針對液體流量計臨近壽命出現的問題及更換進行分析
點擊次數：2546 發布時間：2021-01-02 05:53:36
摘要：文中主要針對在生產實踐中液體流量計由于出現故障或臨近使用壽命出現流量計不能正常工作以及計量偏差過大需要更換流量計的問題進行分析研究，探討利用原有流量計管段在線不斷流帶壓安裝流量計的方案。實踐發現，應用多聲道超聲流量計可實現在線帶壓開孔安裝，不僅對生產企業降低生產成本、提高生產效率具有重要意義，也避免了由于停水造成的連帶經濟損失和社會影響。
1 項目背景
由于管段式液體流量計具有測量精度高、穩定、可靠、不產生壓力損失、可滿足 DN3000 管徑的應用需求等特點，目前市政工程中大量使用了管段式液體流量計。生產實踐中，當液體流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，而這些液體流量計大多使用在市政管網的重要計量點，如:城市水源引水管線的流量計量、自來水廠的進出廠流量計量、污水廠進出廠流量計量等。一旦流量計出現問題，就會導致停水施工，停水施工不但成本高、周期長，還會有連帶的經濟損失和社會影響。
2 問題分析
研究發現，通過應用具有不斷流安裝特點的流量計，可以有效應對上述問題，該流量計的選用應優先考慮以下幾方面。
(1)準確度等級。流量計不僅用于安裝位置所在地點的流量計量，還要通過流量計監測管網漏損和系統的平衡，所以新選用的流量計準確度等級不能低于原有流量計，否則不但影響該計量點的測量還會影響系統的誤差和平衡。
(2)流速范圍。通常供水管網中的流量變化比較大，一方面隨著生活水平的提高，人均用水量在不斷增加，另一方面集中用水現象日趨嚴重，夏季傍晚高峰時的用水量是夜間低谷的數倍甚至數十倍以上。因此，要求流量計量程比要大，通常在 40∶1以上，*好應達到 100∶1以上，且保證量程范圍內的測量準確度和重復性。
(3)直管段要求。通常流量計要求較長的前后直管段，特別是速度式流量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。管段式液體流量計直管段至少要求為前 5D 后 2D(D= 流量計直徑)，而大部分速度式流量計要求直管段更長。要選擇的流量計直管段要求要與原有液體流量計相當，保證測量穩定性。
(4)在線不斷流帶壓安裝、維護。通常在安裝、維護或檢定傳統形式的流量計時要進行斷流施工，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，且能夠在線標定。
(5)不產生壓損，滿足節能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力損失，出現投資多、計量成本高、管網效率低的問題，所以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
結合技術可行性和經濟性分析，多聲道超聲流量計能滿足上述要求。
3．1 原理分析
選用多聲道超聲流量計主要取決于該流量計具有以下特點。
(1)測量精度更高
相對其他速度式流量計，雙聲道超聲流量計對上游障礙物如彎管、泵或閥的敏感度較低，測量結果的可靠性高，即使由于某些原因導致一個通道停止工作，流量儀表仍可繼續測量。典型的入口直管段的要求是上游至少 5D，下游至少 2D，在滿足上述安裝要求的前提下，多通道超聲流量計的測量精度可達±0. 5%。對比此精度下液體流量計的重復性要求是該精度的 1/3，超聲波流量計在此精度下的重復性是該精度的 1/5，顯然超聲波流量計能達到的要求高于電磁流量。
(2)對直管段要求更低
多通道超聲流量計由于采用對流速分布和面積分布的二重積分計算流量，所以在層流和紊流的情況下都能準確測量出流量，可做到計量交接的精度，同時可實現流量測量范圍和測量口徑大，對直管段要求小(前 10D 后 3D)，目前市場上的產品可以做到*大的適用管道口徑是 DN5000，而且口徑越大越容易實現高精度，多聲道超聲流量計的口徑在理論上可以做成任意大。
(3)測量靈敏度更高
多聲道超聲流量計的另一特點是由于時間測量精度非常高，可達到皮秒級，所以可實現高測量靈敏度，從而保證低流速下的準確測量(0. 05 m/s 時可達到 0. 5%)。量程比相對也較高，*高可達 400∶1。
(4)可實現不斷流帶壓施工和在線維護
插入式超聲流量計與外卡式流量計不同，其傳感器直接與水(介質)接觸。與其他流量計一樣有用法蘭連接形式的工廠化的管段式產品，而且還可以在使用的管道上進行現場安裝。大部分插入式超聲波流量計可以通過帶壓安裝工具實現不斷流帶壓安裝，這種技術不僅可以在舊管網改造工程中應用，還可以在新建工程中應用，免去伸縮節和連接法蘭，如在管網通水后再進行安裝，則可節省投資和工期。使用多年后，由于水質問題發生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響，此時傳感器可以在線通過帶壓安裝工具在不斷流情況下將傳感器退出清洗，繼續保證流量計測量精度和穩定性。
(5)其他特點
超聲流量計還具備其他一系列的特點，如對流體沒有任何阻礙，也沒有壓力損失和流量損失，耗電小;使用壽命長，可以用不斷流安裝方式更換換能器;維護運營費用低;可以市電供電，也可以電池供電，通過電池供電時可以很好地解決電源引入的雷擊問題;全套材料不銹鋼，經久耐用，造型美觀。
3．2 應用案例
某供水集團* N 水廠某原安裝管段式液體流量計進行計量的 DN1600 管道，由于鄰近使用壽命(已使用近 15 年)，出現流量計測量偏差和波動過大的現象，需要更換流量計。更換過程中，將 DN1600 液體流量計外殼在現場用氣焊切割掉，拆下勵磁線圈后在原有流量計本體的管段上現場開孔安裝雙聲道超聲流量計。整個安裝過程采用現場不斷流在線帶壓安裝，安裝之后測得的流量穩定性、線性度都能達到使用要求。經實踐總結，更換實施過程中要注意的幾個問題。
(1)要確認在用液體流量計的管壁厚度及內襯材料特性，保證換能器在管段內壁的突出長度;(2)用氣焊切割液體流量計外殼時，一定要在管道內充滿水的情況下(*好是帶壓并繼續保持管內水在運行流動的狀態)進行，以免內襯受熱凸起變形影響流態;(3)要有足夠安裝空間(流量井)，可以用原有的流量井，但管壁與流量井墻壁*小距離不小于 500 mm，流量井長不小于 1. 5 倍管徑。超聲波流量計空管安裝和帶壓安裝要求空間如圖 1 所示。
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，采用歷史數據、泵機的電耗數據、流量計前端的清水池的庫容等多個校核手段，對本次現場開孔安裝的雙聲道超聲波流量計進行了測量數據的核定。核定的結果是線性誤差在 0. 48%以內，重復性在 0. 288%以內。
4 結論
(1)通過以上分析研究及核定數據可以看出，對液體流量計由于出現故障或臨近使用壽命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，采用在線不斷流帶壓現場開孔安裝多聲道超聲流量計實現流量計更替的方法是可行的，能夠滿足生產實踐的計量要求。
(2)對多聲道超聲流量計特點的了解和供水管網對流量計的要求來看，多聲道超聲流量計比較適合用于供水管網改造及不斷流安裝的現場，特別是管道的計量。多聲道超聲流量計的廣泛應用可為供水企業降低產銷差率、控制漏失率提供有效的監控手段，可在類似工況中推廣使用。
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1 項目背景
由于管段式液體流量計具有測量精度高、穩定、可靠、不產生壓力損失、可滿足 DN3000 管徑的應用需求等特點，目前市政工程中大量使用了管段式液體流量計。生產實踐中，當液體流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，而這些液體流量計大多使用在市政管網的重要計量點，如:城市水源引水管線的流量計量、自來水廠的進出廠流量計量、污水廠進出廠流量計量等。一旦流量計出現問題，就會導致停水施工，停水施工不但成本高、周期長，還會有連帶的經濟損失和社會影響。
2 問題分析
研究發現，通過應用具有不斷流安裝特點的流量計，可以有效應對上述問題，該流量計的選用應優先考慮以下幾方面。
(1)準確度等級。流量計不僅用于安裝位置所在地點的流量計量，還要通過流量計監測管網漏損和系統的平衡，所以新選用的流量計準確度等級不能低于原有流量計，否則不但影響該計量點的測量還會影響系統的誤差和平衡。
(2)流速范圍。通常供水管網中的流量變化比較大，一方面隨著生活水平的提高，人均用水量在不斷增加，另一方面集中用水現象日趨嚴重，夏季傍晚高峰時的用水量是夜間低谷的數倍甚至數十倍以上。因此，要求流量計量程比要大，通常在 40∶1以上，*好應達到 100∶1以上，且保證量程范圍內的測量準確度和重復性。
(3)直管段要求。通常流量計要求較長的前后直管段，特別是速度式流量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。管段式液體流量計直管段至少要求為前 5D 后 2D(D= 流量計直徑)，而大部分速度式流量計要求直管段更長。要選擇的流量計直管段要求要與原有液體流量計相當，保證測量穩定性。
(4)在線不斷流帶壓安裝、維護。通常在安裝、維護或檢定傳統形式的流量計時要進行斷流施工，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，且能夠在線標定。
(5)不產生壓損，滿足節能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力損失，出現投資多、計量成本高、管網效率低的問題，所以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
結合技術可行性和經濟性分析，多聲道超聲流量計能滿足上述要求。
3．1 原理分析
選用多聲道超聲流量計主要取決于該流量計具有以下特點。
(1)測量精度更高
相對其他速度式流量計，雙聲道超聲流量計對上游障礙物如彎管、泵或閥的敏感度較低，測量結果的可靠性高，即使由于某些原因導致一個通道停止工作，流量儀表仍可繼續測量。典型的入口直管段的要求是上游至少 5D，下游至少 2D，在滿足上述安裝要求的前提下，多通道超聲流量計的測量精度可達±0. 5%。對比此精度下液體流量計的重復性要求是該精度的 1/3，超聲波流量計在此精度下的重復性是該精度的 1/5，顯然超聲波流量計能達到的要求高于電磁流量。
(2)對直管段要求更低
多通道超聲流量計由于采用對流速分布和面積分布的二重積分計算流量，所以在層流和紊流的情況下都能準確測量出流量，可做到計量交接的精度，同時可實現流量測量范圍和測量口徑大，對直管段要求小(前 10D 后 3D)，目前市場上的產品可以做到*大的適用管道口徑是 DN5000，而且口徑越大越容易實現高精度，多聲道超聲流量計的口徑在理論上可以做成任意大。
(3)測量靈敏度更高
多聲道超聲流量計的另一特點是由于時間測量精度非常高，可達到皮秒級，所以可實現高測量靈敏度，從而保證低流速下的準確測量(0. 05 m/s 時可達到 0. 5%)。量程比相對也較高，*高可達 400∶1。
(4)可實現不斷流帶壓施工和在線維護
插入式超聲流量計與外卡式流量計不同，其傳感器直接與水(介質)接觸。與其他流量計一樣有用法蘭連接形式的工廠化的管段式產品，而且還可以在使用的管道上進行現場安裝。大部分插入式超聲波流量計可以通過帶壓安裝工具實現不斷流帶壓安裝，這種技術不僅可以在舊管網改造工程中應用，還可以在新建工程中應用，免去伸縮節和連接法蘭，如在管網通水后再進行安裝，則可節省投資和工期。使用多年后，由于水質問題發生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響，此時傳感器可以在線通過帶壓安裝工具在不斷流情況下將傳感器退出清洗，繼續保證流量計測量精度和穩定性。
(5)其他特點
超聲流量計還具備其他一系列的特點，如對流體沒有任何阻礙，也沒有壓力損失和流量損失，耗電小;使用壽命長，可以用不斷流安裝方式更換換能器;維護運營費用低;可以市電供電，也可以電池供電，通過電池供電時可以很好地解決電源引入的雷擊問題;全套材料不銹鋼，經久耐用，造型美觀。
3．2 應用案例
某供水集團* N 水廠某原安裝管段式液體流量計進行計量的 DN1600 管道，由于鄰近使用壽命(已使用近 15 年)，出現流量計測量偏差和波動過大的現象，需要更換流量計。更換過程中，將 DN1600 液體流量計外殼在現場用氣焊切割掉，拆下勵磁線圈后在原有流量計本體的管段上現場開孔安裝雙聲道超聲流量計。整個安裝過程采用現場不斷流在線帶壓安裝，安裝之后測得的流量穩定性、線性度都能達到使用要求。經實踐總結，更換實施過程中要注意的幾個問題。
(1)要確認在用液體流量計的管壁厚度及內襯材料特性，保證換能器在管段內壁的突出長度;(2)用氣焊切割液體流量計外殼時，一定要在管道內充滿水的情況下(*好是帶壓并繼續保持管內水在運行流動的狀態)進行，以免內襯受熱凸起變形影響流態;(3)要有足夠安裝空間(流量井)，可以用原有的流量井，但管壁與流量井墻壁*小距離不小于 500 mm，流量井長不小于 1. 5 倍管徑。超聲波流量計空管安裝和帶壓安裝要求空間如圖 1 所示。
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，采用歷史數據、泵機的電耗數據、流量計前端的清水池的庫容等多個校核手段，對本次現場開孔安裝的雙聲道超聲波流量計進行了測量數據的核定。核定的結果是線性誤差在 0. 48%以內，重復性在 0. 288%以內。
4 結論
(1)通過以上分析研究及核定數據可以看出，對液體流量計由于出現故障或臨近使用壽命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，采用在線不斷流帶壓現場開孔安裝多聲道超聲流量計實現流量計更替的方法是可行的，能夠滿足生產實踐的計量要求。
(2)對多聲道超聲流量計特點的了解和供水管網對流量計的要求來看，多聲道超聲流量計比較適合用于供水管網改造及不斷流安裝的現場，特別是管道的計量。多聲道超聲流量計的廣泛應用可為供水企業降低產銷差率、控制漏失率提供有效的監控手段，可在類似工況中推廣使用。