氧化铝行业供水测量仪表的选择和应用对比

李安顺

（中国铝业公司中州分公司计控室，河南 焦作 454174）

由于氧化铝行业工业用水多为不间断供水，工业水计量多采用仪表对比方式来确保数据的准确。

一、各种流量仪表的特点和使用范围选择

1.节流差压式

文丘里管流量计在水行业多用于交接计量，也有用于流量控制；孔板流量计常用作中小管径流量测量。节流差压仪表（特别是孔板）压损较大，泵送能耗在各类仪表中较大，其主要优点是已经标准化，只要按标准设计，毋须实流校准。此类仪表测量精度中等，为±(1～2)%，目前的仪表经数字信号处理，范围度可扩展到(8～12)∶1，经实流校准后精确度可达±0.5%FS。节流差压流量仪表价格相对低廉，DN1000以上碳钢文丘里流量计价格约为同口径电磁流量计的60%～70%。

2.电磁流量计

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体的体积流量计，测量精确度±(1～2)%R，范围度(20～50)∶1，直管段要求较低，无阻力压头损失，但要实流校准。仪表满度流量可由用户在流速0.5～10m/s范围内自行设定。此类仪表价格较高，但近年由于市场竞争，价格降幅较大。

3.超声流量计

供水测量较多采用时间法超生波流量计，多普勒法超声流量计用的较少，因它只适用含异相（颗粒、气泡）液体。超声波流量计在企业供水应用分为移动测量和固定点测量两大类。移动测量方式，换能器临时夹装在待测管道外壁，所用仪表常称作便携式超声波流量计，用作临时检测管网某些接点流动状况，有时也用作与已装用其他流量计核对流量准确性的参照流量计。移动测量用超声波流量计通常为单声道。

固定测量虽也可采用外夹换能器方式，但其可靠性差，交接核算计量不宜采用，推荐用固定安装换能器方式。后者又分为现场安装式、内装式和管道打孔焊接换能器座的插入式以及带测量管段式。

使用单声道超声波流量计时应注意流速分布变化的影响，避开流态转变区。传播时间法所测量的是声程线平均流速Vb，而需要的是流通面积的面平均流速Va，两者之间的系数K(Vb/Va)在层流时为常数，流速增加从层流转向紊流，K从0.75增加到0.93，成为流态转变的过渡区，转换是随即性的，很不稳定，雷诺数Re超过4 000，K随着Re增加而增加，Re从104增加到106，K从0.93增加到0.95，变化约为2%。若仪表没有流速变化补偿功能，就会影响测量精确度。使用时避开Re=2 300～4 000的过渡区，如以D300mm管测量常温水，流速应大于0.016m/s才能使Re大于4 000。

单声道仪表因流速分布影响大，精确度低；多声道仪表在测量管截面不同位置多处扫描流通空间测量声速，减少了流速分布影响，具有较高精确度，通常用于中大口径。

超声波流量计测量精确度以移动测量方式为最低，以带测量管段最高，如表1所示，不同声道测量基本误差例见表2。

表1 超声波流量计移动测量和固定测量精确度比较

表2 超声波流量计不同声道基本误差例

4.插入式流量计

插入式流量计分为径流速插入流量计和点流速插入流量计，在企业供水测量中多采用点流速法。径流速仪表插入于直径位置，点流速仪表插入管中心轴或平均流速点，实际上平均流速点并不固定，随流速变化而游移，实际应用通常插入在离管壁0.233R处。插入平均流速点适用于大管径，但插入深度偏离对测量值影响大；插入管中心处，适用于中小管径，插入深度偏离影响小。

点流速插入式流量计的流速检测头要依靠流量校验装置实流校准，求得检测头的仪表系数，再乘上流通面积、速度分布系数α、阻塞系数β、干扰系数γ求得流量。流速分布系数α是管道平均流速与所测局部流速的比值，它是管道雷诺数和管壁相对粗糙的函数；阻塞系数β系修正由于插入杆、插入机构和测量头引起的流通面积减少及流速分布畸变所产生影响的系数；干扰系数γ系检测头所处管段前后阻流件之间直管段长度不足所引起的仪表系数变化的修正系数。

插入式流量计由于安装的特点，不宜应用于交接计量。有些国家规定不得用于插入式流量计作贸易纳税计量。

插入式流量计的特点：（1）可不断流取出检查、维护、更换;（2）重量轻、价格便宜;（3）流速分布影响大，前直管段要求长;（4）测量精确度低，±（2.0～3）%FS，不能以测量头的精确度作为实际测量精确度，要评估各种误差源，如流通面积测量误差、流速分布系数变化影响等。

各类仪表在两大应用领域的适应性如表3所示，简要性能比较如表4所示。

表3

表4

二、各类流量仪表的现场应用比对

现场对比是在现场规定条件下用相同（或相近）精度等级仪表对量值进行，是没有计量法定性质的操作。

流量仪表流量值按规定必须定期检检查，其检查方法通常有离线检查和现场在线检查两种。根据氧化铝行业工艺特点，采用现场对比或间接检验的方法，是将验证或评估流量仪表的流量测量值保持在原始校准精度等级范围内作为继续使用的依据，现归纳如下四种比对方法。

1.清水池容积法

清水池容积法比对流量是供水行业经常采用的传统方法，利用供水厂现成的大容积清水池的有利条件，可获得较高的比对精确度。中国铝业公司中州分公司生产、生活供水共有四个供水口，目前共有五个积水池。经过丈量水池可获得±0.2%的体积不确定度；运行较长时间（几小时以上），使进水池水位差超过1m，以减少各类操作误差的影响。在这样的操作条件下，清水池比对法总不确定度可为±（0.5～1）%。

2.超声流量计法

利用便携式外夹换能器超声流量计比对流量在供水行业较为普遍，该法可获得中等比对精确度，但采用该法时应评估安装于现场比对超声流量计所组成测量系统的不确定度。通常所称便携式超声波流量计的精确度实际上是所测流速的精确度，便携式超声波流量计对比法的总不确定度在（2～5）%之间，若丈量几何尺寸粗糙或无法获悉确切流通面积，系统的不确定度超过5%。

3.串联管段式流量计法

用两台测量精度为±0.2%的电磁流量计接入标准测量管道中，发送和接收双方仪表测量精确度出现不同时，可分别临时串联接入同口径或异口径的各种流量仪表进行较长时间运行比对，相差仅在±（0.1～0.2）%。若两表测量值相差出现异常，可分步送检。

三、应用趋势

（1）新装核算交接计量用仪表应以电磁式为主，超声流量计应用将逐步扩展，差压式仍将有一定的应用领域。

（2）超声流量计在工业大管径应用领域将有较大发展空间，特别是管径超过800～3 000mm。

（3）差压式仪表在工业供水应用将有所回升。

（4）终端用户中小口径总量计量仪表仍以机械式水表为主，但低价位的电磁水表将进入这一领域。

[1]刘常满.常用热工参数手册[M].中国计量出版社.