新型角式水表檢定裝置的設計與節能效果分析

何成躍（大慶石油管理局有限公司技術監督中心）

1 優化檢定裝置主體結構

通常流量計要求流體以直線或近似直線的方式通過一次表，所以液體流量標準裝置的實驗管段均為直管段，且為了保持較好的流體狀態，一般直管段長度要遠超過檢定規程要求的長度，所以水平空間的占用面積較大。

角式高壓注水表因其角式安裝的特殊性，即進口管線垂直，出口管線水平，管線整體呈90°彎曲，在滿足前10倍后5倍直管長度的前提下，還需兼顧流體以穩定狀態流過儀表，所以角式高壓注水表檢定裝置的水平空間使用面積可以遠小于垂直空間。針對油田常用的DN25和DN50兩種口徑的角式高壓注水表，設計兩條不同口徑實驗管線，對稱分布于匯管兩側，每條管線分別設置兩個檢表臺位[1-2]，如圖1所示，將進水管線、截止閥安裝在實驗臺底部，合理有效的利用水平和垂直空間。此對稱式設計預計比傳統水表檢定裝置實驗管段短1/3左右。

2 優化供水系統

供水系統由水源、水泵和穩壓系統組成。

1）水源一般選擇地下封閉水池形式，容積應滿足角式水表最大流量的檢定需求，內設集污池、隔污擋板等攔截雜質的簡易設施，可有效保證流入裝置的流體清潔程度，并減低水池換水頻次，也有利于人工清淤檢修。

圖1 裝置主體分布示意圖

2）水泵的選擇需要考慮壓損，由泵出口至換向器的沿途管線壓力損失和局部壓力損失，在流速5 m/s左右時，水頭損失約35 m，加上水源表面到換向器出水高度、泵進水口損失，確定水泵揚程在50 m左右即可。水泵采用軟啟動后變頻運行的方式，保證檢定小流量時水泵以較低轉速運行，避免出現低負荷現象，節約了電資源。

3）穩壓系統以容器穩壓為主，變頻穩壓調節為輔。按照泵出口波動情況、容器穩壓值和進出口直徑，按最大流量30 m3/h計算，確定容器容積為1 m3，輸出流體壓力波動穩定性為0.2%左右，加上變頻器輔助調節作用，最終流體穩定性應在0.2%以內，最終滿足JJG164《液體流量標準裝置檢定規程》要求[3]。在各調節閥和截止閥開度一定的情況下，角式水表前后壓差穩定，可以認為流過的流體也是穩定的，所以調節前端管線壓力使其穩定，是保證流量穩定的關鍵，直接決定系統的性能指標。變頻器根據管線壓力進行穩壓調節，使水泵使用工作在變頻狀態，避免了水泵工作在下限區間，不會進入死區和非線性調節區（圖2）。

圖2 變頻輔助調節原理

3 優化主標準器組

傳統角式水表檢定裝置采用容積法的檢定方式，使用一個或多個容積罐作為主標準器組，按照JJG162《冷水水表檢定規程》檢定大、中、小3個流量點一般需要花費20 min左右，約占全部檢定過程時間的2/3，主要是等待流體進罐并達到縮頸縮頸指定刻度附近后讀數。選擇適當量程的工業電子秤作為主標準器，將大大減少流體進容器的時間，從而起到降低時間成本的目的[4]。

兼顧角式水表流量上下限，選擇一臺量程300 kg、分度值1/3000的電子秤，設定檢定時長30～60 s，根據檢定員操作習慣不同，預計至少可以節約10～15 min。有條件再配置一臺量程60 kg、同分度值的電子秤，用于檢定中、小流量點，預計還可節約 3～5 min。

4 節能效果

新型角式水表檢定裝置的節能是相對傳統檢定裝置而言的。

1）裝置使用變頻穩壓技術實現恒壓供水。根據用水情況，調節閥門開度，改變前端管線壓力后等待壓力平穩，既可實現控制水泵輸出功率、提高電能使用效率的目的，又能減少檢定員為了配合壓力變化，不斷調整閥門開度穩定流量的頻繁操作，降低了勞動強度[5]。

2）水泵使用軟啟動方式，低速啟動電機后按照設定時間加速到制定轉速，有效避免電機啟動電流過大對電網電壓造成的波動影響和電機突然加速引起的管線震動，相對延長了水泵電機等關聯設備的使用壽命，降低了故障發生頻次。

3）相對于傳統角式水表檢定裝置單位時間只能檢定一臺，本裝置兼顧工作效率和壓力損失，保證壓損的前提下將單位時間檢定數量提升為兩臺，工作效率翻倍。

為直觀體現節能效果，舉例對比本裝置與傳統檢定裝置的能耗等成本：假設供水水泵功率15 kW，大慶地區一般工商業電價0.8元/kWh，人工費3 000/月，全年工作量1 000臺。根據工作經驗可知傳統檢定裝置單次檢定一臺角式水表約30 min，其中等待流體進罐時間約20 min，全檢定過程電費約6元，檢定員每天工作8 h可檢定16臺，完成全年工作量需要約63個工作日，電費6 000元，人工費6 300元，合計12 300元；本裝置預計單次檢定兩臺角式水表約15 min，其中等待流體進容器時間約5 min，全檢定過程電費約3元，檢定員每天工作8 h可檢定64臺，完成全年工作量需要約16個工作日，電費1 500元，人工費1 600元，合計3 100元。

5 結語

新型角式水表檢定裝置是在傳統水表檢定裝置上改進的，通過優化主體結構、主標準器和供水系統，使其更容易設置在有限空間內，單位時間工作效率和水電資源利用率有較大幅度提高，相對的人力成本和勞動程度有所下降。由以上數據可以得出如下結論：新型角式水表檢定裝置在完成相同工作量的情況下，比較傳統檢定裝置，理論上可以提高工作效率4倍，能源消耗和人工成本約是傳統裝置的1/4。