供水企業(yè)中水流量計(jì)的應(yīng)用探討

摘要：水流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度關(guān)系到供水企業(yè)的產(chǎn)銷差等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)類考核指標(biāo)，對(duì)其計(jì)量精度和運(yùn)行可靠性定期評(píng)估非常必要。實(shí)踐證明，容積法校驗(yàn)出廠水流量計(jì)的方法可行。容積法中吸水井和清水池的水量變化對(duì)*終結(jié)果影響*大，該方法的核心是液位的準(zhǔn)確測(cè)量，建議在測(cè)量點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)。測(cè)量中，水量調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢進(jìn)行，避免構(gòu)筑物內(nèi)液面波動(dòng)過大造成液位讀數(shù)存在較大偏差。某**速測(cè)量時(shí)間宜盡可能長(zhǎng)，以收集較長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間段數(shù)據(jù)，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確更具說服力。
1 基本情況
目前，各水廠出廠計(jì)量普遍采用水流量計(jì)，但隨著時(shí)間推移和運(yùn)行工況改變，可能會(huì)造成流量計(jì)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度下降，進(jìn)而關(guān)系到各項(xiàng)考核指標(biāo)如產(chǎn)銷差等的計(jì)算結(jié)果。由于在線使用的水流量計(jì)拆裝困難，對(duì)流量計(jì)的在線校準(zhǔn)，以及計(jì)量管理水平有著十分重要的意義?！?strong>水流量計(jì)在線校準(zhǔn)要求》(CJ/T 364-2011)(下文簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”)提供了標(biāo)準(zhǔn)表法和電參數(shù)法兩種在線校準(zhǔn)方法，要求復(fù)校時(shí)間間隔不宜超過 2 年，具體由被校單位根據(jù)實(shí)際使用情況確定。
2 需解決的問題
對(duì)所在城市的水廠出廠流量計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)工作，由于不具備超聲波流量計(jì)使用條件(缺少校驗(yàn)井或無滿足條件的裸露管段)，且超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度比電磁流量計(jì)低，嚴(yán)格說來不符合計(jì)量量值傳遞的規(guī)則，因此，日常采用電參數(shù)法。當(dāng)電參數(shù)法傳感器各參數(shù)正常時(shí)，轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確度在±0. 5%以內(nèi)，但因其僅為性能測(cè)試，校驗(yàn)結(jié)果不夠直觀，流量計(jì)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度無法獲知。對(duì)于安裝在出廠管段處的流量計(jì)，可以利用水廠構(gòu)筑物(主要是清水池和吸水井)作為測(cè)量容器，即容積法進(jìn)行測(cè)定，該方法在深圳水務(wù)集團(tuán)下屬水廠也曾嘗試。根據(jù)這一原理，結(jié)合水廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，制定了詳細(xì)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
利用水廠的構(gòu)筑物作為測(cè)量容器，測(cè)量構(gòu)筑物內(nèi)水位在一定時(shí)間范圍內(nèi)的變化高度，以此來計(jì)算構(gòu)筑物內(nèi)水量的變化體積，將此結(jié)果與相同時(shí)間段內(nèi)電磁流量計(jì)的累計(jì)流量相比較，從而確定電磁流量計(jì)的計(jì)量性能。本次實(shí)施過程中，兼顧了不同的流速區(qū)間。
從原理上，這是一種*基本*直觀可靠的檢測(cè)方法，實(shí)施期間需依托生產(chǎn)系統(tǒng)，其檢測(cè)時(shí)間盡量避開供水早、晚高峰，確保不影響安全供水。
該方法供水范圍相對(duì)較小，對(duì)全市供水影響不大，出廠流量計(jì)只有 1 個(gè)，由測(cè)量條件相對(duì)較簡(jiǎn)單的 A 水廠進(jìn)行，積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)后，在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行其他水廠的出廠流量計(jì)校驗(yàn)工作。影響該方法精度的因素很多，測(cè)量過程中人員的配合、竣工圖尺寸與實(shí)際存有的誤差、水廠可能存在少量的漏水現(xiàn)象，特別是排空閥的泄露等，為此，測(cè)量前需周密計(jì)劃，精心實(shí)施，避免不必要的誤差。
3．2 計(jì)算方案
A 水廠凈水工藝為“混凝-沉淀-過濾-臭氧活性炭-消毒”，構(gòu)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(yàn)狀態(tài)間的切換安全快速，測(cè)量過程前后閥門的啟閉動(dòng)作應(yīng)盡可能少，尤其是手動(dòng)閥門。為此，在測(cè)量過程中，清水池前閥門不動(dòng)作，確保原水不進(jìn)入常規(guī)處理后，關(guān)停提升泵。參照這一思路，涉及水位有變化的構(gòu)筑物(甚至包括管道內(nèi)有無流量體積的變化)都需進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算工作量較多。另外，在測(cè)量過程中，隨著水位的下降，每一構(gòu)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(jì)算方案中。
例如，本次對(duì)砂濾池的計(jì)算，就考慮到洗砂排水槽的影響，根據(jù)其構(gòu)造，分成了 4 個(gè)高差范圍進(jìn)行計(jì)算;提升泵吸水室體積變化的計(jì)算中扣除了泵筒所占體積部分;對(duì)清水池和吸水井的面積，對(duì)照竣工圖紙減去了導(dǎo)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(zhǔn)備工作
測(cè)量前完成以下準(zhǔn)備工作，以減少測(cè)量過程帶來的誤差。檢查廠內(nèi)閥門特別是砂濾池和炭濾池出水閥門的關(guān)閉嚴(yán)密度，對(duì)有漏失閥門的濾池提前停用濾空或在測(cè)量過程中重點(diǎn)監(jiān)控;根據(jù)計(jì)算方案，準(zhǔn)備好相應(yīng)套數(shù)液位簡(jiǎn)易測(cè)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(zhǔn)備各點(diǎn)上的測(cè)量記錄表格;根據(jù)工作量大小安排各個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的工作人員，配備足夠數(shù)量對(duì)講機(jī)，統(tǒng)一校對(duì)時(shí)間;復(fù)核閥門(尤其是超越管)狀態(tài)，抽空窨井存水便于操作;供水調(diào)度中心及其他水廠做好水量調(diào)整準(zhǔn)備。
3．4 校驗(yàn)實(shí)施
根據(jù)整體方案的部署，A 水廠對(duì)其出廠管上的 1 個(gè)水流量計(jì)進(jìn)行容積法校驗(yàn)，具體實(shí)施步驟如下。
*先，將水廠清水池調(diào)至高水位，所在城市的其他水廠也相應(yīng)放高清水池水位以防意外;測(cè)量前 1 h 降低水廠出水負(fù)荷;關(guān)閉水廠沉淀池進(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(yīng)的進(jìn)出水閥門;上述工作及人員到位后，待各測(cè)量點(diǎn)的液位波動(dòng)緩慢穩(wěn)定時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)指揮宣布開始測(cè)量，各個(gè)測(cè)量點(diǎn)工作人員記錄初始水位 H 1 ，電磁流量計(jì)初始值 Q 1 和起始時(shí)刻 t 1 ;每隔 3 min 進(jìn)行一次測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄;測(cè)量期間逐步增大流量，再逐步回調(diào)流量;現(xiàn)場(chǎng)指揮宣布測(cè)量結(jié)束，*后一次記錄各點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù);A 水廠恢復(fù)生產(chǎn)，恢復(fù)正常調(diào)度。此后，搜集、匯總各類記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析工作。
4 結(jié)果分析探討
A 水廠出廠電磁流量計(jì)的校驗(yàn)測(cè)量從 2017 年 4 月 11 日 13 ∶35 開始至 15 ∶08 結(jié)束，統(tǒng)計(jì)總體偏差為－3. 13%，因構(gòu)筑物容積的計(jì)算依據(jù)圖紙，其與實(shí)際尺寸可能存在差異，此外，計(jì)算過程中沒有考慮粉刷層厚度、蒸發(fā)量的影響等，該偏差值在可接受范圍內(nèi)。此次統(tǒng)計(jì)中的偏差 =(電磁流量計(jì)讀數(shù) － 總體積變化) /總體積變化 ×100，結(jié)果若為負(fù)則表示出廠流量計(jì)計(jì)量小于實(shí)際出水量，為正，則反之。測(cè)量中的幾點(diǎn)體會(huì)探討如下。
4．1 各構(gòu)筑物水量變化對(duì)結(jié)果的影響
據(jù)統(tǒng)計(jì)，各構(gòu)筑物的水量占比如表 1 所示。

表 1 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在測(cè)量過程中，沉淀池、砂濾池等部分水量流入提升泵房，因此，在測(cè)量過程中對(duì)于水位有可能上升的測(cè)量點(diǎn)，要注意觀察其水位上升不能超過堰口，造成水量統(tǒng)計(jì)失誤。由于清水池前閥門沒有關(guān)閉，吸水井、清水池有少量水通過管道流入前工藝構(gòu)筑物。此外，本次的測(cè)量結(jié)果也表明，容積法校驗(yàn)電磁流量計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注并準(zhǔn)確測(cè)量的是吸水井和清水池的水量變化。
4．2 液位儀與人工標(biāo)尺間的差異
液位的測(cè)量是整個(gè)容積法校驗(yàn)的重點(diǎn)，其準(zhǔn)確度直接關(guān)乎計(jì)量結(jié)果。由于液位儀信號(hào)非數(shù)字傳輸，在測(cè)量過程中安裝了人工標(biāo)尺這一液位簡(jiǎn)易測(cè)量裝置，供校核液位儀使用。將測(cè)量的累計(jì)液位差同液位儀(中控、現(xiàn)場(chǎng))測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖 1 所示。

由圖 1 可知，人工標(biāo)尺測(cè)得的液位差值與現(xiàn)場(chǎng)液位儀基本吻合，其變化一致，但中控液位儀顯示的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一定的滯后性，這同信號(hào)的傳輸距離與解析方式相關(guān)。在日后的測(cè)量過程中，對(duì)于吸水井和清水池這些對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大的地方，需進(jìn)行人工標(biāo)尺讀數(shù)，或?qū)x表校驗(yàn)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)記錄。
4．3 清水池測(cè)量點(diǎn)的選擇
由于清水池面積較大，在測(cè)量過程中，在清水池的初段、中段、末端與溢流井共 4 處安裝了相應(yīng)的液位測(cè)量裝置。對(duì)這 4 處數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，雖然其絕對(duì)值存在差異，但累計(jì)液位差完全吻合，這表明某一點(diǎn)基本能反應(yīng)清水池的液位變化，后續(xù)測(cè)量工作可只選取一個(gè)點(diǎn)位。
4．4 不同流速區(qū)間偏差
本次測(cè)量兼顧了不同的流速區(qū)間，在不同流速(0. 30、0. 42、0. 58、0. 84、0. 98、1. 40 m/s)區(qū)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(jié)果顯示，容積法校驗(yàn)電磁流量計(jì)累計(jì)偏差開始階段不穩(wěn)定，后期趨于穩(wěn)定，在 －3. 0%附近。這是測(cè)量中不可避免存在某幾個(gè)時(shí)刻(特別出廠水流量改變時(shí))某些測(cè)量點(diǎn)液位波動(dòng)較大，導(dǎo)致記錄數(shù)值與真實(shí)情況存有較大差異，一開始累計(jì)出水總量較少，偏差會(huì)相對(duì)放大，在后期累計(jì)水量大，這一原因?qū)е碌钠顪p少，偏差值也趨于穩(wěn)定。
另外，不同流速下，容積法計(jì)算值與電磁流量計(jì)測(cè)量值間偏差不同，同**速不同間隔區(qū)間統(tǒng)計(jì)的偏差不完全接近，這可能是某**速區(qū)間測(cè)量時(shí)段只有 20～30 min，沒有足夠長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間導(dǎo)致的。在這一期間，構(gòu)筑物內(nèi)液位變化不大，如果讀數(shù)存在微小偏差，計(jì)算的相對(duì)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(qū)間，每個(gè)流速區(qū)間時(shí)間盡可能長(zhǎng)，以收集較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間段數(shù)據(jù)，使統(tǒng)計(jì)的偏差數(shù)據(jù)更具說服力。
4．5 同清水池容積法的比較
一般采用容積法校驗(yàn)出廠流量計(jì)計(jì)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，為檢驗(yàn)閥門的閉合度，還需等待一段時(shí)間(至少 10 min)，觀察清水池液位變化情況，如出現(xiàn)升高或降低，還需重新檢查直至穩(wěn)定。在這一過程中，對(duì)于只有一根出廠管道的水廠，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(zhǔn)備工作和測(cè)量過程一樣都需要?jiǎng)佑幂^多的人力物力，雖然較后者計(jì)算工作量增加很多，但校驗(yàn)過程中動(dòng)作較少，尤其是閥門的啟閉操作;另外，如水廠工藝不變化，構(gòu)筑物無新建、改擴(kuò)建等情況，后續(xù)的校驗(yàn)中可以一直沿用該計(jì)算方案。
5 結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐證明，容積法校驗(yàn)出廠水流量計(jì)的方法可行。
在該方法中，吸水井和清水池的水量變化對(duì)*終結(jié)果影響*大，務(wù)必力求準(zhǔn)確，為盡可能減少絕對(duì)誤差，*好在竣工時(shí)，用高精度鋼尺實(shí)測(cè)其數(shù)據(jù)，留作日后測(cè)試用;液位測(cè)量是容積法的核心，其準(zhǔn)確度直接關(guān)乎*后的計(jì)量結(jié)果，建議在測(cè)量點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)，如果有液位儀，測(cè)量前需校正;測(cè)量過程中避免水量突變?cè)斐蓸?gòu)筑物內(nèi)液面波動(dòng)較大，影響測(cè)量讀數(shù);一般水量緩慢調(diào)節(jié)時(shí)，清水池內(nèi)初段、中段、末端的液位變化基本一致，其測(cè)量點(diǎn)的選取可根據(jù)實(shí)際安裝條件選取一點(diǎn)即可;某**速測(cè)量時(shí)間宜盡可能長(zhǎng)，這樣在同**速下，可搜集到較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間段數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果更準(zhǔn)確更有說服力。此外，在容積法實(shí)施過程中，對(duì)于水位有可能上升的地方，要注意觀察其水位上升不能超過堰口，造成水量統(tǒng)計(jì)失誤;需密切關(guān)注清水池水位變化情況，確保其在測(cè)量結(jié)束后不因水位過低而影響正產(chǎn)生產(chǎn)。
用容積法校驗(yàn)出廠電磁流量計(jì)，初次進(jìn)行時(shí)方案制定與計(jì)算工作量較大，測(cè)量過程需動(dòng)用較多的人力物力，但經(jīng)實(shí)踐積累一定經(jīng)驗(yàn)后，在日后的復(fù)校工作中將會(huì)較好開展，且其歷次校驗(yàn)結(jié)果具有相當(dāng)直觀可靠的對(duì)比意義。

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