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關於智能液體（tǐ）流量計（jì）故障及計量（liàng）偏差過大分（fèn）析研究
點擊次數：2159 發布時（shí）間：2021-09-13 06:46:14
摘要：文中主要針對（duì）在生產實踐中智能液體流量計由於出現故障或臨近（jìn）使用壽命出現流量計不（bú）能正常（cháng）工作以及（jí）計量偏差過大需要更換流量計的問題進行分析研究，探討利（lì）用原有流量計管段在線不斷流帶壓（yā）安裝流量計的（de）方案。實踐發現，應用多聲道超聲流量計可（kě）實現在線（xiàn）帶壓開孔安裝，不僅對生產企業降低生（shēng）產成本、提高生產效率（lǜ）具有重要意義，也避免了由於（yú）停水造成的連帶經濟損失和社會影響。
1 項目背景
由於管段式智（zhì）能液體流（liú）量計具有測量精度高、穩定、可靠、不產生壓力損失、可滿足 DN3000 管徑的應用需求等（děng）特點，目前市政工程中大量（liàng）使用了管段式智能液體流量計。生產實踐中，當智能液體流（liú）量計出現故障或臨近使用壽命時，易出現流量計不能正常工作以及測量偏差過大需要更換流量計的問題，而這些智（zhì）能液體流量（liàng）計（jì）大多使用在市政（zhèng）管網的重要計量點，如（rú）:城市水源引水管線的流量計量、自來水（shuǐ）廠的進（jìn）出廠流量計量、汙水廠（chǎng）進出（chū）廠流（liú）量計量等。一旦流量計出現問題，就會導致停水施工，停水施（shī）工不但成本高、周期長，還會有（yǒu）連帶的經濟損失和社會影響。
2 問題分析
研究發（fā）現，通過應用具（jù）有不斷流安裝特點的流量計，可以（yǐ）有效應對上述問題，該流量計的選用應優先考（kǎo）慮（lǜ）以下幾方（fāng）麵。
(1)準確度等級（jí）。流量計不僅用於安裝位置所在地點的流量計量（liàng），還要通過流量計監測管網漏（lòu）損和係統的平衡，所以（yǐ）新選用的（de）流量計準確（què）度等級不能低於（yú）原有流量計，否（fǒu）則不但影響該計量點的測量還會影響係（xì）統（tǒng）的誤差和平衡。
(2)流速範圍（wéi）。通常供水管（guǎn）網中的流量變化（huà）比較（jiào）大，一方麵隨著（zhe）生活水平的提（tí）高（gāo），人均用（yòng）水量在不斷增加，另一方（fāng）麵集中用水（shuǐ）現象日趨嚴重，夏季傍晚高峰時的用水（shuǐ）量是（shì）夜間低穀的數（shù）倍甚（shèn）至數十倍以上。因（yīn）此（cǐ），要求流量計量程比要大，通常在 40∶1以（yǐ）上，*好（hǎo）應達到 100∶1以上，且保證量程範圍內的測量準確度和重複性。
(3)直管（guǎn）段要求。通常流量計（jì）要求較長的（de）前後（hòu）直管段，特別是速度式流量（liàng）計要求在流態充分發展(對稱、態分布)的狀態下方可準確計量。管段式智能液體流量計直管（guǎn）段至（zhì）少要求為前 5D 後 2D(D= 流量計直徑)，而大部分（fèn）速度式（shì）流（liú）量計要求直管段更長。要選擇的流量計直管段要（yào）求（qiú）要與原有智能液體流量計相當，保證測（cè）量穩定（dìng）性。
(4)在線不（bú）斷流帶壓安（ān）裝、維護。通常在安裝、維護或（huò）檢定傳統形（xíng）式的流量計時要進行斷流施工（gōng），為了避免斷流帶來的麻煩，通常采用安裝旁路備份流量計，但需要增加設備和土建的投資，而且現場要有足夠的空間。所以，選用的流量計應具備在無旁路、不斷流的情況下能夠安裝維護，且能夠在線標（biāo）定。
(5)不產生壓損，滿足節能（néng）降耗的要求部分流量計在測量過程中易產生不同程度的壓（yā）力損失，出（chū）現投（tóu）資多、計量成本高、管網效率低的問題，所以（yǐ）選擇流量計要在測量過程中不產生壓損，滿足節能降耗的要求。
3 應對措施（shī）
結合技術可行性和經濟性分析，多聲道超聲流量計（jì）能（néng）滿足上述要求。
3．1 原理（lǐ）分（fèn）析
選用多聲道（dào）超（chāo）聲流量計主要（yào）取決於該流（liú）量計具有以下特（tè）點。
(1)測量精度更高
相對其他（tā）速度式流量計，雙（shuāng）聲道超聲流量計對上遊障礙物如彎管、泵或閥的敏感度較低，測量結果的可靠性高，即使由於（yú）某些原因導致一個通道停止工（gōng）作，流量儀表仍可繼續測量。典型的入口直管段的要求是上遊至（zhì）少 5D，下遊至少（shǎo） 2D，在滿足上（shàng）述安裝要求的前提下，多通道超聲流量計的測量（liàng）精度可達（dá）±0. 5%。對（duì）比此精度下智能（néng）液體流（liú）量計的重複性要求是該精度（dù）的 1/3，超聲波流量計在此精度下的重複性是該精度的 1/5，顯然超聲波流量計能達到的要求高（gāo）於電磁流量。
(2)對直管段要求（qiú）更低
多通（tōng）道（dào）超聲流量計由於采用對流速分布和麵積分（fèn）布的二重（chóng）積分計算流量，所以在層流和紊（wěn）流的情況下都能準確（què）測量出流量，可（kě）做到計量交接的精度，同時可實現流量測量範圍和測量口徑大，對直管段要求小(前 10D 後（hòu） 3D)，目前市場上的產品可（kě）以做到*大的（de）適用管道口徑是 DN5000，而且口徑（jìng）越大越容易（yì）實現高精（jīng）度，多聲道超聲流量計的口徑在理論上可以做成任意大。
(3)測量靈敏（mǐn）度更高
多聲道超聲流量計的另一特點是由於時間測量精度非常（cháng）高，可達到皮秒（miǎo）級，所以可實現高測量靈敏度（dù），從（cóng）而保證低流速下的準確測量(0. 05 m/s 時可達到（dào） 0. 5%)。量程（chéng）比（bǐ）相對也較高，*高可達 400∶1。
(4)可實現不斷流帶壓（yā）施工（gōng）和在線維護
插（chā）入（rù）式超聲流量計與外卡式流量計不同，其傳感（gǎn）器直（zhí）接與（yǔ）水(介質)接觸。與其他流量計一樣有用法蘭連接形式的工（gōng）廠化的管段式產品（pǐn），而且還可以在使用的管道上進行現場安裝。大部分插入（rù）式超聲波流量計可以通過帶壓安裝工具實現不斷流（liú）帶壓安裝，這種（zhǒng）技術不僅可以在（zài）舊管網改造工程中應用，還可以在新建（jiàn）工程中應用，免去伸縮節和（hé）連接（jiē）法蘭（lán），如在管網通水後再進行安（ān）裝，則可節省投資和工期。使用多年後，由於水質問題發生（shēng）的管壁結垢和傳感器前端結垢，這樣有可能導致傳感器信號發送和接收受到影（yǐng）響，此時（shí）傳感器可以在線通過帶壓安（ān）裝（zhuāng）工具在不斷流情況下將（jiāng）傳（chuán）感器退（tuì）出清洗（xǐ），繼續保證（zhèng）流量計測量精度和穩定性。
(5)其（qí）他特（tè）點
超聲流（liú）量（liàng）計（jì）還具備其他一係列的特點，如對流體沒有任何阻礙，也沒（méi）有壓力損失和（hé）流量損失，耗電（diàn）小;使用壽命長，可以用不斷流安裝方式更換（huàn）換能器;維護運營費用低（dī）;可以（yǐ）市（shì）電供電，也（yě）可以（yǐ）電池供電，通過電（diàn）池供電時可以很好地解決電源引入的雷（léi）擊問題;全套材料不鏽（xiù）鋼，經久（jiǔ）耐用，造型美觀。
3．2 應用案例
某供水集團* N 水廠某原安（ān）裝管段式智能液體流量計進行計量的 DN1600 管道，由於鄰近使用壽命（mìng）(已使用近 15 年)，出現流量計測量偏差和波動過大（dà）的現象（xiàng），需要更換流量計。更換過程中，將（jiāng） DN1600 智能液體流量計外殼在現場用氣焊切割掉，拆下勵磁線圈（quān）後在原（yuán）有（yǒu）流量計本體的管段上現場開孔安裝（zhuāng）雙聲（shēng）道超聲流量計。整個安裝過（guò）程（chéng）采（cǎi）用現（xiàn）場不斷流（liú）在線帶壓安裝，安裝之後測得（dé）的流量穩定性（xìng）、線性度都能達到使用要求。經實踐總結，更（gèng）換實施過程中要（yào）注（zhù）意的幾（jǐ）個問題。
(1)要確認在用智能（néng）液體流量計的管壁厚度及內（nèi）襯材料特性，保證換能器在管段內壁的突出長度;(2)用氣焊切割智能液體流量計外殼時，一定要在管道內充滿水的情況下(*好是（shì）帶（dài）壓並繼（jì）續（xù）保持管內水在運行流動的狀態)進行，以免內襯受熱（rè）凸起（qǐ）變（biàn）形（xíng）影響流態;(3)要有足夠安裝空間(流量井)，可以用原有的流量井，但管壁與流量井牆壁*小距離不小於 500 mm，流量井長不小於 1. 5 倍管（guǎn）徑。超聲波流（liú）量計空管安裝（zhuāng）和帶壓安裝要求空間如圖 1 所（suǒ）示。
為進一步確認現場開孔安裝多聲道超聲流量計的性能指標，采用曆史數據、泵機（jī）的電耗數（shù）據、流量計前端的（de）清（qīng）水（shuǐ）池的庫（kù）容等多個（gè）校核（hé）手段，對本次現場開孔安裝的雙聲道超（chāo）聲波流（liú）量計進行了測量數據的核定。核定的結果是線（xiàn）性誤差在 0. 48%以內，重複性在 0. 288%以內。
4 結（jié）論
(1)通過（guò）以上分析研究（jiū）及核（hé）定數據可以看出，對智能液體流量計由於出現（xiàn）故障或臨（lín）近使用壽命出現流量計不能正常工作（zuò）以及測量（liàng）偏差過大需（xū）要更換流量計的問題，采用在線不（bú）斷流帶壓現場開孔安裝多聲道超聲流量計實現（xiàn）流量計更（gèng）替的方法是可行的，能夠（gòu）滿足生產實（shí）踐（jiàn）的計量要求。
(2)對多聲道超聲流量計特點的了解和供水管（guǎn）網對流（liú）量計的要（yào）求來看，多（duō）聲道超聲（shēng）流量計比較適合用於（yú）供水管網改造及不斷流安裝的現場，特（tè）別是管道的計量。多聲道超聲流（liú）量計的廣泛應用可為供水企業降（jiàng）低產銷差率、控（kòng）製漏失率提供有效的監控手段，可在類似工（gōng）況中推廣使用（yòng）。
1 項目背景
由於管段式智（zhì）能液體流（liú）量計具有測量精度高、穩定、可靠、不產生壓力損失、可滿足 DN3000 管徑的應用需求等（děng）特點，目前市政工程中大量（liàng）使用了管段式智能液體流量計。生產實踐中，當智能液體流（liú）量計出現故障或臨近使用壽命時，易出現流量計不能正常工作以及測量偏差過大需要更換流量計的問題，而這些智（zhì）能液體流量（liàng）計（jì）大多使用在市政（zhèng）管網的重要計量點，如（rú）:城市水源引水管線的流量計量、自來水（shuǐ）廠的進（jìn）出廠流量計量、汙水廠（chǎng）進出（chū）廠流（liú）量計量等。一旦流量計出現問題，就會導致停水施工，停水施（shī）工不但成本高、周期長，還會有（yǒu）連帶的經濟損失和社會影響。
2 問題分析
研究發（fā）現，通過應用具（jù）有不斷流安裝特點的流量計，可以（yǐ）有效應對上述問題，該流量計的選用應優先考（kǎo）慮（lǜ）以下幾方（fāng）麵。
(1)準確度等級（jí）。流量計不僅用於安裝位置所在地點的流量計量（liàng），還要通過流量計監測管網漏（lòu）損和係統的平衡，所以（yǐ）新選用的（de）流量計準確（què）度等級不能低於（yú）原有流量計，否（fǒu）則不但影響該計量點的測量還會影響係（xì）統（tǒng）的誤差和平衡。
(2)流速範圍（wéi）。通常供水管（guǎn）網中的流量變化（huà）比較（jiào）大，一方麵隨著（zhe）生活水平的提（tí）高（gāo），人均用（yòng）水量在不斷增加，另一方（fāng）麵集中用水（shuǐ）現象日趨嚴重，夏季傍晚高峰時的用水（shuǐ）量是（shì）夜間低穀的數（shù）倍甚（shèn）至數十倍以上。因（yīn）此（cǐ），要求流量計量程比要大，通常在 40∶1以（yǐ）上，*好（hǎo）應達到 100∶1以上，且保證量程範圍內的測量準確度和重複性。
(3)直管（guǎn）段要求。通常流量計（jì）要求較長的（de）前後（hòu）直管段，特別是速度式流量（liàng）計要求在流態充分發展(對稱、態分布)的狀態下方可準確計量。管段式智能液體流量計直管（guǎn）段至（zhì）少要求為前 5D 後 2D(D= 流量計直徑)，而大部分（fèn）速度式（shì）流（liú）量計要求直管段更長。要選擇的流量計直管段要（yào）求（qiú）要與原有智能液體流量計相當，保證測（cè）量穩定（dìng）性。
(4)在線不（bú）斷流帶壓安（ān）裝、維護。通常在安裝、維護或（huò）檢定傳統形（xíng）式的流量計時要進行斷流施工（gōng），為了避免斷流帶來的麻煩，通常采用安裝旁路備份流量計，但需要增加設備和土建的投資，而且現場要有足夠的空間。所以，選用的流量計應具備在無旁路、不斷流的情況下能夠安裝維護，且能夠在線標（biāo）定。
(5)不產生壓損，滿足節能（néng）降耗的要求部分流量計在測量過程中易產生不同程度的壓（yā）力損失，出（chū）現投（tóu）資多、計量成本高、管網效率低的問題，所以（yǐ）選擇流量計要在測量過程中不產生壓損，滿足節能降耗的要求。
3 應對措施（shī）
結合技術可行性和經濟性分析，多聲道超聲流量計（jì）能（néng）滿足上述要求。
3．1 原理（lǐ）分（fèn）析
選用多聲道（dào）超（chāo）聲流量計主要（yào）取決於該流（liú）量計具有以下特（tè）點。
(1)測量精度更高
相對其他（tā）速度式流量計，雙（shuāng）聲道超聲流量計對上遊障礙物如彎管、泵或閥的敏感度較低，測量結果的可靠性高，即使由於（yú）某些原因導致一個通道停止工（gōng）作，流量儀表仍可繼續測量。典型的入口直管段的要求是上遊至（zhì）少 5D，下遊至少（shǎo） 2D，在滿足上（shàng）述安裝要求的前提下，多通道超聲流量計的測量（liàng）精度可達（dá）±0. 5%。對（duì）比此精度下智能（néng）液體流（liú）量計的重複性要求是該精度（dù）的 1/3，超聲波流量計在此精度下的重複性是該精度的 1/5，顯然超聲波流量計能達到的要求高（gāo）於電磁流量。
(2)對直管段要求（qiú）更低
多通（tōng）道（dào）超聲流量計由於采用對流速分布和麵積分（fèn）布的二重（chóng）積分計算流量，所以在層流和紊（wěn）流的情況下都能準確（què）測量出流量，可（kě）做到計量交接的精度，同時可實現流量測量範圍和測量口徑大，對直管段要求小(前 10D 後（hòu） 3D)，目前市場上的產品可（kě）以做到*大的（de）適用管道口徑是 DN5000，而且口徑（jìng）越大越容易（yì）實現高精（jīng）度，多聲道超聲流量計的口徑在理論上可以做成任意大。
(3)測量靈敏（mǐn）度更高
多聲道超聲流量計的另一特點是由於時間測量精度非常（cháng）高，可達到皮秒（miǎo）級，所以可實現高測量靈敏度（dù），從（cóng）而保證低流速下的準確測量(0. 05 m/s 時可達到（dào） 0. 5%)。量程（chéng）比（bǐ）相對也較高，*高可達 400∶1。
(4)可實現不斷流帶壓（yā）施工（gōng）和在線維護
插（chā）入（rù）式超聲流量計與外卡式流量計不同，其傳感（gǎn）器直（zhí）接與（yǔ）水(介質)接觸。與其他流量計一樣有用法蘭連接形式的工（gōng）廠化的管段式產品（pǐn），而且還可以在使用的管道上進行現場安裝。大部分插入（rù）式超聲波流量計可以通過帶壓安裝工具實現不斷流（liú）帶壓安裝，這種（zhǒng）技術不僅可以在（zài）舊管網改造工程中應用，還可以在新建（jiàn）工程中應用，免去伸縮節和（hé）連接（jiē）法蘭（lán），如在管網通水後再進行安（ān）裝，則可節省投資和工期。使用多年後，由於水質問題發生（shēng）的管壁結垢和傳感器前端結垢，這樣有可能導致傳感器信號發送和接收受到影（yǐng）響，此時（shí）傳感器可以在線通過帶壓安（ān）裝（zhuāng）工具在不斷流情況下將（jiāng）傳（chuán）感器退（tuì）出清洗（xǐ），繼續保證（zhèng）流量計測量精度和穩定性。
(5)其（qí）他特（tè）點
超聲流（liú）量（liàng）計（jì）還具備其他一係列的特點，如對流體沒有任何阻礙，也沒（méi）有壓力損失和（hé）流量損失，耗電（diàn）小;使用壽命長，可以用不斷流安裝方式更換（huàn）換能器;維護運營費用低（dī）;可以（yǐ）市（shì）電供電，也（yě）可以（yǐ）電池供電，通過電（diàn）池供電時可以很好地解決電源引入的雷（léi）擊問題;全套材料不鏽（xiù）鋼，經久（jiǔ）耐用，造型美觀。
3．2 應用案例
某供水集團* N 水廠某原安（ān）裝管段式智能液體流量計進行計量的 DN1600 管道，由於鄰近使用壽命（mìng）(已使用近 15 年)，出現流量計測量偏差和波動過大（dà）的現象（xiàng），需要更換流量計。更換過程中，將（jiāng） DN1600 智能液體流量計外殼在現場用氣焊切割掉，拆下勵磁線圈（quān）後在原（yuán）有（yǒu）流量計本體的管段上現場開孔安裝（zhuāng）雙聲（shēng）道超聲流量計。整個安裝過（guò）程（chéng）采（cǎi）用現（xiàn）場不斷流（liú）在線帶壓安裝，安裝之後測得（dé）的流量穩定性（xìng）、線性度都能達到使用要求。經實踐總結，更（gèng）換實施過程中要（yào）注（zhù）意的幾（jǐ）個問題。
(1)要確認在用智能（néng）液體流量計的管壁厚度及內（nèi）襯材料特性，保證換能器在管段內壁的突出長度;(2)用氣焊切割智能液體流量計外殼時，一定要在管道內充滿水的情況下(*好是（shì）帶（dài）壓並繼（jì）續（xù）保持管內水在運行流動的狀態)進行，以免內襯受熱（rè）凸起（qǐ）變（biàn）形（xíng）影響流態;(3)要有足夠安裝空間(流量井)，可以用原有的流量井，但管壁與流量井牆壁*小距離不小於 500 mm，流量井長不小於 1. 5 倍管（guǎn）徑。超聲波流（liú）量計空管安裝（zhuāng）和帶壓安裝要求空間如圖 1 所（suǒ）示。
為進一步確認現場開孔安裝多聲道超聲流量計的性能指標，采用曆史數據、泵機（jī）的電耗數（shù）據、流量計前端的（de）清（qīng）水（shuǐ）池的庫（kù）容等多個（gè）校核（hé）手段，對本次現場開孔安裝的雙聲道超（chāo）聲波流（liú）量計進行了測量數據的核定。核定的結果是線（xiàn）性誤差在 0. 48%以內，重複性在 0. 288%以內。
4 結（jié）論
(1)通過（guò）以上分析研究（jiū）及核（hé）定數據可以看出，對智能液體流量計由於出現（xiàn）故障或臨（lín）近使用壽命出現流量計不能正常工作（zuò）以及測量（liàng）偏差過大需（xū）要更換流量計的問題，采用在線不（bú）斷流帶壓現場開孔安裝多聲道超聲流量計實現（xiàn）流量計更（gèng）替的方法是可行的，能夠（gòu）滿足生產實（shí）踐（jiàn）的計量要求。
(2)對多聲道超聲流量計特點的了解和供水管（guǎn）網對流（liú）量計的要（yào）求來看，多（duō）聲道超聲（shēng）流量計比較適合用於（yú）供水管網改造及不斷流安裝的現場，特（tè）別是管道的計量。多聲道超聲流（liú）量計的廣泛應用可為供水企業降（jiàng）低產銷差率、控（kòng）製漏失率提供有效的監控手段，可在類似工（gōng）況中推廣使用（yòng）。