插入式渦街流量計比對方法探討
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插入式渦街流量計因其價格低、重量輕、壓損小、易于安裝與維修等特點，在大口徑流量的測量中具有突出的優(yōu)勢，目前我公司的大口徑水流量的測量上普遍采用插入式渦街流量計。隨著近年來公司各項節(jié)能降耗措施的實行，各使用單位對水量計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求也越來越高，公司內(nèi)部關(guān)于大流量水量計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性一直存在較大爭議，因此必須盡快找到一種簡單有效的方法對插入式渦街流量計的測量數(shù)據(jù)予以比對，以正確評估儀表計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
1 插入式渦街流量計簡介
插入式渦街流量計屬于點流速計型插入式流量計，它由測量頭、插入桿、插入結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器和儀表殼體（測量管道）組成。
當(dāng)測量頭插于管道中某一特定位置（一般為管道軸線上或管道平均流速處），測量出介質(zhì)在該處局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)流速分布及儀表與管道的幾何參數(shù)等推算出管道內(nèi)的流量值。
插入式渦街流量計的測量頭為脈沖一頻率型。其流量計算公式為：
qv=f/K (1)
式中：qv為體積流量，m3/s；f為流量計的頻率，Hz；K為流量計的儀表系數(shù)，1/m3。
2 插入式渦街流量計的標(biāo)定
點流速計型插入式流量計的標(biāo)定方法有兩種：流量計法和流速計法。
流量計法是對整臺流量計進行標(biāo)定，其標(biāo)定設(shè)備和方法與滿管式流量計相同，但由于點流速計型插入式流量計常用于大口徑流量的測量，因此其相應(yīng)的標(biāo)定設(shè)備和標(biāo)定費用昂貴，無法被普遍采用，只有在某些特定場合（如技術(shù)監(jiān)督部門對流量計測量結(jié)果的仲裁、流量計的定型試驗等）使用。
流速計法是把流量計的測量頭當(dāng)作是一臺流量計來標(biāo)定。首先測得測量頭的儀表系數(shù)K0，然后根據(jù)使用現(xiàn)場的流體及管道條件確定修正系數(shù)，再根據(jù)管道橫截面面積推算出整臺流量計的儀表系數(shù)K。對于流速計法所用的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定裝置，介質(zhì)為液體則采用直線明槽，氣體采用低速風(fēng)洞。
一般流量計生產(chǎn)廠家并不具備上述兩種標(biāo)準(zhǔn)裝置，實際較多采用變通方法即用圓管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對測量頭進行標(biāo)定以確定測量頭的儀表系數(shù)K0，但必須同時確定該裝置試驗階段的某些修正系數(shù)。
點流速計型插入式流量計的儀表系數(shù)K通常是由標(biāo)定出的測量頭的儀表系數(shù)K0經(jīng)修正計算得到。儀表系數(shù)K的計算修正公式為：
K = K0/(αβA) (2)
式中：K0為測量頭的儀表系數(shù)，1/m3；α為速度分布系數(shù)；β為阻塞系數(shù)；A為測量管道的橫截面面積，m2。
3 插入式渦街流量計測量數(shù)據(jù)的比對方法
長期以來，我公司使用的插入式渦街流量計自投用之時起，就一直使用儀表的出廠數(shù)據(jù)，經(jīng)過儀表的幾個使用周期，由于工藝與現(xiàn)場環(huán)境的變化、介質(zhì)對測量頭的腐蝕與磨損、儀表電子轉(zhuǎn)換器性能劣化等原因都有可能影響儀表的測量精度。由于公司不具備檢定插入式渦街流量計的標(biāo)準(zhǔn)裝置，在儀表測量數(shù)據(jù)誤差較大時，常使用如下一些方法對測量進行簡單的比對。
3.1 用水泵流量比對
以前，當(dāng)使用單位的操作人員對插入式渦街流量計的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生懷疑時，往往以水泵銘牌上“規(guī)定性能點”的額定流量或以泵典型壓力－流量特性曲線對應(yīng)的流量讀數(shù)來進行比對，如果兩項流量值不一致則認(rèn)為儀表不準(zhǔn)確，立即通知儀表維護人員進行檢查，可是經(jīng)儀表維護人員檢查后又未發(fā)現(xiàn)儀表出現(xiàn)異常，因此雙方各持己見并產(chǎn)生爭議。
其實以水泵流量比對儀表流量值常會造成誤解，因為泵的輸送流量是由泵的特性曲線和管系負載特性曲線交匯點所確定的，它隨著運行負載特性而變化，水泵銘牌上標(biāo)明的額定流量是指在某一規(guī)定條件下的流量，而大部分情況下實際流量與額定流量，而大部分情況下實際流量與額定流量是不會一致的。此外，水泵的額定流量也規(guī)定允許有4％~8％的容差，同一規(guī)格的各臺水泵的壓頭－流量特性曲線與典型曲線也會有相應(yīng)的差異，輸送流量也不盡相同，即使是水泵的實測壓頭－流量特性，流量值與真實值之間也可能有2％～3.5％的誤差，所以不能用水泵的流量值作為判別流量儀表準(zhǔn)確是否的依據(jù)。但是日常運行時可以進行互相參照，若出現(xiàn)差值有異常變化時，可作為故障現(xiàn)象，以便進一步檢查水泵、儀表與管系，確定故障原因。
3.2 用便攜式超聲流量計比對
我公司近幾年來先后引進了美國保麗聲POLYSONICS DCT7088型、日本富士FUJI FLD/C型便攜式超聲流量計，用于評估管網(wǎng)的流動狀況和能量/物料平衡，或用作核查管道上已安裝的其他流量儀表的運行狀況。為了解決公司內(nèi)部大流量水量計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的爭議，我們曾嘗試用便攜式超聲流量計對水量核算，并進一步用它來與插入式渦街流量計的測量數(shù)據(jù)進行比對。然而用傳播時間法進行測量的便攜式超聲計，要通過定標(biāo)計算介入現(xiàn)場管道流通面積和傳播距離，其測量誤差不僅與夾裝位置、管道的特性如管壁材料和厚度，銹蝕狀況、襯里材料和厚度以及聲耦合變化等因素有關(guān)，還與安裝調(diào)試人員的技術(shù)水平有關(guān)，且使用較為復(fù)雜，一般人員不易掌握，在實際使用時，儀表測量結(jié)果不穩(wěn)定，測量精度無法保證，很難提供有效的數(shù)據(jù)結(jié)果。因此目前用便攜式超聲流量計與插入式渦街流量計的測量數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場比對的條件暫不成熟，還需經(jīng)過進一步的探索，以便積累經(jīng)驗。
3.3 插入式渦街流量計的標(biāo)定修正比對法
雖然通過相應(yīng)的理論分析和檢修、調(diào)試等措施能夠改善插入式渦街流量計的現(xiàn)場使用情況，可是最終要解決對流量儀表計量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的爭議，最有說服力的還是有效數(shù)據(jù)。
我公司目前擁有一套靜態(tài)容積法水流量標(biāo)定裝置，其最大工作口徑為300mm。我們嘗試把現(xiàn)場存在爭議較大的插入式渦街流量計拆下，安裝在標(biāo)定裝置300mm口徑的管線上，用流量計法對整臺流量計進行標(biāo)定，通過實流標(biāo)定得出數(shù)據(jù)，并全面分析該儀表在這一口徑條件下的線性、重復(fù)性與精度，分析儀表的使用性能是否合格，并進一步作有關(guān)調(diào)試，使儀表達到最佳使用狀態(tài)。
現(xiàn)在的問題是，在現(xiàn)場安裝管道的幾何參數(shù)與實驗條件不同的情況下，如何確定儀表在現(xiàn)場的使用數(shù)據(jù)？由儀表系數(shù)K的計算修正公式（公式2）可知：對于同一臺插入式渦街流量計，其K0值在相同時刻是唯一確定的，經(jīng)過在流量標(biāo)定裝置（300mm口徑管線）標(biāo)定并調(diào)試合格的儀表本身是沒有問題的，因安裝現(xiàn)場的管徑等條件不同而使儀表的實際使用系數(shù)為K′,K′僅與α β A參數(shù)有關(guān)，因而我們可以通過計算確定 ，從而完成比對。
3.4 插入式渦街流量計的標(biāo)定修正比對法速查法
因為通過公式計算K′相當(dāng)繁瑣，不易被大家掌握,作者結(jié)合自己長期積累的一些經(jīng)驗與體會，編制了速查比對表（注：本表編制以D=300mm的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)求比值，以便快速換算），如表1、表2所列。
3.5 插入式渦街流量計標(biāo)定修正比對法的應(yīng)用實例
我公司循環(huán)水廠中采用SX88－900L1B2型插入式渦街流量計（4～20mA模擬輸出型）進行水量計量，長期來循環(huán)水廠對該表的測量數(shù)據(jù)有很大的爭議，若用水泵的流量值作為基準(zhǔn)比對則儀表的測量誤差高達20％。雖然上文已說明不能用水泵的流量值作為判別流量儀表準(zhǔn)確與否的依據(jù)，但在日常運行中又將它們相互參照使用。經(jīng)技術(shù)人員對水泵、儀表與關(guān)系的仔細檢查，確認(rèn)兩者明顯差值為是儀表系數(shù)造成的。
拆下插入式渦街流量計，并按標(biāo)定修正比對法進行一系列操作，同時對放大器進行相應(yīng)調(diào)試等，取得有效數(shù)據(jù)：儀表出廠時根據(jù)使用現(xiàn)場工藝條件，廠房計算給出儀表最大流量Qmax＝6000m3/h，滿度頻率fmax＝41.2Hz；安裝在300mm口徑的管線上用流量計法對整臺流量計進行標(biāo)定，通過實流標(biāo)定得出儀表系數(shù)K＝202.951，再通過查表1、表2，得出實際使用管徑900mm條件下與在300mm管徑條件下的α（比儀表常用流量計算）、β 、A的比值分別為1.016，1.055，9.000，計算修正出儀表在900mm口徑條件下的儀表系數(shù)K′＝K/（1.016×1.055×9.000）＝21.038，再換算成滿度頻率fmax＝41.2Hz時的儀表實際最大流量Qmax＝7050m3/h即完成插入式渦街流量計的標(biāo)定修正比對。經(jīng)過進一步估算，修正結(jié)果與傳統(tǒng)理論計算誤差約為0.5％左右，能夠滿足現(xiàn)場的測量需要。
另外，儀表安裝道現(xiàn)場后，可根據(jù)實際情況儀表放大器的增益與靈敏度進行適當(dāng)調(diào)試，使儀表達到最佳運行狀態(tài)，這一點也十分重要。
4 結(jié)束語
經(jīng)過一段時間的試驗，證明用標(biāo)定修正比對法獲取儀表實際使用數(shù)據(jù)是有效可行的。我們應(yīng)用該方法修正了一批測量數(shù)據(jù)偏差較大的插入式渦街流量計的儀表數(shù)據(jù)，并得到各方的認(rèn)可，確保了公司大流量水量計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。當(dāng)然，由于插入式渦街流量計的測量精度受現(xiàn)場管道、儀表的安裝等情況影響較大，修正系數(shù)本身的測算也存在一定的誤差，因此有許多問題還有待進一步探討。(end)
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