新型角式水表检定装置的设计与节能效果分析

何成跃（大庆石油管理局有限公司技术监督中心）

1 优化检定装置主体结构

通常流量计要求流体以直线或近似直线的方式通过一次表，所以液体流量标准装置的实验管段均为直管段，且为了保持较好的流体状态，一般直管段长度要远超过检定规程要求的长度，所以水平空间的占用面积较大。

角式高压注水表因其角式安装的特殊性，即进口管线垂直，出口管线水平，管线整体呈90°弯曲，在满足前10倍后5倍直管长度的前提下，还需兼顾流体以稳定状态流过仪表，所以角式高压注水表检定装置的水平空间使用面积可以远小于垂直空间。针对油田常用的DN25和DN50两种口径的角式高压注水表，设计两条不同口径实验管线，对称分布于汇管两侧，每条管线分别设置两个检表台位[1-2]，如图1所示，将进水管线、截止阀安装在实验台底部，合理有效的利用水平和垂直空间。此对称式设计预计比传统水表检定装置实验管段短1/3左右。

2 优化供水系统

供水系统由水源、水泵和稳压系统组成。

1）水源一般选择地下封闭水池形式，容积应满足角式水表最大流量的检定需求，内设集污池、隔污挡板等拦截杂质的简易设施，可有效保证流入装置的流体清洁程度，并减低水池换水频次，也有利于人工清淤检修。

图1 装置主体分布示意图

2）水泵的选择需要考虑压损，由泵出口至换向器的沿途管线压力损失和局部压力损失，在流速5 m/s左右时，水头损失约35 m，加上水源表面到换向器出水高度、泵进水口损失，确定水泵扬程在50 m左右即可。水泵采用软启动后变频运行的方式，保证检定小流量时水泵以较低转速运行，避免出现低负荷现象，节约了电资源。

3）稳压系统以容器稳压为主，变频稳压调节为辅。按照泵出口波动情况、容器稳压值和进出口直径，按最大流量30 m3/h计算，确定容器容积为1 m3，输出流体压力波动稳定性为0.2%左右，加上变频器辅助调节作用，最终流体稳定性应在0.2%以内，最终满足JJG164《液体流量标准装置检定规程》要求[3]。在各调节阀和截止阀开度一定的情况下，角式水表前后压差稳定，可以认为流过的流体也是稳定的，所以调节前端管线压力使其稳定，是保证流量稳定的关键，直接决定系统的性能指标。变频器根据管线压力进行稳压调节，使水泵使用工作在变频状态，避免了水泵工作在下限区间，不会进入死区和非线性调节区（图2）。

图2 变频辅助调节原理

3 优化主标准器组

传统角式水表检定装置采用容积法的检定方式，使用一个或多个容积罐作为主标准器组，按照JJG162《冷水水表检定规程》检定大、中、小3个流量点一般需要花费20 min左右，约占全部检定过程时间的2/3，主要是等待流体进罐并达到缩颈缩颈指定刻度附近后读数。选择适当量程的工业电子秤作为主标准器，将大大减少流体进容器的时间，从而起到降低时间成本的目的[4]。

兼顾角式水表流量上下限，选择一台量程300 kg、分度值1/3000的电子秤，设定检定时长30～60 s，根据检定员操作习惯不同，预计至少可以节约10～15 min。有条件再配置一台量程60 kg、同分度值的电子秤，用于检定中、小流量点，预计还可节约 3～5 min。

4 节能效果

新型角式水表检定装置的节能是相对传统检定装置而言的。

1）装置使用变频稳压技术实现恒压供水。根据用水情况，调节阀门开度，改变前端管线压力后等待压力平稳，既可实现控制水泵输出功率、提高电能使用效率的目的，又能减少检定员为了配合压力变化，不断调整阀门开度稳定流量的频繁操作，降低了劳动强度[5]。

2）水泵使用软启动方式，低速启动电机后按照设定时间加速到制定转速，有效避免电机启动电流过大对电网电压造成的波动影响和电机突然加速引起的管线震动，相对延长了水泵电机等关联设备的使用寿命，降低了故障发生频次。

3）相对于传统角式水表检定装置单位时间只能检定一台，本装置兼顾工作效率和压力损失，保证压损的前提下将单位时间检定数量提升为两台，工作效率翻倍。

为直观体现节能效果，举例对比本装置与传统检定装置的能耗等成本：假设供水水泵功率15 kW，大庆地区一般工商业电价0.8元/kWh，人工费3 000/月，全年工作量1 000台。根据工作经验可知传统检定装置单次检定一台角式水表约30 min，其中等待流体进罐时间约20 min，全检定过程电费约6元，检定员每天工作8 h可检定16台，完成全年工作量需要约63个工作日，电费6 000元，人工费6 300元，合计12 300元；本装置预计单次检定两台角式水表约15 min，其中等待流体进容器时间约5 min，全检定过程电费约3元，检定员每天工作8 h可检定64台，完成全年工作量需要约16个工作日，电费1 500元，人工费1 600元，合计3 100元。

5 结语

新型角式水表检定装置是在传统水表检定装置上改进的，通过优化主体结构、主标准器和供水系统，使其更容易设置在有限空间内，单位时间工作效率和水电资源利用率有较大幅度提高，相对的人力成本和劳动程度有所下降。由以上数据可以得出如下结论：新型角式水表检定装置在完成相同工作量的情况下，比较传统检定装置，理论上可以提高工作效率4倍，能源消耗和人工成本约是传统装置的1/4。