何成躍（大慶石油管理局有限公司技術(shù)監(jiān)督中心）

1 優(yōu)化檢定裝置主體結(jié)構(gòu)

通常流量計(jì)要求流體以直線或近似直線的方式通過一次表，所以液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的實(shí)驗(yàn)管段均為直管段，且為了保持較好的流體狀態(tài)，一般直管段長度要遠(yuǎn)超過檢定規(guī)程要求的長度，所以水平空間的占用面積較大。

角式高壓注水表因其角式安裝的特殊性，即進(jìn)口管線垂直，出口管線水平，管線整體呈90°彎曲，在滿足前10倍后5倍直管長度的前提下，還需兼顧流體以穩(wěn)定狀態(tài)流過儀表，所以角式高壓注水表檢定裝置的水平空間使用面積可以遠(yuǎn)小于垂直空間。針對油田常用的DN25和DN50兩種口徑的角式高壓注水表，設(shè)計(jì)兩條不同口徑實(shí)驗(yàn)管線，對稱分布于匯管兩側(cè)，每條管線分別設(shè)置兩個(gè)檢表臺(tái)位[1-2]，如圖1所示，將進(jìn)水管線、截止閥安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部，合理有效的利用水平和垂直空間。此對稱式設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)比傳統(tǒng)水表檢定裝置實(shí)驗(yàn)管段短1/3左右。

2 優(yōu)化供水系統(tǒng)

供水系統(tǒng)由水源、水泵和穩(wěn)壓系統(tǒng)組成。

1）水源一般選擇地下封閉水池形式，容積應(yīng)滿足角式水表最大流量的檢定需求，內(nèi)設(shè)集污池、隔污擋板等攔截雜質(zhì)的簡易設(shè)施，可有效保證流入裝置的流體清潔程度，并減低水池?fù)Q水頻次，也有利于人工清淤檢修。

圖1 裝置主體分布示意圖

2）水泵的選擇需要考慮壓損，由泵出口至換向器的沿途管線壓力損失和局部壓力損失，在流速5 m/s左右時(shí)，水頭損失約35 m，加上水源表面到換向器出水高度、泵進(jìn)水口損失，確定水泵揚(yáng)程在50 m左右即可。水泵采用軟啟動(dòng)后變頻運(yùn)行的方式，保證檢定小流量時(shí)水泵以較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，避免出現(xiàn)低負(fù)荷現(xiàn)象，節(jié)約了電資源。

3）穩(wěn)壓系統(tǒng)以容器穩(wěn)壓為主，變頻穩(wěn)壓調(diào)節(jié)為輔。按照泵出口波動(dòng)情況、容器穩(wěn)壓值和進(jìn)出口直徑，按最大流量30 m3/h計(jì)算，確定容器容積為1 m3，輸出流體壓力波動(dòng)穩(wěn)定性為0.2%左右，加上變頻器輔助調(diào)節(jié)作用，最終流體穩(wěn)定性應(yīng)在0.2%以內(nèi)，最終滿足JJG164《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》要求[3]。在各調(diào)節(jié)閥和截止閥開度一定的情況下，角式水表前后壓差穩(wěn)定，可以認(rèn)為流過的流體也是穩(wěn)定的，所以調(diào)節(jié)前端管線壓力使其穩(wěn)定，是保證流量穩(wěn)定的關(guān)鍵，直接決定系統(tǒng)的性能指標(biāo)。變頻器根據(jù)管線壓力進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，使水泵使用工作在變頻狀態(tài)，避免了水泵工作在下限區(qū)間，不會(huì)進(jìn)入死區(qū)和非線性調(diào)節(jié)區(qū)（圖2）。

圖2 變頻輔助調(diào)節(jié)原理

3 優(yōu)化主標(biāo)準(zhǔn)器組

傳統(tǒng)角式水表檢定裝置采用容積法的檢定方式，使用一個(gè)或多個(gè)容積罐作為主標(biāo)準(zhǔn)器組，按照J(rèn)JG162《冷水水表檢定規(guī)程》檢定大、中、小3個(gè)流量點(diǎn)一般需要花費(fèi)20 min左右，約占全部檢定過程時(shí)間的2/3，主要是等待流體進(jìn)罐并達(dá)到縮頸縮頸指定刻度附近后讀數(shù)。選擇適當(dāng)量程的工業(yè)電子秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器，將大大減少流體進(jìn)容器的時(shí)間，從而起到降低時(shí)間成本的目的[4]。

兼顧角式水表流量上下限，選擇一臺(tái)量程300 kg、分度值1/3000的電子秤，設(shè)定檢定時(shí)長30～60 s，根據(jù)檢定員操作習(xí)慣不同，預(yù)計(jì)至少可以節(jié)約10～15 min。有條件再配置一臺(tái)量程60 kg、同分度值的電子秤，用于檢定中、小流量點(diǎn)，預(yù)計(jì)還可節(jié)約 3～5 min。

4 節(jié)能效果

新型角式水表檢定裝置的節(jié)能是相對傳統(tǒng)檢定裝置而言的。

1）裝置使用變頻穩(wěn)壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。根據(jù)用水情況，調(diào)節(jié)閥門開度，改變前端管線壓力后等待壓力平穩(wěn)，既可實(shí)現(xiàn)控制水泵輸出功率、提高電能使用效率的目的，又能減少檢定員為了配合壓力變化，不斷調(diào)整閥門開度穩(wěn)定流量的頻繁操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度[5]。

2）水泵使用軟啟動(dòng)方式，低速啟動(dòng)電機(jī)后按照設(shè)定時(shí)間加速到制定轉(zhuǎn)速，有效避免電機(jī)啟動(dòng)電流過大對電網(wǎng)電壓造成的波動(dòng)影響和電機(jī)突然加速引起的管線震動(dòng)，相對延長了水泵電機(jī)等關(guān)聯(lián)設(shè)備的使用壽命，降低了故障發(fā)生頻次。

3）相對于傳統(tǒng)角式水表檢定裝置單位時(shí)間只能檢定一臺(tái)，本裝置兼顧工作效率和壓力損失，保證壓損的前提下將單位時(shí)間檢定數(shù)量提升為兩臺(tái)，工作效率翻倍。

為直觀體現(xiàn)節(jié)能效果，舉例對比本裝置與傳統(tǒng)檢定裝置的能耗等成本：假設(shè)供水水泵功率15 kW，大慶地區(qū)一般工商業(yè)電價(jià)0.8元/kWh，人工費(fèi)3 000/月，全年工作量1 000臺(tái)。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)可知傳統(tǒng)檢定裝置單次檢定一臺(tái)角式水表約30 min，其中等待流體進(jìn)罐時(shí)間約20 min，全檢定過程電費(fèi)約6元，檢定員每天工作8 h可檢定16臺(tái)，完成全年工作量需要約63個(gè)工作日，電費(fèi)6 000元，人工費(fèi)6 300元，合計(jì)12 300元；本裝置預(yù)計(jì)單次檢定兩臺(tái)角式水表約15 min，其中等待流體進(jìn)容器時(shí)間約5 min，全檢定過程電費(fèi)約3元，檢定員每天工作8 h可檢定64臺(tái)，完成全年工作量需要約16個(gè)工作日，電費(fèi)1 500元，人工費(fèi)1 600元，合計(jì)3 100元。

5 結(jié)語

新型角式水表檢定裝置是在傳統(tǒng)水表檢定裝置上改進(jìn)的，通過優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)、主標(biāo)準(zhǔn)器和供水系統(tǒng)，使其更容易設(shè)置在有限空間內(nèi)，單位時(shí)間工作效率和水電資源利用率有較大幅度提高，相對的人力成本和勞動(dòng)程度有所下降。由以上數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：新型角式水表檢定裝置在完成相同工作量的情況下，比較傳統(tǒng)檢定裝置，理論上可以提高工作效率4倍，能源消耗和人工成本約是傳統(tǒng)裝置的1/4。