关于静态法流量计检测标准装置的研究

2020-05-04杨立宏

仪器仪表用户 2020年5期

张禄，杨立宏

（辽宁省大容量计量站（国家大容量第一计量站），辽宁抚顺 113112）

石油及石油产品的出售或购买及商业性的交接中，计量的准确性是非常重要的因素。准确的计量可以避免在商业中的争端，同时，也能避免甚至减少重要资源的损耗。在油厂、自来水厂等各种介质生产过程中，或其他生活领域，也会遇到液体流量的测量问题。因此，持续保持流量计的计量准确性是必不可少的[1]。

1 静态法流量计检测标准装置方法

该系统由静态容积法和标准表法组合组成，次装置既符合静态溶剂法的规范要求也保持了标准表法的规范要求[2]，可以依据待检流量计自身的精度选择适合的标准装置进行要求的检定，也为研究检定流量计的新方法提供实验基础。

静态容积法水流量标准装置的工作原理是：将待检流量计接入到试验管路中，启动液体循环系统，当液体以稳定的速度流入待检流量计和标准工作量器时，开始计时，准确记录下流量计显示值和记录下测量时间；当液体停止流入标准量器时，流量计和计时器信号停止采集流量计信号和计时器信号。得到标准工作量器中流入液体体积、时间和流量计的输出值，则流量 Q =V/T，从而确定被检流量计的计量特性[3]，本装置容积法是由精度0.05%标准量器对被检流量计进行检定。

标准流量计法流量标准装置工作原理：将标准流量计作为计量的标准器，流体流经标准流量计的时间间隔与流经待检流量计的时间间隔相同，将两者得到的值比较，确定待检流量计的计量特性[4]。

本装置标准表法采用精度等级优于0.2%的电磁流量计作为标准表，标准流量计的量程范围能够覆盖所有被检流量计的流量点。

2 标准装置技术指标及结构

此标准装置主要用于校准或检定速度式流量计、容积式流量计、质量式流量计等，系统的主要技术指标如下：

静态容积法装置不确定度（k=2）：0.05%；标准表法装置不确定度（k=2）：0.2%。

装置的流量稳定度：0.2%。

流量范围：5m3/h～1000m3/h（标准表法）；5m3/h～1000m3/h（静态容积法）。

检表口径：DN50、80、100、150、200、250。

静态法流量计检测标准装置主要包括：储水循环稳压系统、计量管线系统、标准器部分和检定控制系统。

2.1 储水循环稳压系统

采用变频调速器控制水泵流量及容器稳压双重稳压系统。供水系统包括地下储水池、水泵、球阀、蝶阀、挠性接头、止回阀、稳压罐、消气过滤器、压力变送器等，3台水泵总流量达到1000m3/h。

2.2 计量管线系统

检定管线为6条，平铺方式，规格：DN250（200）、DN 150（100）、DN80（50），其中实验玻璃直管段为DN 150。每条管线上配有流量计短节、球阀、气动夹表器、减震压力表、检表回水系统。

2.3 标准器计量系统

由气动开式摆动喷嘴换向器、球阀、排空管等设备组成。

2.4 自动检定控制系统

本装置控制系统采用上、下位机形式，通过计算机实现自动控制。

3 标准装置设计特点

3.1 储水池

地下储水池容积为250m3，表面积为100m2，深度为2.5m，为保证检定中水池液面波动≤200mm，流速≤0.015m/s的要求，水池内设孔板（使回水能量均布）、挡水墙（气泡析出、降尘）和积污坑（清理水池）等，以减小池内液体的波动和气泡的产生，又能很好降低水池液面波动对泵的吸水口压力波动，提高装置稳定度。水池深度 2.5m，保证吸水时的过水面积，同时水池的检表位置设置回水孔。

3.2 稳压罐

稳压罐容积为15m3的碳钢罐，为保证稳压罐输出流量压力波动稳定在0.2%以内，稳压罐内设隔板及多层带孔的网格，使检定管路的液体完全满足单相恒定流的要求，装置中的稳压罐一方面为系统提供稳定的压力，消除泵源波动，同时消除泵产生大部分气泡起到消气的功能。稳压罐并联旁路可以任意选择介质通过稳压罐或短路稳压罐，便于比较两种方式的稳压效果。

3.3 工作量器

装置采用一个500m3的立式金属计量罐作为容积法的标准器，标准容积是采集液位计传感器产生的脉冲信号。

选用精度等级优于0.2级的流量计组成标准表组，其流量范围完全能够覆盖所有被测流量计流量点的检定。为了扩大标准表的覆盖范围，通过分段标定系数的方法来扩展标准表量程，且不降低使用精度，装置的标准表法是采用并连标准表的方式。作为标准表的溯源，通过装置中的工作量器来保证精度，所选最大口径的标准表为DN200，所以装置的容积法可以涵盖所有标准表的溯源工作。标准表作为“容积法”检定时的瞬时流量指示，同时又可作为检定装置“标准表法”的标准器。

3.4 换向器

本装置采用的是气动开式摆式喷嘴换向器，为了提高检定精度，换向器的计时器使用了12M的计时器，时间差小于10ms。

3.5 夹表器

夹表器是通过气动方式夹紧待检流量计，为了满足所有待检表的需求，夹表器的伸出长度需要达到200mm以上。

3.6 检定管线

检定管线共6条，均为平铺方式，规格为DN250、DN200、DN150、DN100、DN80、DN50，各条检定管路配备相应的调节阀，为保证装置的稳定状态，降低调节所需要的时间，调节阀的线性调节范围需要达到10%～90%，精度达到1%。

3.7 变频调速系统

本装置采用PID方式对流量和压力进行调节大小和控制起止。储水循环系统水源为了能够覆盖最大流量，通过两台泵的组合方式进行提供，其中一台水泵始终在变频状态下工作，为补充工频泵无法达到的量程。变频泵在补充工作时，为了不进入死区及非线性区，要避免工作在变频的下限区域。在流量计检定过程中，待检流量计的介质始终要保持稳定状态。检定管路的调节阀开度保持不变，待检流量计前后的压差保持稳定不变，待检表流过的流量也是稳定不变的。因此，调节管路前段的压力稳定才能保持流量稳定。

本装置主要通过稳压罐稳压和变频调压方式保持系统压力稳定，其中稳压罐稳压属于二级稳压系统，不需要自动控制，直接通过机械自动化实现。通过PID算法实现变频调压，变频调压能够直接决定调节效果，是系统性能的重要指标。