張潤杰

（新疆天山源水管理經營有限公司烏魯木齊河管理處，新疆 烏魯木齊 830000）

1 烏魯木齊河供水系統(tǒng)流量計簡介

烏魯木齊河供水系統(tǒng)中有 3 個水源地泵站，29 眼井，使用了 3 種流量計：八一閘水源地 12 眼井，使用電磁流量計；甘河子水源地 8 眼井，使用可拆卸螺翼式遠傳水表；西山水源地 9 眼井，使用電磁流量計。給水務集團供原水的交接處有以下 3 個計量點：1）八一閘水源地一水廠計量點，使用時差法超聲波流量計，DN1000；2）東線供水計量點，使用電磁流量計；3）西山供水計量點，使用電磁流量計。給紅雁池一、二電廠供水的有 2 個計量點，一電廠使用的是時差法超聲波流量計；二電廠使用的是電磁流量計。

烏魯木齊河供水系統(tǒng)流量計按測量原理分 2 類：1）電磁流量計，其原理是應用導電體在磁場中運動產生感應電動勢，感應電動勢和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量，其測量精度和靈敏度都較高，多用于測量水流量，可測最大管徑達 2 m ，壓損極小，但造價較高，且信號易受外磁場干擾；2）超聲波流量計，時差法超聲波流量計是基于超聲波在流動介質中傳播的速度等于被測介質的平均流速影響聲波本身傳波速度的時差原理而設計的，它是由測流速來反映流量大小的，由于它可以制成非接觸式（外夾在管外），對流體不產生擾動和阻力，并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量，所以很受歡迎。按流量計結構分為 2 類：1）接入式電磁流量計；2）外夾式超聲波流量計。

2 烏魯木齊河供水系統(tǒng)流量計的技術特點

2.1 不同地點使用不同的流量計

烏魯木齊河供水系統(tǒng)根據不同的地點、管徑、供水目的，使用不同型號的流量計。依據供水目的可分為 3 部分：1）打井抽取地下水匯集到蓄水池直接供生活用水，該部分主要指八一閘水源地，井深 20～30 m 不等，抽水量 150～180 m3/h，管徑150 mm，主要使用 E-mag C 型電磁流量計；甘河子水源地，井深 150～200 m 不等，抽水量 180～200 m3/h，管徑 150 mm，受到現(xiàn)場條件的限制同時考慮安全等問題，使用了 LXLJ-50Y～500Y 可拆卸螺翼式遠傳水表；西山水源地，井深 180～200 m 不等，抽水量 180～200 m3/h，管徑 200 mm，主要使用了 KLOHNE IFM4080 電磁流量計，上述 3 個水源地的流量計都考慮了傳輸控制問題，能夠接入 PLC 控制并有視頻監(jiān)控。2）直接給水務集團供水，需要雙方認可方便計量收費，并考慮到管徑大，精度高的要求，八一閘水源地一水廠計量點使用了 ACCUSONIC7510+C 型超聲波流量計；東線紅雁池水廠計量點使用了 IFM4100 DN800 電磁流量計；西山供水計量點使用了 E-mag C 型電磁流量計，DN800。3）直接給工業(yè)發(fā)電供水，要求管徑大，計量準確，可以測量熱水，隨時能夠傳輸數(shù)據，便于雙方計量認可收取水費，紅雁池一電廠使用的是型號為 KRC-1518 標準型超聲波流量計，二電廠使用的是型號為 IFM4100 DN700 的電磁流量計。

2.2 實現(xiàn)流量數(shù)據自動傳輸

供水系統(tǒng)的流量計都配有數(shù)據接口，各監(jiān)控點通過數(shù)據采集模塊采集流量等數(shù)據，經過 RS-232/RS-485、Hart、Modbus（一般為 RS-232/RS-485）等數(shù)字通信接口與 GPRS 透明數(shù)據傳輸終端相連，通過終端內置嵌入式處理器對數(shù)據處理，協(xié)議封裝后發(fā)送到網絡，再通過 GPRS 網絡與監(jiān)控中心相連，各監(jiān)控點使用統(tǒng)一的 STK/SIM卡，同時監(jiān)控中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理，各信息采集點運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，支持 24 h 實時在線，實現(xiàn)采集點 24 h 不間斷傳送采集的信息數(shù)據。

GPRS 無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：1）良好的實時響應與處理能力，具有實時在線特征，系統(tǒng)無時延并能夠同時收取、處理多個或所有監(jiān)測點的各種數(shù)據，可以同步監(jiān)測點的時鐘，可以滿足系統(tǒng)對數(shù)據采集和傳輸實時性的要求；2）遠程儀器設備控制，由于采用 GPRS 雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以實現(xiàn)對儀器設備的時間校正，狀態(tài)報告，開關及其它監(jiān)控等功能；3）建設成本低，充分利用現(xiàn)有 GSM 網絡、設備安裝即接通，如采用超短波通信需充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需配備天線鐵架等附屬設備；4）安裝調試簡單，建設周期短，利用 GSM 網絡，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調試；5）覆蓋范圍廣，供水系統(tǒng)要求數(shù)據通信覆蓋范圍廣、擴容無限制、接入地點無限制，能滿足山區(qū)、跨地區(qū)的接入要求；6）數(shù)據傳輸率高，GPRS 網絡傳送速率理論上可達 171. 2 kbps，實際應用時數(shù)據傳輸速率在 40 kbps 左右；7）系統(tǒng)的傳輸容量大，監(jiān)控中心要和每個監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接，由于監(jiān)控點數(shù)量比較多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據傳輸；8）通信費用低，GPRS 采用包月計費的方式，運營維護成本低，月通信費用在 200 元之內。

2.3 性能好、精度高、誤差小

供水系統(tǒng)所用的流量計主要為電磁流量計和超聲波流量計，管徑在 150～1000 mm 之間，主要測量瞬時流量值和累計水量值，其精度為 ± (0.3～0.5) %，基本滿足要求。在考慮供水流量計性能時需要考慮以下因素：

1）考慮測量瞬時流量和累計總量的因素，選擇合適流量計，其儀表原理上是以測量流體流速推導出流量，響應快，適用于過程控制，有積算功能可獲得總量。

2）準確度，流量計儀表整體測量準確度要求為多高，是在某一特定流量下使用還是在某一流量范圍內使用，在什么測量范圍內保持準確度，所選儀表的準確度能保持多久，是否易于重新校驗，是否要現(xiàn)場在線校對儀表準確度，這些問題都必須考慮清楚。供水系統(tǒng)中的八一閘水源地一水廠流量計，紅雁池一電廠的 8 臺流量計都是靠在線校對儀表準確度的。如不是單純計量總量，而是應用在流量控制系統(tǒng)中，則檢測儀表準確度的確定要在整個系統(tǒng)控制準確度要求下進行，因為整個系統(tǒng)不僅有流量檢測的誤差，還包含有信號傳輸、控制調節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素，如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)通常有 2 % 左右的回差，對測量儀器確定過高的準確度（比如說 0.5 級）不合理，也不經濟，八一閘水源地和西山水源地的井群流量計就考慮了此因素。就流量儀表本身而言，檢測元件（或傳感器）和轉換/顯示儀表之間的準確度可適當確定，如未經實際標定的均速管、彎管等差壓裝置誤差在（0.25 %～ 5.00 %）F.S 之間，產品說明書所定的準確度是指基本誤差，在現(xiàn)場使用環(huán)境下，動力、流體條件變化等將產生附加誤差?，F(xiàn)場使用準確度受基本誤差與影響量產生的附加誤差影響，如影響量大，附加誤差可能遠遠超過基本誤差。

3）流量范圍度為上限、下限流量的比值，其值越大，表示流量范圍越寬。八一閘水源地一水廠的流量計的流量范圍度可達 1500∶1。

安裝這些流量計時的檢定問題，是非常重要的。對于電磁流量計的檢定，特別是大口徑流量計的檢定，由于電磁流量計拆裝和運輸都很麻煩，而且費用很高，一般不輕易送檢。現(xiàn)在常用的辦法是檢查和對比方法。檢查方法是根據流量計出廠時提供的校驗單，用流量計廠家提供的校驗儀表對轉換器進行校驗，有時也對傳感器本身進行校驗，看是否與原始校驗單有出入，如有誤差則進行調校；對比的方法是用便攜式流量計（如：超聲波流量計）對固定式的流量計進行對比，對比的方法要求現(xiàn)場要有較好測試條件，如直管段要滿足要求，要有足夠的操作空間，管道最好沒有襯里、管道要圓等。最好的辦法是在設計流量計安裝位置時就將流量計井做得足夠大，留有對比用便攜式流量計的安裝和操作空間，而且要專門設計 1 條不銹鋼短管，不加任何襯里，用于比對測量，這樣可以大大提高測量精度。對比的方法一般只能定性說明電磁流量計有無故障，不能用于對電磁流量計進行調校，因為一般便攜式流量計的精度要低于電磁流量計的精度。在有些場合是必須要送檢的，比如，產生貿易糾紛了，供需雙方又不能通過協(xié)商解決的，就必須送檢了，送檢時要注意保護流量計處于原工作狀態(tài)，最好貼上封條，并派技術人員到檢定現(xiàn)場，監(jiān)督整個過程，以避免不必要的誤解和疏忽。

在安裝中考慮了諸因素，供水系統(tǒng)流量計具有性能好、精度高、誤差小的技術特點。

2.4 流量計應用技術特點

2.4.1 電磁流量計應用技術特點

電磁流量計的特點是：1）變送器結構簡單，沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節(jié)流部件，當流體通過時不會引起任何附加的壓力損失，同時它不會引起諸如磨損、堵塞等問題；2）它是一種體積流量測量儀表，在測量過程中，不受被測介質的溫度、粘度、密度及電導率（在一定范圍內）的影響；3）量程范圍極寬，同一臺電磁流量計的量程比可達 1∶100，此外，電磁流量計只與被測介質的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動狀態(tài)（層流或紊流）無關；4）無機械慣性，反映靈敏，可以測量瞬時脈動流量，且線性好，因此，可將測量信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出，可就地顯示，也可遠距離傳輸；5）轉換器采用表面安裝技術（SMT），具有自檢和自診斷功能。

2.4.2 超聲波流量計應用技術特點

超聲波流量計的主要特點為：1）是非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體及大管徑流量；2）均可管外安裝，非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大的超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比優(yōu)越，多普勒法超聲波流量計可測雙向介質的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量也可用于氣體測量，管徑的適用范圍為 0.02～5.00 m，最大測量管徑為 15 m，從幾米寬的明渠、暗渠到 500 m 寬的河流都可適用；3）流量測量準確度幾乎不受被測流量體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題；4）鑒于超聲波流量計的非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，1 臺儀表可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量。

2.5 具有完整的管理系統(tǒng)軟件的特點

烏魯木齊河供水系統(tǒng)流量計，設置了 6 個監(jiān)控子系統(tǒng)，約 42 個監(jiān)測點，每個子系統(tǒng)集是一類具體功能模塊的集合，通過系統(tǒng)菜單整合在一起，系統(tǒng)配置硬件最低要求奔騰級計算機，至少是 32 M 內存。使用 Microsoft Windows95/98/2000/xp 操作系統(tǒng)，管道流量監(jiān)測系統(tǒng)軟件 V1.0，Microsoft Excel 表格編輯軟件，監(jiān)測軟件為綠色軟件，無需安裝，直接拷貝程序目錄即可。管理系統(tǒng)軟件具有實時監(jiān)測、流量明細查詢、流量按日匯總、流量按月匯總，并能統(tǒng)計、制表和繪圖，從而實現(xiàn)管道流量實時監(jiān)測和歷史數(shù)據存檔、歸類、檢查和管理功能。

3 烏魯木齊河供水系統(tǒng)流量計的應用效果

1）使供水與用水戶之間的矛盾越來越小，因為在安裝流量計時雙方都在現(xiàn)場進行監(jiān)督都已認可，有利于結算水賬，同時也檢查出了安裝流量計前后的水量誤差，消除了估算帶來的許多問題，從安裝到參數(shù)設定，雙方均在場認可，這樣，既節(jié)省了時間，又提高了效益。

2）找到了多年來因為估算水量而帶來的水量平衡的誤差，過去此誤差在 2.5 % 左右，其中存在人為的誤差或為了達到允許的范圍，人為估算其它水量，進缺補進，出缺補出，現(xiàn)在誤差有所減少。

3）烏魯木齊河供水系統(tǒng)包括原水的供應，東線的供水，紅雁池一、二電廠的供水實際供應的都是原水—烏拉泊水庫的水。平常情況下，水的濁度較河水低，但到 6、7、8 月份的汛期，水庫水的濁度就比較高，采用的電磁流量計和超聲波流量計正適合濁度較高的液體[1]。

4）烏魯木齊河供水中的八一閘水源地、西山水源地和甘河子水源地出廠的水一般為純凈的井水，可直接供應自來水，對出廠水的計量傳統(tǒng)采用人工觀測（看水表），這種方法誤差大，采用電磁流量計或超聲波流量計，避免了人工誤差，使其準確度等級完全能夠滿足生產的需要。在售水計量上，選用電磁流量計或超聲波流量計，不但節(jié)能降耗，而且從功能上也是一種最好的實現(xiàn)形式。

5）電磁流量計和超聲波流量計精度高，線性好，運行穩(wěn)定，提高了計量的準確性和數(shù)據的可信度，克服了有些儀表運行不太穩(wěn)定造成的測量數(shù)據不可信問題。紅雁池二電廠使用的電磁流量計，經過現(xiàn)場便攜式超聲波流量計比對，誤差均在生產允許的控制范圍之內，增強了對儀表的信任程度，結束了按水泵的線性曲線計算水量的不科學計量方法，切實做到以儀表采集數(shù)據為準，避免了人為因素。

6）電磁流量計和超聲波流量計結構簡單，傳感器沒有可動部件，不存在因機械運行磨損或雜質纏繞而產生的測量誤差或儀表故障，因此故障率很低，維修量大大減少，節(jié)約了大量人力物力。

7）電磁流量計和超聲波流量計都有多種接口電路，可以方便地與數(shù)據采集終端或計算機聯(lián)接，數(shù)據采集、分析、管理自動化，供水量和原水量的原始數(shù)據都進行了計算機采集與傳輸網絡，大大提高了計量檢測數(shù)據的真實性和公正性，為計量檢測的科學化、規(guī)范化打下了堅實的基礎。

8）應用流量計過程中存在的難點、故障及解決方法。烏魯木齊河供水系統(tǒng)中所用的電磁流量計和超聲波流量計，具有較高的穩(wěn)定性，儀表設備本身一般很少發(fā)生故障。但是由于環(huán)境條件的變化或安裝工況條件所限，也發(fā)生了一些問題或故障，問題或故障主要表現(xiàn)為：a）沒有滿足流量計的安裝條件，電磁流量計對管道的直管段要求較高，在新建水廠設計時可以盡量滿足，而對于加裝來說，以上條件就變得幾乎苛刻，烏魯木齊河供水系統(tǒng)的流量計大部分是加裝的，由此影響了測量穩(wěn)定性，其解決辦法為加裝整流管或調節(jié)閥以改善流動特性；b）被測水的流速過低影響測量的精度，特別是在一些水源地的井群出水量處安裝的流量計，由于水泵出水小（時間長，出水量壓力小，水泵老化）而造成流速過低，其解決辦法是盡量更換水泵；c）管道水中有氣，造成測量波動大影響穩(wěn)定性（比如八一閘水源地一水廠安裝流量計處就有此種情況，最后改進排氣孔），其解決辦法要設法找到氣的來源并加以解決，必要時在管道中加裝排氣閥或設排氣孔；d）雷擊造成電磁流量計的轉換器損壞，以致無法測量，其解決辦法為在轉換器信號輸入端，勵磁電流輸入端和工作電源端分別加裝相應的避雷器；e）流量計要 24 h 運行，不能掉電，在 GPRS 傳輸中，也不能掉電，停電會造成數(shù)據斷檔，累計數(shù)據有誤，解決的辦法是配備 UPS 備用電池組在斷電時自動供電。

4 結語

隨著社會經濟的發(fā)展，供水對計量的要求越來越高，流量計的發(fā)展空間也越來越大，從烏魯木齊河供水系統(tǒng)流量計應用的效果看，流量計在供水服務工作中成效顯著，表明流量計的建設是供水服務的發(fā)展方向，應加強、加快流量計普及的進程，開創(chuàng)供水現(xiàn)代化建設的新局面。

[1]宋麗春. 談超聲波流量計在供水中的應用[J]. 城市質量監(jiān)督，1999 (5): 45-48.