輸水管道流量測量儀表的應用與經驗反饋

修耿杰

（中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300）

供水工程是包含發電廠在內的眾多工業生產項目的重要基礎設施，在供水過程中必須確保所供的生活用水、生產用水以及其他用水具有符合要求的水質、水量和水壓。輸水管道流量儀表發揮著重要作用：水廠進出口水流量計量是水廠計算供水量、產水成本以及供水系統中管道漏失等重要生產指標的依據，是供水行業必不可缺的計量環節。

1 電磁流量計在供水行業的應用

電磁流量因具有良好的線性、較寬的量程比、較強的可靠性以及較高的精確度等優點在供水行業得到了廣泛應用。

（1）電磁流量計的選型。①口徑的選擇。電磁流量計能夠對較寬的流量范圍進行連續的流量測量，在規定的流速范圍內（0．5～10m/s）內可以進行任意調整。為了促進流量儀表在適宜的流速范圍內開展工作，當工藝管道內流速偏低，流量較為穩定，同時允許有一定壓力損失的基礎上，可以選擇比工藝管道口徑小的儀表口徑，通過在儀表口徑前后兩端加固異徑管，促進儀表內部流速的提升。此外，要想確保儀表測量的精確度，所加固的異徑管中心錐角不得大于15°，并且異徑管上段至少應當有相當于工藝管徑5倍的直管段。②流速的設定。根據經濟、實用、精確性等方面的考量，在使用電磁流量計時適宜的使用流速范圍為1～5m/s；對于液體中含有固體顆粒的流體介質，其使用的流速范圍應當控制在1～3m/s；如果是對于可能會對管道造成沉積物的流體介質，使用的范圍最好是在2～5m/s。

（2）電磁流量計的特點。由于電磁流量計的測量結果與水的壓力、溫度、電導率等物理參數并沒有太大的關系，因此具有較強的可靠性和較高的精確度。測量管內沒有阻礙流件，所以流量儀表沒有額外的壓力損失。在測量過程中，只有管道和電極與被測液體進行接觸，所以只需要選擇合適的電極材料，就可以起到抗腐蝕的效果。此外，電磁流量計還具有較長的使用壽命，維護要求不高等特點。電磁流量計能夠測定正向水的流量。而且與其他流量計相比，其輸出信號的方式較為靈活多樣。

（3）電磁流量計的使用和安裝。在口徑的選擇中我們提到異徑管上段至少應當有相當于工藝管徑5倍的直管段，而它的下段則至少需要3倍長度的直管段。流量計的前置管道長度至少在10倍管徑以上。在對電磁流量計進行安裝的過程中，傳感器接地環必須緊緊接地，接地電阻不得大于10Ω。同時，在使用電磁流量計測量的環境中要特別注意外部電磁的干擾，尤其是避免工頻電磁場干擾。此外，在電磁流量計上5～10倍管徑的直管內安裝整流器是穩定水流流態的最佳方式。

（4）電磁流量計在線校驗的方式。電磁流量計在線校驗的方式主要有電參數法和標準表法兩種。電參數法通過一定的測量原理，檢驗管道式電磁流量計的有關參數，其中包括勵磁線圈電阻、勵磁線圈絕緣電阻、電極對地電阻等。通過檢測這些的參數變化程度，與出廠的原始數據進行比較，如果在限定范圍內，其精確度不會受到影響，可以放心使用；標準表法是利用標準表原理，在同一間隔時間內，在被校表和標準表內讓水（流體）連續通過，對比產生的輸出流量值，判定被校表的精確性。

2 超聲波流量計在供水行業中的應用

（1）超聲波流量計的原理。時差式超聲波流量計通過先進的數字信息處理技術和聲波時差探測法，測量水流流速對雙向聲波信號產生的影響，兩個傳感探頭（T1、T2）按照限定的間隔距離安裝在管道的外側，相互交替發射和接收信號波。當發出的超聲波在靜止的水流中傳播時，處于上游傳感探頭T1將會向下游的傳感探頭T2發送信號。此時，下游T2探頭也向上游T1探頭發送信號。由于水流速度對超聲波信號的作用，加劇了從上到下的信號傳遞速度，減緩了從下到上的信號傳遞速度，由此兩個信號之間就產生了時間差，就可以算出水流的流速，再通過相關的計算公式計算出對應的流量。如圖1所示。

圖1

（2）超聲波流量計在供水行業應用的優勢。①不需要額外的技術加工。超聲波流量計是一種非接觸式的結構儀器，通過管道外部環境就可以完成流量的測量工作。此外，測量部件全部安裝于管道外，不會給管道內造成任何的壓力損失，從而也不會影響水流的流動情況。②測量方式便捷。利用超聲波流量計進行測量的結果并不會受到水流的粘度以及水質的其他特點的影響，水流流量的測量在管道內部水流流動的過程中就可以完成。

（3）超聲波流量計的實際應用。根據使用場合的不同，超聲波流量計分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。①固定式超聲波流量計。如果是在某一個固定位置進行安裝，那么使用固定式超聲波流量計。對特定管道內水流流量的長期持續的計量時，需要使用220V的交流電源。同時，固定式超聲波流量計通常都具有信號輸出功能，以便遠傳顯示時使用，它的內部只能對一條管道的參數進行存儲。②便攜式超聲波流量計。與固定式超聲波流量計相比，便攜式超聲波流量計具有更強的機動性，應用于各種不同管道的水流流量的臨時計量。使用便攜式超聲波流量計時既可以使用計量現場的任何交流電源，也可以使用其內設的充電電源。因為便攜式超聲波流量計主要是對管道水流進行臨時的計量測量，因此不具有輸出功能，但是它可以存儲多條管道的參數。

（4）超聲波流量計在線校驗的方法。根據管道的實際情況選擇合適的超聲波流量計，將傳感器用適宜的方式安裝在被測管道上，記錄便攜式超聲波流量計與固定式超聲波流量計的初始流量值，經過一段時間后，再對兩種超聲波流量計的最終值，從而得出累積的流量值，然后通過公式計算出修正系數。

P修正系數=[1-(S便攜-S固定)/S便攜]×100%

根據便攜式超聲波流量計相較于固定超聲波流量計的修正參數對固定超聲波流量計進行參數修正，從而確保供水計量中各個數據的準確性。

3 渦街流量計在供水行業中的應用

（1）渦街流量計的原理。渦街流量計又稱之為卡門渦街流量計，它是通過水流的自然振蕩原理進行研制的一種分離型流量計。當水流流量以足夠大的流速通過垂直于水流方向的物體時，就會在物理的后面兩條平行的直線上產生轉向相反但是排列整齊的渦列。通過公式F=S×v/d（其中S為斯特羅哈數，v為管道內水流的平均流速，d為柱狀體迎面的寬度），再根據渦街的頻率與水流流速成正比的原理，測量出渦街的頻率從而推導出水流的流速，進而測量出水流的流量。

（2）渦街流量計的結構組成。渦街流量計一共由變送器殼、渦街發生、信號檢測、輸出放大器、脈沖整形器、輸入放大器六個部分組成。其中變送器殼體是水流管道的組成部分，通過選擇合適的渦街發聲體的形狀和尺寸，水流在變送器殼內流動過程中可以在雷諾數范圍內產生相對穩定的渦街信號。而渦街發生體讓水流在流動過程中產生渦列，信號檢測器就對渦列進行轉換，將其轉換成脈沖信號。輸出放大器就將微弱不易察覺的電信號進行放大。而脈沖整形器就將并不規則的電脈沖轉換成了幅度與寬度成一定比例的方波信號。輸出放大器又對方波信號進行放大轉換成，同時對方波脈沖信號進行輸出。

（3）渦街流量計的安裝。為了確保使用渦街流量計時的測量準確性，在對渦街流量計進行安裝時，必須在安裝的前后加固長度適宜的直管段。渦街流量計的上游側如果有縮徑阻力物的時候，要加固15D長的直管段；如果在同一片面有彎頭時，則必須加固20D的直管段；而渦街流量計的下游側應當加固大于5D的直管段。渦街流量計可以被安裝在水平、垂直等其他位置，如果對水流進行垂直測量時，必須保證水流從下往上流量，以確保管道中完全充滿水流。

（4）渦街流量計的應用。在供水系統中使用渦街流量計，為了防止雨季時儀表進水而造成儀表損失，必須提前將儀表移出儀表井，亦或是采取分離型傳感器對其進行改造。當渦街流量計的周圍有大功率的發電機時，要避免工頻干擾影響其準確性。對此，可以對傳輸電纜進行屏蔽裝置，而將信號的輸出方式改為使用4～20mA的直流信號，不再采取脈沖信號。

4 結語

輸水管線流量測量儀表的選擇上，電磁流量計、超聲波流量計、渦街流量計因為工作的原理不同，在不同的應用場合下，各有優劣。我們應當依據其特性，選用合適的儀表，并充分借鑒其安裝使用和校驗的經驗反饋，確保儀表的準確性、可靠性和經濟性。

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