武汉石化液体流量标定装置解析

陈 啸

（中石化股份有限公司武汉分公司，武汉 430082）

引言

液体流量标定装置用于液体流量仪表的检测和标定。液体流量标定装置按计量器具分类，分为静态质量法、容积法、体积管法和标准表法四种，本文所介绍的武汉石化液体流量标定装置采用静态质量法和标准表法相结合的方式，每条检定管线上配有0.1级标准表作为质量法检定时的瞬时流量指示。本套装置主要对科里奥利质量流量计进行标定。也可对涡街流量计、涡轮流量计、超声流量计、电磁流量计、液体容积式流量计、冷水水表进行标定。

1 水流量标定装置简介

静态质量法液体流量标定装置主要由水池、变频离心泵、稳流器、消气器、截止阀、温度计、压力表、标准表、被检表、夹表器、调节阀、换向器、旁通器、称量容器、电子称组成。其结构和原理如图所示。

图中仅为液体流量标定装置其中一条管线，我厂标定装置基本检定管线：DN15/10、DN25/20、DN50、DN80、DN150/100、DN200共计6条。流量检定范围为0.05～500m3/h。4个标准罐容积分别为：30L、300L、1500L和6m3。

泵是提升液体的设备，按装置的流量范围1～500m3/h 及计算的压力损失确定泵的流量和扬程。为了防止液体回流，在管路上安装单向阀。

2 武汉石化水流量标定装置控制系统实现

为了满足液体流量检定系统的各项要求，检定系统采用PLC为处理核心，工业计算机为人机交互接口的控制方式。现场的泵、阀门、流量、液位、温度、压力、电子称等信号通与PLC进行通讯，PLC通过RS232/485转换模块与工业级计算机进行通信。

2.1 控制系统数据信号处理

专用电源模块，为PLC系统提供可靠、稳定的电源。CPU模块，用于整个硬件系统的自动化控制和数据的初步处理。通讯模块，使用标准通讯协议与上位机或工业网络通讯，保证数据的准确性、时实性。高速计数模块，用于对不同流量仪表的输出脉冲进行计数。14位A/D转换模拟量采集模块，用于自动采集温度变送器、压力变送器信号和被检表输出的4～20m A等模拟信号。D/A调节量输出模块，控制各种调节量。开关量输入/输出(I/O)模块，用于输出各种开关变量，控制开关阀及泵的启停。

2.2 检定系统实现功能

1）控制功能。泵的启停、泵和标准流量计前、换向器后的阀门控制；被检表后调节阀开度；换向器的换向控制。

2）数据信号采集功能。对装置的温度压力变送器和液位信号测量；采集装置的标准流量计信号；装置被检表流量信号测量，包含4-20m A电流信号、0至10KHz脉冲信号、电压信号采集；电子称信号采集；阀位开关限位信号采集。

3）数据处理功能。按照国家强制检定规程对检定结果进行检定数据处理和判定；系统可针对不同的被检表进行参数设置；检定点数、检定次数与检定时间设置灵活，程序默认设置是按照国家检定规程选定的检定操作，在遇到特殊情况或规程变更时，也可由用户自由设置；系统记录检定过程中的数据，提供实时趋势图显示功能。

4）显示功能。系统流程图动态显示，各参数状态实时变化；在系统中实现流量计检定程序及步骤的选择和设定、参数设置、数据计算、数据显示、自动打印符合国家检定规程和标准的仪表检定报告和证书。

2.3 水流量标定装置检定流程

首先启动仪表供电和变频器供电。装置开始工作后，操作界面的温度压力等信号首先传入并动态显示。选择相应管线，打通管线流程，换向器打到排水方向。此时可以启动变频器打到工作频率，泵开始工作，水流开始在管线内流动。通过稳压罐和消气器的作用，使水流逐渐稳定下来。调节阀和变频器同时调节水的流速，使之达到检定点流量。

开始检定时，换向器打到进罐方向，同时计时器也开始计时，脉冲检测器也开始计录脉冲数。当达到了预计时间是，换向阀自动打到排水位置，计时器和脉冲计数同时停止记录。记录容器内水的质量作为质量法比对结果。

3 武汉石化流量标定系统上位机操作

3.1 选罐

检定前，需要根据被检表参数选择容量罐。点击界面左上角“选罐建议”按钮会弹出选罐对话框。根据系统内储存的罐容表，在检定流量值、检定时间和罐号三个变量里，任意输入两个变量，即可获得第三个变量的数据。例如途中检定流量选择50t/h，时间选择72s，根据计算系统建议罐号为3号标准罐，同时给出开泵建议如图。

3.2 夹表

首先在现场操作夹表器，将流量计安装在试验管路上，保证无泄漏。控制系统中点击管线上“被检表”按钮弹出被检表参数输入对话框。依次输入仪表类型、信号种类、最大流量、最小流量、单位脉冲对应流量值完成夹表操作。夹表操作完成后，现场备件表前后阀门自动开启，整个检定回路联通。

3.3 检定参数设置

开始检定前，需要首先设置检定流程。点击界面左上角“检定参数设置”按钮弹出对话框。本套装置实用水作为标定介质，介质密度一栏输入水的密度998kg/m3随后按照流量计检定规程设置相应的检定点数和检定次数，系统根据上一步设置的最大最小流量与检定规程自动给出相应流量检定点以及检定时间。对于在特殊流量段有检定要求的流量计，可以手动设置检定点和检定时间。

3.4 检定结果输出

检定结束后，控制系统自动输出原始检定记录报表。在原始记录中，测量时间、称重质量、压力、温度以及脉冲数为直接测量值，其余部分均为计算值。示值误差为重要检定结果，直观反应了质量流量计计量数据与真实数据的差量。对于贸易质量流量计，要求示值误差了正负0.2%以内。

4 实际使用过程中存在的问题

4.1 部分型号质量流量计的频率信号无法接收，且无法识别无源信号

信号接收问题是由于PLC的先天不足造成的。该套标定装置采用的PLC为罗克韦尔自动化公司旗下A-B公司生产的SLC500型小型PLC。04年新建时脉冲计数模组的脉冲幅值和占空比未提供选择，也不能向外部提供供电。所以目前部分流量计的脉冲信号检测不到。需要测量无源信号时必须在回路中增加外部供电设备。

整改措施：PLC更换，增加高速脉冲计数通道数（同时2路）。增加系统接受被检表信号的能力：接受脉冲信号幅值、占空比可选择（最高频率可至10kHz）,提供将（4～20）m A信号转换为标准脉冲频率信号设备（转换精度0.01%）

4.2 稳压罐压力、换向器尾杆位置信号、地下水池液位、标准表脉冲信号等未接入系统

整改措施：将稳压罐压力、换向器尾杆位置信号、地下水池液位、标准表脉冲信号等接入系统，增加地下水池液位显示、称重容器液位报警等功能。

4.3 大容器放水速度慢，拖慢检定效率

测试发现大容器放水时，水流在罐内形成漩涡，降低了排水时间。

整改措施：最大标准罐（6m3）下排水口原为DN150口径，加粗为DN250口径。改造前测算DN250口径排水口改造后增加的重量，与最大使用量这和是否超过电子称6t的最大量程。

4.4 现装置晶振（时间计量）未纳入检定。换向器换出、换入时间测试需增相应设备和软件功能

现用PLC的晶振时钟只能精确到毫秒级，不满足检定规程0.5微秒的要求。换向器动作时会产生延迟（换向时间），换向时间应足够短 ， 国家规定小于0.2s， 换向器正反行程差应小与0.02s。现装置未进行换向时间计量，对测量结果有影响。

整改措施：增加外部时间计量单元，换向器换出、换入时间差检定、系统晶振（时间）检定，将时间计量引入质量法检定、对比法检定同步控制。

5 结论

武汉石化这套流量标定装置于05年建成，至今已正常使用9年。在满足对不同类型流量计进行检定的前提下，该装置突出了不确定度低（优于0.05%）、范围度宽（DN10～DN200）、自动化程度高等特点。该装置设计指标符合国家液体流量标定装置标准，并取得湖北省质量技术监督局检定资质授权，完成流量计检定任务的同时，也为公司节约了大笔资金。随着流量计的更新和检定标准的提高，这套流量标定装置也将进行升级改造，不断适应变化的需求。

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