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    在線校準污水用流量計計量性能
    發布時間:2022-3-21 08:36:04

    摘要:目前國內尚無針對污水處理終端排放流量計量系統在線校準的國家或行業規范,通過對大量試驗數據的分析并進行測量不確定度評定后,建議污水流量計量系統其最大允許誤差確定為+5.0%,以確保污水處理流量計量系統的計量結果既能符合現有在線校準的技術能力,又能滿足有關部門的監管要求。
      污水處理終端排放流量計量系統一般選用0.5級或1.0級速度式電磁、超聲流量計作為主要計量器具。其工作原理是通過測量封閉管道中滿管流流動速度,從而推算出管道內流體的總流量,并以此總流量作為結算污水處理費的依據,所涉金額巨大。因此為保證系統計量結果的準確性,需要定周期地對流量計進行檢定或校準。但由于此類流量計口徑大、體積大,一次安裝后難以或不便拆卸,因此,大多只能在現場采用標準表比對法對其示值準確性進行在線校準。試驗表明,在線校準的結果一般都達不到此類流量計標稱的0.5級或1.0級的準確度等級。然而,目前國內尚無針對污水處理終端排放流量計量系統在線校準的國家或行業規范。本文將探討如何合理確定計量性能指標,使得污水處理流量計量系統的計量結果既能符合現有在線校準的技術能力,又能滿足有關部門的監管要求。
    1有關國家或行業標準的配備要求
      根據國家有關法律法規的規定,用能和排污單位應當按照國家標準和相關規定配備用能和排污計量器具。因此,我們收集了以GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》為基礎的系列行業國家標準,整理得到進出用能單位水量計量的水流量表(裝置)配備要求,如表1所示。
     
      從表1可以看出,鋼鐵、化工、紡織、煤炭和制漿造紙企業的水流量表(裝置)配備要求,直接引用了GB17167-2006的條款,即用于進出用能單位水量計量,管徑不大于250mm的為2.5級;管徑大于250mm的為1.5級。其他行業如火力發電企業、有色金屬冶煉和石油石化行業則將水量的計量細分為凈水、污水或熱水,或概括為進出企業各種水量計量,并分別規定了計量器具.的準確度等級要求,對用于污水計量的水流量表:(裝置),無論口徑大小均為2.5級。
    GB24789--2009《用水單位水計量器具配備和管理通則》適用于獨立核算的工業企業,其他用水單位參照執行。根據污(廢)水的特性,工業企業一般優先選取非接觸式明渠流量計配合專門的堰、槽進行流量測量。因此該標準對于污(廢)水計量器具配備的準確度等級要求,應該是特指明渠堰槽流量計,不在本文探討的范疇。
      通過以上分析可知,污水處理流量計量系統選用0.5級或1.0級的管道流量計是優于有關國家標準配備要求的。但是,我們近幾年在線校準的試驗結果,以及在線校準方法的測量結果不確定度評定分析表明,即使污水處理流量計量系統的準確度等級確定為2.5級,現行的在線校準方法的測量結果也無法滿足其規定的要求。
    2在線校準試驗結果分析
      管道式大口徑流量計的在線校準方法,一般為標準表比對法、利用蓄水池作為測量容器的液位落差法和檢測電氣參數法,比如CJ/T364-2011《管道式電磁流量計在線校準要求》中,規定了標準表比對法和電氣參數檢測法。在不得已情況下采用驗證方法,如經常采用的物料平衡法、熱量平衡法、設備能力法、流量增量驗證法等。近年來發展起來的非實流法校準液體超聲流量計的現場校準方法,主要是通過測量聲速來實現液體超聲流量計現場校準,適用特大口徑的流量計,如國家頒布實施的JJF1358--2012《非實流法校準DN1000~DN15000液體超聲流量計校準規范》。
      本文在線校準試驗采用1.0級夾裝式時差法.超聲流量計作為標準表,被測流量計是管道大口徑電磁流量計,校準測量時間為20~30min。在線校準方法參照JJG1033--2007《電磁流量計檢定規程》和CJ/T364-2011《管道式電磁流量計在線校準要求》。2012年、2013年的部分試驗結果如表2所示,其余約60臺電磁流量計的試驗結果以計量誤差分布圖給出,如圖1所示。
     
      從表2和圖1中可以看出,其計量誤差大部分在±5%左右,但有的誤差甚至超過±10%,最大的計量誤差接近±20%。究其原因,除流量計選型有誤(實際管道流速在流量計規定流速的下限附近或以下),安裝不規范.(如閥門件擾流等),直管段不足和存在非滿管流等缺陷需要進行改造外,還有現場在線校準.時諸多因素的影響。
     
    2.1污水介質特性的影響
      污水中含有的化學物質、生物物質,或者經過污水處理后夾帶的活性污泥等會嚴重影響類似電磁流量計等設備的正常運行;污水中還含有大量雜質、漂浮物等致使電導率不易控制,電極端子正常工作時間短,所有接觸式測量方法都會在--定時間內準確度嚴重漂移,造成計量結果不準,甚至設備停用。污水還有另外-一個特性,它一般為重力流,在這種自由的條件下易形成非滿管流,管道中經常產生大量的氣泡",這對于電磁流量計,特別是夾裝式時差法超聲流量計(標準表)測量結果的影響非常大。
    2.2現場安裝管路條件的影響
      現場安裝條件不能滿足超聲流量計夾裝的基本條件,導致流場分布不均勻,測量結果發生偏離。根據文獻[2]現場安裝管路條件對于校準結果的影響范圍為+(4.0%~5.0)%。如現場確實無法將超聲流量計夾裝在阻力件之前,需考慮在測量結果上附加流場不均勻帶來的誤差。
    2.3超聲流量計(標準表)的重復性及再現性的影響
      重復性及再現性對于檢定結果的影響范圍為±0.2%~0.4%,這相對于1.0級的標準表是不可忽略的。
    2.4由校準方法過程產生計量誤差的影響
      采用夾裝式超聲流量計在線校準時,在使用前需測出測量管內徑,還需確定管道是否有內襯及其材料特性,并輸人到轉換器中。在試驗過程中,管道壁厚、內徑參數測量的準確性以及管道內襯的選擇對在線校準的結果影響很大。根據文獻[2],試驗時管道壁厚設置減小0.5mm,測量結果偏移0.37%,設置不同管道內襯材料對于測量結果的影響范圍為±(0.5%~1.0)%。
    3在線校準測量結果不確定度的評定分析
      由安裝在測量管道上的一對超聲波換能器相向交替或同時收、發超聲波,利用超聲波在介質中的順流和逆流傳播速度之差與被測流體流速關系求取流速,再通過流速來計算管道內流量。
    數學模型為:
     
      以1.0級時差法超聲流量計作為標準表,測量標稱0.5級DN600管道電磁流量計為例進行測量結果的不確定度評定分析,評定過程及結果如表3所示。.
     
      若假設標準表的準確度等級為0.5級,其余分量均不變時,代人表3計算后,其測量結果的擴展不確定度U,=1.3%,k=2。
    4結論
      通過對大量試驗數據分析,并對其測量不確定度進行評定后,按照JJF1094--2002《測量儀器特性評定》關于測量儀器示值誤差符合性判定的基本要求,即評定示值誤差的測量不確定度(U95或k=2時的U)與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值(MPEV)之比小于或等于1:3,即滿足U95≤1/3-MPEV時,示值誤差評定的測量不確定度對符合性評定的影響可忽略不計。因此,按表3測量不確定度的評定結果,只有當則被測流量計的最大允許誤差約為+5%時,上式才成立。
      綜上所述,盡管國家有關標準對排污計量器具規定其準確度等級為1.5級或2.5級,但我們仍建議對污水處理流量計量系統其最大允許誤差規定為±5.0%。當然,隨著今后技術進步和對在線校準方法的深入研究,在線測量結果的準確度也會進一步提高。

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