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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(jīng)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(xiàn)的一些技術問題日益突出，如部分質(zhì)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(jīng)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(guī)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(shù)
裝置采用水作為標定介質(zhì)，由地下水池、水泵系統(tǒng)、穩(wěn)壓消氣系統(tǒng)、6臺流量計、流量調(diào)節(jié)裝置、6個校表臺位、4套稱重系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)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(tài)質(zhì)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(zhì)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(tài)質(zhì)量法為例，裝置投電后，水泵將水從水池打入穩(wěn)壓罐，消氣過濾器后，經(jīng)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(lián)動換向器將水流向罐內(nèi)，同時開始采集被檢表信號，罐內(nèi)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(shù)，然后計算檢定誤差，形成數(shù)據(jù)表格。原裝置流程圖如圖1所示。
1.3控制系統(tǒng)簡介
控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)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(tǒng)如圖2所示。
2、原裝置存在的問題及對策
2.1水質(zhì)影響檢定的穩(wěn)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(jīng)歷年檢定后，水池中積有油泥，水中含油污，并且散發(fā)臭氣味，也影響到了檢定人員的身體健康。根據(jù)JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規(guī)程3.1條規(guī)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(tǒng)，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(wěn)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(jù)JJG1038—2008科里奧利質(zhì)量流量計檢定規(guī)程，如對1臺DN150質(zhì)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(shù)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(jié)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(wěn)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(wěn)壓罐具備排氣功能，本次改造拆除了消氣過濾器，將穩(wěn)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(tài)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(chǎn)的質(zhì)量流量計輸出的脈沖信號接收不穩(wěn)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(xiàn)了武漢石化及武漢乙烯在用所有類型質(zhì)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(jù)液體流量標準裝置檢定規(guī)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(jù)JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規(guī)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(guī)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(shù)可直接讀出外，由于程序編程的缺陷，流量計累計脈沖數(shù)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(zhí)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(nèi)紅外光孔處時，即發(fā)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(guī)程，每個換向器只需在檢定流量下?lián)Q向10次，算出換入、換出的時間平均值后，再代入規(guī)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(fā)信器的安裝，兼顧了換向器檢定和質(zhì)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(guī)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(tǒng)無外部時間計量單元，按照JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規(guī)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(tǒng)提供基本的時鐘信號，將時間計量引入質(zhì)量法檢定、對比法檢定同步控制，使系統(tǒng)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(guī)程要求，晶振(2014－10－31)8h穩(wěn)定度檢定情況如表2所示。
由上表知晶振8h穩(wěn)定度不低于裝置不確定度，達到規(guī)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(tài)王。在檢定軟件中增加了檢定時間自動計算、儀表參數(shù)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(shù)的任務。
3、裝置改造前后對比
經(jīng)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(jiān)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(yōu)于0.2%;靜態(tài)質(zhì)量法優(yōu)于0.05%;靜態(tài)容積法優(yōu)于0.05%。
流量穩(wěn)定性:優(yōu)于0.2%。
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