364-2011)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“標準”)提供了標準表法和電參數法兩種在線(xiàn)校準方法，要求復校時(shí)間間隔不宜超過(guò) 2 年，具體由被校單位根據實(shí)際使用情況確定。
2 需解決的問(wèn)題
對所在城市的水廠(chǎng)出廠(chǎng)流量計進(jìn)行檢驗工作，由于不具備超聲波流量計使用條件(缺少校驗井或無(wú)滿(mǎn)足條件的裸露管段)，且超聲波流量計的準確度比電磁流量計低，嚴格說(shuō)來(lái)不符合計量量值傳遞的規則，因此，日常采用電參數法。當電參數法傳感器各參數正常時(shí)，轉換器的準確度在±0. 5%以?xún)?，但因其僅為性能測試，校驗結果不夠直觀(guān)，流量計的數據準確度無(wú)法獲知。對于安裝在出廠(chǎng)管段處的流量計，可以利用水廠(chǎng)構筑物(主要是清水池和吸水井)作為測量容器，即容積法進(jìn)行測定，該方法在深圳水務(wù)集團下屬水廠(chǎng)也曾嘗試。根據這一原理，結合水廠(chǎng)現場(chǎng)實(shí)際，制定了詳細的方案并進(jìn)行實(shí)施。
3 方案制定與實(shí)施
3．1 總體思路
利用水廠(chǎng)的構筑物作為測量容器，測量構筑物內水位在一定時(shí)間范圍內的變化高度，以此來(lái)計算構筑物內水量的變化體積，將此結果與相同時(shí)間段內電磁流量計的累計流量相比較，從而確定電磁流量計的計量性能。本次實(shí)施過(guò)程中，兼顧了不同的流速區間。
從原理上，這是一種最基本最直觀(guān)可靠的檢測方法，實(shí)施期間需依托生產(chǎn)系統，其檢測時(shí)間盡量避開(kāi)供水早、晚高峰，確保不影響安全供水。
該方法供水范圍相對較小，對全市供水影響不大，出廠(chǎng)流量計只有 1 個(gè)，由測量條件相對較簡(jiǎn)單的 A 水廠(chǎng)進(jìn)行，積累實(shí)際經(jīng)驗后，在適當的條件下進(jìn)行其他水廠(chǎng)的出廠(chǎng)流量計校驗工作。影響該方法精度的因素很多，測量過(guò)程中人員的配合、竣工圖尺寸與實(shí)際存有的誤差、水廠(chǎng)可能存在少量的漏水現象，特別是排空閥的泄露等，為此，測量前需周密計劃，精心實(shí)施，避免不必要的誤差。
3．2 計算方案
A 水廠(chǎng)凈水工藝為“混凝-沉淀-過(guò)濾-臭氧活性炭-消毒”，構筑物有平流沉淀池、普通砂濾池(包括反沖洗集水井)、提升泵房、臭氧接觸池、活性炭濾池、吸水井和清水池。為使正常生產(chǎn)與校驗狀態(tài)間的切換安全快速，測量過(guò)程前后閥門(mén)的啟閉動(dòng)作應盡可能少，尤其是手動(dòng)閥門(mén)。為此，在測量過(guò)程中，清水池前閥門(mén)不動(dòng)作，確保原水不進(jìn)入常規處理后，關(guān)停提升泵。參照這一思路，涉及水位有變化的構筑物(甚至包括管道內有無(wú)流量體積的變化)都需進(jìn)行分析計算，計算工作量較多。另外，在測量過(guò)程中，隨著(zhù)水位的下降，每一構筑物的平面尺寸會(huì )有不同程度的變化，為減少誤差，這些因素都需納入計算方案中。
例如，本次對砂濾池的計算，就考慮到洗砂排水槽的影響，根據其構造，分成了 4 個(gè)高差范圍進(jìn)行計算;提升泵吸水室體積變化的計算中扣除了泵筒所占體積部分;對清水池和吸水井的面積，對照竣工圖紙減去了導流墻、梁、柱等所占的面積，另外也考慮了人孔、溢流井等。
3．3 準備工作
測量前完成以下準備工作，以減少測量過(guò)程帶來(lái)的誤差。檢查廠(chǎng)內閥門(mén)特別是砂濾池和炭濾池出水閥門(mén)的關(guān)閉嚴密度，對有漏失閥門(mén)的濾池提前停用濾空或在測量過(guò)程中重點(diǎn)監控;根據計算方案，準備好相應套數液位簡(jiǎn)易測量裝置，供校核液位儀使用，分別安裝于清水池、吸水井、炭濾池出水渠、沉淀池出水集水渠等處;準備各點(diǎn)上的測量記錄表格;根據工作量大小安排各個(gè)測量點(diǎn)上的工作人員，配備足夠數量對講機，統一校對時(shí)間;復核閥門(mén)(尤其是超越管)狀態(tài)，抽空窨井存水便于操作;供水調度中心及其他水廠(chǎng)做好水量調整準備。
3．4 校驗實(shí)施
根據整體方案的部署，A 水廠(chǎng)對其出廠(chǎng)管上的 1 個(gè)水流量計進(jìn)行容積法校驗，具體實(shí)施步驟如下。
首先，將水廠(chǎng)清水池調至高水位，所在城市的其他水廠(chǎng)也相應放高清水池水位以防意外;測量前 1 h 降低水廠(chǎng)出水負荷;關(guān)閉水廠(chǎng)沉淀池進(jìn)水閥，將沉淀池液位降至出水槽以下;關(guān)閉自用水，關(guān)閉加礬泵，關(guān)閉加氯水射器增壓泵，關(guān)閉臭氧發(fā)生器，停尾水生產(chǎn);停提升泵，關(guān)閉砂濾池和炭濾池相應的進(jìn)出水閥門(mén);上述工作及人員到位后，待各測量點(diǎn)的液位波動(dòng)緩慢穩定時(shí)，現場(chǎng)指揮宣布開(kāi)始測量，各個(gè)測量點(diǎn)工作人員記錄初始水位 H 1 ，電磁流量計初始值 Q 1 和起始時(shí)刻 t 1 ;每隔 3 min 進(jìn)行一次測量數據的記錄;測量期間逐步增大流量，再逐步回調流量;現場(chǎng)指揮宣布測量結束，最后一次記錄各點(diǎn)測量數據;A 水廠(chǎng)恢復生產(chǎn)，恢復正常調度。此后，搜集、匯總各類(lèi)記錄數據，進(jìn)行后續的統計分析工作。
4 結果分析探討
A 水廠(chǎng)出廠(chǎng)電磁流量計的校驗測量從 2017 年 4 月 11 日 13 ∶35 開(kāi)始至 15 ∶08 結束，統計總體偏差為－3. 13%，因構筑物容積的計算依據圖紙，其與實(shí)際尺寸可能存在差異，此外，計算過(guò)程中沒(méi)有考慮粉刷層厚度、蒸發(fā)量的影響等，該偏差值在可接受范圍內。此次統計中的偏差 =(電磁流量計讀數 － 總體積變化) /總體積變化 ×100，結果若為負則表示出廠(chǎng)流量計計量小于實(shí)際出水量，為正，則反之。測量中的幾點(diǎn)體會(huì )探討如下。
4．1 各構筑物水量變化對結果的影響
據統計，各構筑物的水量占比如表 1 所示。

表 1 的統計結果表明，在測量過(guò)程中，沉淀池、砂濾池等部分水量流入提升泵房，因此，在測量過(guò)程中對于水位有可能上升的測量點(diǎn)，要注意觀(guān)察其水位上升不能超過(guò)堰口，造成水量統計失誤。由于清水池前閥門(mén)沒(méi)有關(guān)閉，吸水井、清水池有少量水通過(guò)管道流入前工藝構筑物。此外，本次的測量結果也表明，容積法校驗電磁流量計中需要重點(diǎn)關(guān)注并準確測量的是吸水井和清水池的水量變化。
4．2 液位儀與人工標尺間的差異
液位的測量是整個(gè)容積法校驗的重點(diǎn)，其準確度直接關(guān)乎計量結果。由于液位儀信號非數字傳輸，在測量過(guò)程中安裝了人工標尺這一液位簡(jiǎn)易測量裝置，供校核液位儀使用。將測量的累計液位差同液位儀(中控、現場(chǎng))測得數據進(jìn)行比較，如圖 1 所示。

由圖 1 可知，人工標尺測得的液位差值與現場(chǎng)液位儀基本吻合，其變化一致，但中控液位儀顯示的數據呈現一定的滯后性，這同信號的傳輸距離與解析方式相關(guān)。在日后的測量過(guò)程中，對于吸水井和清水池這些對測量結果影響較大的地方，需進(jìn)行人工標尺讀數，或對儀表校驗后進(jìn)行現場(chǎng)讀數記錄。
4．3 清水池測量點(diǎn)的選擇
由于清水池面積較大，在測量過(guò)程中，在清水池的初段、中段、末端與溢流井共 4 處安裝了相應的液位測量裝置。對這 4 處數據進(jìn)行統計發(fā)現，雖然其絕對值存在差異，但累計液位差完全吻合，這表明某一點(diǎn)基本能反應清水池的液位變化，后續測量工作可只選取一個(gè)點(diǎn)位。
4．4 不同流速區間偏差
本次測量兼顧了不同的流速區間，在不同流速(0. 30、0. 42、0. 58、0. 84、0. 98、1. 40 m/s)區間的偏差分別是 －3. 65%、－5. 35%、－4. 24%、－3. 95%、－3. 35%、－1. 62%，如圖 2 所示。

圖 2 的結果顯示，容積法校驗電磁流量計累計偏差開(kāi)始階段不穩定，后期趨于穩定，在 －3. 0%附近。這是測量中不可避免存在某幾個(gè)時(shí)刻(特別出廠(chǎng)水流量改變時(shí))某些測量點(diǎn)液位波動(dòng)較大，導致記錄數值與真實(shí)情況存有較大差異，一開(kāi)始累計出水總量較少，偏差會(huì )相對放大，在后期累計水量大，這一原因導致的偏差減少，偏差值也趨于穩定。
另外，不同流速下，容積法計算值與電磁流量計測量值間偏差不同，同一流速不同間隔區間統計的偏差不完全接近，這可能是某一流速區間測量時(shí)段只有 20～30 min，沒(méi)有足夠長(cháng)的穩定時(shí)間導致的。在這一期間，構筑物內液位變化不大，如果讀數存在微小偏差，計算的相對偏大就會(huì )較大。在今后工作中，可以只選取2～3 個(gè)流速區間，每個(gè)流速區間時(shí)間盡可能長(cháng)，以收集較長(cháng)的穩定時(shí)間段數據，使統計的偏差數據更具說(shuō)服力。
4．5 同清水池容積法的比較
一般采用容積法校驗出廠(chǎng)流量計計算的都是清水池和吸水井容積，即清水池容積法。需要關(guān)閉清水池前閥門(mén)，為檢驗閥門(mén)的閉合度，還需等待一段時(shí)間(至少 10 min)，觀(guān)察清水池液位變化情況，如出現升高或降低，還需重新檢查直至穩定。在這一過(guò)程中，對于只有一根出廠(chǎng)管道的水廠(chǎng)，還會(huì )涉及到清水泵房水泵的關(guān)停動(dòng)作。
本文所采用的容積法，同清水池容積法比較，準備工作和測量過(guò)程一樣都需要動(dòng)用較多的人力物力，雖然較后者計算工作量增加很多，但校驗過(guò)程中動(dòng)作較少，尤其是閥門(mén)的啟閉操作;另外，如水廠(chǎng)工藝不變化，構筑物無(wú)新建、改擴建等情況，后續的校驗中可以一直沿用該計算方案。
5 結語(yǔ)
實(shí)踐證明，容積法校驗出廠(chǎng)水流量計的方法可行。
在該方法中，吸水井和清水池的水量變化對最終結果影響最大，務(wù)必力求準確，為盡可能減少絕對誤差，最好在竣工時(shí)，用高精度鋼尺實(shí)測其數據，留作日后測試用;液位測量是容積法的核心，其準確度直接關(guān)乎最后的計量結果，建議在測量點(diǎn)現場(chǎng)讀數，如果有液位儀，測量前需校正;測量過(guò)程中避免水量突變造成構筑物內液面波動(dòng)較大，影響測量讀數;一般水量緩慢調節時(shí)，清水池內初段、中段、末端的液位變化基本一致，其測量點(diǎn)的選取可根據實(shí)際安裝條件選取一點(diǎn)即可;某一流速測量時(shí)間宜盡可能長(cháng)，這樣在同一流速下，可搜集到較長(cháng)的穩定時(shí)間段數據，統計分析結果更準確更有說(shuō)服力。此外，在容積法實(shí)施過(guò)程中，對于水位有可能上升的地方，要注意觀(guān)察其水位上升不能超過(guò)堰口，造成水量統計失誤;需密切關(guān)注清水池水位變化情況，確保其在測量結束后不因水位過(guò)低而影響正產(chǎn)生產(chǎn)。
用容積法校驗出廠(chǎng)電磁流量計，初次進(jìn)行時(shí)方案制定與計算工作量較大，測量過(guò)程需動(dòng)用較多的人力物力，但經(jīng)實(shí)踐積累一定經(jīng)驗后，在日后的復校工作中將會(huì )較好開(kāi)展，且其歷次校驗結果具有相當直觀(guān)可靠的對比意義。

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