摘要:目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)污水處理終端排放流量計(jì)量系統(tǒng)在線校準(zhǔn)的國(guó)家或行業(yè)規(guī)范，通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析并進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定后，建議污水流量計(jì)量系統(tǒng)其最大允許誤差確定為+5.0%，確保污水處理流量計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)果既能符合現(xiàn)有在線校準(zhǔn)的技術(shù)能力,又能滿足有關(guān)部門的監(jiān)管要求。
污水處理終端排放流量計(jì)量系統(tǒng)一般選用0.5級(jí)或1.0級(jí)速度式電磁、超聲流量計(jì)作為主要計(jì)量器具。其工作原理是通過(guò)測(cè)量封閉管道中滿管流流動(dòng)速度，從而推算出管道內(nèi)流體的總流量,并以此總流量作為結(jié)算污水處理費(fèi)的依據(jù)，所涉金額巨大。因此為保證系統(tǒng)計(jì)量結(jié)果的正確率,需要定周期地對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。但由于此類流量計(jì)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(xiàn)場(chǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法對(duì)其示值正確率進(jìn)行在線校準(zhǔn)。試驗(yàn)表明,在線校準(zhǔn)的結(jié)果一般都達(dá)不到此類流量計(jì)標(biāo)稱的0.5級(jí)或1.0級(jí)的精度等級(jí)。然而，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)污水處理終端排放流量計(jì)量系統(tǒng)在線校準(zhǔn)的國(guó)家或行業(yè)規(guī)范。本文將探討如何合理確定計(jì)量性能指標(biāo)，使得污水處理流量計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)果既能符合現(xiàn)有在線校準(zhǔn)的技術(shù)能力，又能滿足有關(guān)部門的監(jiān)管要求。
1有關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的配備要求
根據(jù)國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，用能和排污單位應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定配備用能和排污計(jì)量器具。因此，我們收集了以GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》為基礎(chǔ)的系列行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，整理得到進(jìn)出用能單位水量計(jì)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(yè)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(jìn)出用能單位水量計(jì)量，管徑不大于250mm的為2.5級(jí);管徑大于250mm的為1.5級(jí)。其他行業(yè)如火力發(fā)電企業(yè)、有色金屬冶煉和石油石化行業(yè)則將水量的計(jì)量細(xì)分為凈水、污水或熱水，或概括為進(jìn)出企業(yè)各種水量計(jì)量,并分別規(guī)定了計(jì)量器具.的精度等級(jí)要求，對(duì)用于污水計(jì)量的水流量表:(裝置)，無(wú)論口徑大小均為2.5級(jí)。
GB24789--2009《用水單位水計(jì)量器具配備和管理通則》適用于獨(dú)立核算的工業(yè)企業(yè)，其他用水單位參照?qǐng)?zhí)行。根據(jù)污(廢)水的特性，工業(yè)企業(yè)一般優(yōu)先選取非接觸式明渠流量計(jì)配合專門的堰、槽進(jìn)行流量測(cè)量。因此該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于污(廢)水計(jì)量器具配備的精度等級(jí)要求，應(yīng)該是特指明渠堰槽流量計(jì),不在本文探討的范疇。
通過(guò)以上分析可知，污水處理流量計(jì)量系統(tǒng)選用0.5級(jí)或1.0級(jí)的管道流量計(jì)是優(yōu)于有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)配備要求的。但是，我們近幾年在線校準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果，以及在線校準(zhǔn)方法的測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定分析表明，即使污水處理流量計(jì)量系統(tǒng)的精度等級(jí)確定為2.5級(jí)，現(xiàn)行的在線校準(zhǔn)方法的測(cè)量結(jié)果也無(wú)法滿足其規(guī)定的要求。
2在線校準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果分析
管道式大口徑流量計(jì)的在線校準(zhǔn)方法，一般為標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法、利用蓄水池作為測(cè)量容器的液位落差法和檢測(cè)電氣參數(shù)法，比如CJ/T364-2011《管道式電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)要求》中，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)法和電氣參數(shù)檢測(cè)法。在不得已情況下采用驗(yàn)證方法，如經(jīng)常采用的物料平衡法、熱量平衡法、設(shè)備能力法、流量增量驗(yàn)證法等。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的非實(shí)流法校準(zhǔn)液體超聲流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，主要是通過(guò)測(cè)量聲速來(lái)實(shí)現(xiàn)液體超聲流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，適用特大口徑的流量計(jì),如國(guó)家頒布實(shí)施的JJF1358--2012《非實(shí)流法校準(zhǔn)DN1000~DN15000液體超聲流量計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》。
本文在線校準(zhǔn)試驗(yàn)采用1.0級(jí)夾裝式時(shí)差法.超聲流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，被測(cè)流量計(jì)是管道大口徑電磁流量計(jì)，校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)間為20~30min。在線校準(zhǔn)方法參照J(rèn)JG1033--2007《電磁流量計(jì)檢定規(guī)程》和CJ/T364-2011《管道式電磁流量計(jì)在線校準(zhǔn)要求》。2012年、2013年的部分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，其余約60臺(tái)電磁流量計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果以計(jì)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(jì)量誤差大部分在±5%左右，但有的誤差甚至超過(guò)±10%，最大的計(jì)量誤差接近±20%。究其原因，除流量計(jì)選型有誤(實(shí)際管道流速在流量計(jì)規(guī)定流速的下限附近或以下)，安裝不規(guī)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(jìn)行改造外，還有現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn).時(shí)諸多因素的影響。
2.1污水介質(zhì)特性的影響
污水中含有的化學(xué)物質(zhì)、生物物質(zhì),或者經(jīng)過(guò)污水處理后夾帶的活性污泥等會(huì)嚴(yán)重影響類似電磁流量計(jì)等設(shè)備的正常運(yùn)行;污水中還含有大量雜質(zhì)、漂浮物等致使電導(dǎo)率不易控制，電極端子正常工作時(shí)間短，所有接觸式測(cè)量方法都會(huì)在--定時(shí)間內(nèi)精度嚴(yán)重漂移，造成計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)，甚至設(shè)備停用。污水還有另外-一個(gè)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(jīng)常產(chǎn)生大量的氣泡"，這對(duì)于電磁流量計(jì)，特別是夾裝式時(shí)差法超聲流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)表)測(cè)量結(jié)果的影響非常大。
2.2現(xiàn)場(chǎng)安裝管路條件的影響
現(xiàn)場(chǎng)安裝條件不能滿足超聲流量計(jì)夾裝的基本條件，導(dǎo)致流場(chǎng)分布不均勻，測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏離。根據(jù)文獻(xiàn)[2]現(xiàn)場(chǎng)安裝管路條件對(duì)于校準(zhǔn)結(jié)果的影響范圍為+(4.0%~5.0)%。如現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)無(wú)法將超聲流量計(jì)夾裝在阻力件之前，需考慮在測(cè)量結(jié)果上附加流場(chǎng)不均勻帶來(lái)的誤差。
2.3超聲流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)表)的重復(fù)性及再現(xiàn)性的影響
重復(fù)性及再現(xiàn)性對(duì)于檢定結(jié)果的影響范圍為±0.2%~0.4%，這相對(duì)于1.0級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)表是不可忽略的。
2.4由校準(zhǔn)方法過(guò)程產(chǎn)生計(jì)量誤差的影響
采用夾裝式超聲流量計(jì)在線校準(zhǔn)時(shí)，在使用前需測(cè)出測(cè)量管內(nèi)徑，還需確定管道是否有內(nèi)襯及其材料特性，并輸人到轉(zhuǎn)換器中。在試驗(yàn)過(guò)程中，管道壁厚、內(nèi)徑參數(shù)測(cè)量的正確率以及管道內(nèi)襯的選擇對(duì)在線校準(zhǔn)的結(jié)果影響很大。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，試驗(yàn)時(shí)管道壁厚設(shè)置減小0.5mm,測(cè)量結(jié)果偏移0.37%，設(shè)置不同管道內(nèi)襯材料對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響范圍為±(0.5%~1.0)%。
3在線校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定分析
由安裝在測(cè)量管道上的一對(duì)超聲波換能器相向交替或同時(shí)收、發(fā)超聲波，利用超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播速度之差與被測(cè)流體流速關(guān)系求取流速，再通過(guò)流速來(lái)計(jì)算管道內(nèi)流量。
數(shù)學(xué)模型為:
以1.0級(jí)時(shí)差法超聲流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，測(cè)量標(biāo)稱0.5級(jí)DN600管道電磁流量計(jì)為例進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定分析，評(píng)定過(guò)程及結(jié)果如表3所示。.
若假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)表的精度等級(jí)為0.5級(jí)，其余分量均不變時(shí)，代人表3計(jì)算后，其測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U,=1.3%,k=2。
4結(jié)論
通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，并對(duì)其測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定后,按照J(rèn)JF1094--2002《測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》關(guān)于測(cè)量?jī)x器示值誤差符合性判定的基本要求，即評(píng)定示值誤差的測(cè)量不確定度(U95或k=2時(shí)的U)與被評(píng)定測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差的絕對(duì)值(MPEV)之比小于或等于1:3,即滿足U95≤1/3-MPEV時(shí)，示值誤差評(píng)定的測(cè)量不確定度對(duì)符合性評(píng)定的影響可忽略不計(jì)。因此，按表3測(cè)量不確定度的評(píng)定結(jié)果，只有當(dāng)則被測(cè)流量計(jì)的最大允許誤差約為+5%時(shí)，上式才成立。
綜上所述，盡管國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)排污計(jì)量器具規(guī)定其精度等級(jí)為1.5級(jí)或2.5級(jí)，但我們?nèi)越ㄗh對(duì)污水處理流量計(jì)量系統(tǒng)其最大允許誤差規(guī)定為±5.0%。當(dāng)然，隨著今后技術(shù)進(jìn)步和對(duì)在線校準(zhǔn)方法的深入研究，在線測(cè)量結(jié)果的精度也會(huì)進(jìn)一步提高。
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