水流量標準裝置若干問題的解決對策

  武漢石化水流量標準裝置(以下簡稱裝置)自2005年建成并運行以來，歷經多次全公司大檢修，均順利完成了流量計檢定任務。隨著我公司煉油二期項目及武漢乙烯項目的建成，該裝置所負擔的任務也日益加重。近年來，該裝置出現的一些技術問題日益突出，如部分質量流量計信號無法接收、換向器時差測定方法有缺陷等，有些問題已經影響到對該裝置的檢定。2014年我站對該裝置進行改造，不僅解決了相關技術性問題及規程符合性問題，而且提高了流量計檢定的自動化程度。
1、原裝置簡介
1.1技術參數
  裝置采用水作為標定介質，由地下水池、水泵系統、穩壓消氣系統、6臺流量計、流量調節裝置、6個校表臺位、4套稱重系統、變頻調速系統及自動控制系統等組成。可以檢定的流量計口徑為DN15～DN200，流量范圍為0.5～500m3/h。裝置可采用靜態質量法(原級標準)、標準表法(傳遞標準)和容積法檢定流量計。可檢流量計種類包括科里奧利質量流量計、渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲流量計、液體容積式流量計、冷水水表等。
1.2工作流程
  以靜態質量法為例，裝置投電后，水泵將水從水池打入穩壓罐，消氣過濾器后，經閥門、標準表、被檢表進入罐或旁通管道。流程打通后、開始檢定前，關閉某選定的罐底閥開始檢定，即聯動換向器將水流向罐內，同時開始采集被檢表信號，罐內水位至一定的高度后，將換向器切換至旁通閥的同時，停止采集被檢表信號及電子秤讀數，然后計算檢定誤差，形成數據表格。原裝置流程圖如圖1所示。
1.3控制系統簡介
  控制系統用來采集處理裝置上標準流量計、溫度傳感器、壓力傳感器、電子天平、被檢流量計等儀表和傳感器的輸出信號，完成裝置上流量開關閥、流量調節閥、泵等的控制運行，完成流量計檢定控制過程。原裝置控制系統如圖2所示。
2、原裝置存在的問題及對策
2.1水質影響檢定的穩定性問題
  自2005年建成以來，該裝置排污管道未打通，造成檢定用水一直未更換，經歷年檢定后，水池中積有油泥，水中含油污，并且散發臭氣味，也影響到了檢定人員的身體健康。根據JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規程3.1條規定“液體應是單相的清潔水或運動粘度不超過35×10－6m2/s的其他液體”。我站將裝置排污管線所缺的管線安裝好并將管道打通，順利將污水排至廠含油污水系統，然后進行了清池，并為水池補充了150m3新鮮水，不僅消除了異味，而且解決了檢定穩定性問題。

2.2大罐放水速度影響檢定效率問題
  6t大罐放水速度慢，有時長達8min，在流量計密集檢定期，如檢修期間是個問題。根據JJG1038—2008科里奧利質量流量計檢定規程，如對1臺DN150質量流量計走大罐進行檢定，正常情況下，1臺表檢定5流量點，每個流量點檢定次數不少于3次，需放水15次，僅放水的時間就達100多min。若流量計檢定過程不順利，1臺流量計放水時間將過長。可見放水速度已影響到工作效率。原6t秤的稱重容器(大罐)下排水管及防水氣動閥通徑為DN150，本次改造拆除了原排水管，改為DN250管及氣動閥，排水時間減至1min左右，對上述DN150流量計進行檢定，較之以前可節約時間約1h，解決了放水速度影響效率的問題。
2.3消氣過濾器銹蝕嚴重、壓損過大問題
  原裝置使用過程中，消氣過濾器銹蝕嚴重、排氣管漏水，而且壓損過大，達到0.1MPa。如圖1中在穩壓罐與消氣過濾器間裝有1臺壓變顯示的壓力，與被檢流量計處的指針式壓力表指示值相差0.1MPa，流量計所需0.2MPa的檢定壓力已受到影響。考慮到上游的穩壓罐具備排氣功能，本次改造拆除了消氣過濾器，將穩壓罐出口直接用管線接至校表臺管線。拆除后，壓變顯示的壓力與壓力表顯示的壓力相差0.005MPa，大大減少了壓損。
2.4部分儀表存在的問題
(1)原裝置6條管線上的6臺切斷閥門無返回信號，控制程序畫面上閥門開關狀態不清，本次改造將閥門信號引入檢定程序，使閥門控制畫面更加直觀，解決了該問題。
(2)原裝置采用外置24、12、5VDC電源給流量計供電，沒有用控制柜的電源輸出，本次改造將控制柜中直流供電引至檢定臺，可直接給變送器供電，并在程序中選擇是否給變送器供電。
(3)原裝置存在對部分廠家生產的質量流量計輸出的脈沖信號接收不穩定或無法接收的問題，影響流量計正常檢定工作。本次改造安裝了F8601A型脈沖整形模塊，實現了武漢石化及武漢乙烯在用所有類型質量流量計脈沖信號的正常接收。
2.5換向器換出、換入時間差測定方法有缺陷
  換向器作為裝置重要組成部分，根據液體流量標準裝置檢定規程，換向器的不確定度(s2、u2)參與了裝置合成不確定度u的計算，其誤差直接影響到裝置的測量準確度，因此換向器的檢定是裝置檢定中的一項重要工作。
根據JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規程5.2條檢定項目和檢定方法下5.2.7條換向器的檢定有流量計檢定法和行程差法。由于裝置初建時未安裝行程式信號開關，只能采用流量計檢定方法，該方法比較繁復。依照規程，每個換向器1次檢定中需至少換向10次，需進行至少10次檢定，1個換向器需至少換向100次，四個換向器至少需換向400次。并且，除衡器稱重累計讀數可直接讀出外，由于程序編程的缺陷，流量計累計脈沖數及累計測定時間無法正確確定，這種測定方法實際上已無法執行。
本次改造為4臺增加了換向器同步裝置，在換向器上安裝了檢測換向時間的TGC－10型光電脈沖信號轉換器及擋片，該轉換器為開啟式光電轉換裝置，當擋片到達轉換器開啟槽內紅外光孔處時，即發出信號。
該裝置改造后，采用較簡單的行程差法進行換向器時差測定。依照規程，每個換向器只需在檢定流量下換向10次，算出換入、換出的時間平均值后，再代入規程式(19)～式(21)中就可算出A類相對標準不確定度及B類相對標準不確定度。同時，該光電發信器的安裝，兼顧了換向器檢定和質量法同步功能，在檢定裝置時每個換向器安裝一個有兩個齒條的擋片，用以測定換入、換出時間，在檢定流量計時每個換向器只需安裝有一個齒條的擋片，同氣動閥門配合控制進罐水量。
改造后DN25換向器時差檢定的記錄表如表1所示。

表1中DN25換向器換入、換出A類相對標準不確定度S5為0.0010663、S6為0.0007621，B類相對標準不確定度u4為－0.00322。
由此可見，改造后換向器時差測定方法不僅更符合規程要求，而且換向器換出、換入時間差測定方法變得更簡便、省時。
2.6無外部時間計量單元問題
  原系統無外部時間計量單元，按照JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規程，裝置晶振(時間計量)須納入檢定，需增加外部時間計量單元設備。
本次改造安裝了TH102型高精度計時器，為系統提供基本的時鐘信號，將時間計量引入質量法檢定、對比法檢定同步控制，使系統軟件具有時間計量、高速脈沖計量單元檢定功能。改造后使裝置更符合規程要求，晶振(2014－10－31)8h穩定度檢定情況如表2所示。

由上表知晶振8h穩定度不低于裝置不確定度，達到規程3.3.3項要求。
2.7原程序手動計算任務多的問題
  本次改造采用了GEPLCPACSystemsＲx3i，PLC編程采用ProficyMachineEdition7.5，上位機編程軟件為組態王。在檢定軟件中增加了檢定時間自動計算、儀表參數自動傳至輸出表格等功能，
去掉了人工計算及重復輸入儀表參數的任務。
3、裝置改造前后對比
經過改造，與原裝置進行對比如表3所示。

該裝置改造后，湖北省技術監督局對裝置進行了檢定，檢定結果如下:
裝置的擴展不確定度:標準表(組)法優于0.2%;靜態質量法優于0.05%;靜態容積法優于0.05%。
流量穩定性:優于0.2%。

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