上海团标《上海城镇排水系统电磁流量计在线校核 超声互相关法 技术规程》的草案
上海城镇排水系统电磁流量计在线校核技术要求-20230907征求意见稿.docx|
CCS |
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超声互相关法 技术规程 Technical specifications for Shanghai Urban drainage system electromagnetic flowmeter online calibration by cross correlation method |
前言............................................................................ II
1 范围.......................................................................... 3
2 规范性引用文件................................................................ 3
3 术语和定义.................................................................... 3
4 基本要求...................................................................... 3
4.1 一般要求.................................................................. 3
4.2 标准表要求................................................................ 3
4.3 校核流程要求.............................................................. 4
4.4 安全作业要求.............................................................. 4
5 校核预评估.................................................................... 4
5.1 电磁流量计评估............................................................ 4
5.2 现场实施条件评估.......................................................... 4
6 设备安装...................................................................... 5
6.1 安装方式.................................................................. 5
6.2 安装位置.................................................................. 5
6.3 安装方向及深度............................................................ 5
7 数据校核...................................................................... 5
7.1 示值误差校核.............................................................. 5
7.2 重复性.................................................................... 6
7.3 不确定度.................................................................. 6
7.4 数据获取.................................................................. 6
7.5 校核周期.................................................................. 6
附录A（资料性） 校核报告数据记录表.............................................. 7
附录B（资料性） 插入式超声波互相关流量计安装.................................... 8
附录C（资料性） 标准表测量原理................................................. 10
为推动上海城镇排水系统电磁流量计在线校准准确度提升，降低城镇排水系统复杂工况下的操作要求和周期要求，加强电磁流量计产品设计、生产和校准的工作指引和精细化、精准化、标准化管理，编制组经广泛调查研究，参考有关国内外标准，认真总结实践经验，并在广泛征求意见的基础上，编制本团体标准。
本标准按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本标准的某些内容可能直接或间接涉及专利，本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任，对所涉专利的真实性、有效性和范围无任何立场。
若标准中涉及必不可少的专利，编制单位承诺已确保专利权人或者专利申请人同意在公平、合理、无歧视基础上，免费许可任何组织或者个人在实施该标准时实施其专利。本标准由上海市排水行业协会归口管理。
本标准主要起草单位：上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司、上海铂尔怡环境技术股份有限公司。
本标准主要参编单位：上海市排水管理事务中心、上海市城市排水有限公司、上海城投污水处理有限公司、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司、中交上海航道勘察设计研究院有限公司、长江生态环保集团有限公司。
本标准主要起草人：黄慰忠、肖震、戴勇华、刘晨阳、丰强强、张爱平、朱弋、潘炜、李滨、谢宇铭、王坚、王强、孙勇、吴坤明、倪志辉、王湘月。
本标准主要审查人员：戴孙放、陈洪、袁景淇、刘建勇、尹轶夙、陈璐伟、王靖。
本标准为首次发布。
本规程规定了城镇排水系统电磁流量计的基本要求、校核预评估、设备安装和数据校核。
本规程适用于采用插入式超声波互相关法对城镇排水系统中管径范围为100 mm ~3000 mm的电磁流量计进行在线校核。排水系统中其他类型流量计的在线校核可参照本规程执行。
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 18659-2023 封闭管道中流体流量的测量 电磁流量计使用指南
CJ/T 364-2011 管道式电磁流量计在线校准要求
JB/T 9248 电磁流量计
3.1
电磁流量计 magnetic flow meter
产生一个垂直于流动方向的磁场，利用导电流体在磁场中运动所产生的感应电压Uv推导出流量的流量计。
[来源：GB/T 18659-2023，3.1]
3.2
标准表 standard meter
精度优于电磁流量计或与之相当，可用于电磁流量计校核的流量表计。
3.3
标准管段 standard pipeline
与流量计相联接的、适合标准表安装的、尺寸已知且稳定的一段平直管道。
3.4
超声波互相关在线校核方法 ultrasonic cross-correlation online calibration method
标准表采用超声波互相关技术，使流体在相同时间间隔内连续通过标准表和电磁流量计，比较两者的输出流量值，从而确定电磁流量计计量精度的校核方法。该方法也可用于其他型式流量计的在线校准。
4.1.1 电磁流量计在线校核完成后应出具校核报告，校核报告中校核报告应包括校核数据、校准方法和校准结果等内容。
4.1.2 电磁流量计校核过程中应对校核数据和校核处理结果进行记录，校准记录表参考格式见附录A。
4.1.3 电磁流量计的校核周期宜由被校单位根据实际使用情况确定，但不宜超过2年。
4.2.1 标准表应具有CMA或CNAS认证的有效检定证书。
4.2.2 标准表应根据现场安装、使用条件来进行选择，测量范围能够满足现场流量要求。
4.2.3 标准表的基本误差应优于±0.5％，测量误差应小于1%。
电磁流量计的在线校核步骤应包括：校核预评估、校核设备安装、数据校核和校核报告出具。
4.4.1 电磁流量计在线校核项目开始前应建立健全的项目安全管理制度、安全操作规程，并制定火灾、爆炸、中毒、窒息、触电、跌落外伤、中暑等事故应急救援预案，事故发生后，应立即按照救援预案启动救援。
4.4.2 踏勘、安装及操作等工作应实行作业前工作交底制度，并应对从事踏勘、安装及操作的作业人员进行安全作业与相关技术培训。
4.4.3 在进行现场踏勘、设备安装、调试校准等操作时应配置不少于3名工作人员，其中必须至少包含1名安全员，负责现场安全防护事项。
4.4.4 在进行现场踏勘、设备安装、调试校核等操作时，应配备必要的防护设备与用品。
4.4.5 在进行管道焊接、开孔等危险作业时须由专业的电焊工进行操作。
4.4.6 在室外作业不宜在雷雨等恶劣天气作业；夜间作业时，应在作业区域周边明显处设置警示灯；作业完毕，应及时清除障碍物。
5.1.1 电磁流量计应有出厂或前次的校准或检定证书，进行电磁流量计校核工作前应根据GB/T 18659的相关规定对电磁流量计的安装设计和性能进行评估，并检查流量计是否正常工作和转换器中影响计量准确度关键参数的输入是否正确。
5.1.2 电磁流量计评估试验中应确保试验管道中液体均匀稳定流动，避免扰动引起的局部速度急剧波动。
5.1.3 电磁流量计传感器应单独正确接地，且接地电阻小于10 Ω或符合生产厂家特定的要求。
5.1.4 电磁流量计应满足下列要求：
a) 在规定的流量范围内准确度等级满足JB/T 9248的要求；
b) 重复性误差不超过基本误差限绝对值的1/2；
c) 零点漂移不超过基本误差限的绝对值。
5.2.1 安装管道直径应在100 mm ~3000 mm区间内，管道材质可为碳钢、铸铁、不锈钢、钢筋混凝土、PE热熔管等。
5.2.2 现场校核区域操作温度应在-20℃~50℃（在防爆一区-20℃~40℃）区间内。
5.2.3 安装管段实际流速不应小于0.05 m/s，管道压力应小于4 bar。
5.2.4 待测液体的颗粒物浓度需要在5-40000mg/L的区间范围内。
5.2.5 校核现场应具备满足校核要求的标准管段，标准管段选择应满足下列要求：
a) 选择的流量计上、下游的直管段内壁应清洁、无明显凹痕、积垢和起皮等现象；
b) 避开可能产生不满管、电磁干扰、外部管壁锈蚀严重以及管道内部可能有结垢的位置；
c) 管道外壁锈蚀无法避免，对安装位置进行清理，应保证管壁上的油漆、铁锈、污垢等完全清理，露出管道材质，并打磨光滑。
d) 标准管段与电磁流量计直接串联，标准管段长度应满足下列要求，无法满足时，应增加传感器数量进行叠加拟合。
1) 标准表上游长度不低于管径的5倍；
2) 标准表下游长度不低于管径的3倍。
6.1.1 标准表安装时应根据现场运行是否具备断水作业条件选择作业方式。当不具备断水作业条件时，可依据下列步骤采用不断水作业的方式进行安装：
a) 将焊接件或密封件固定至待开孔管道相应位置；
b) 接上球阀后，拧入带压密封开孔器进行开孔；
c) 开孔后退回钻头并关闭球阀，拧出开孔器；
d) 打开球阀，同时插入传感器，调节安装深度与角度。
6.1.2 超声波传感器、带压密封开孔器、传感器固定件等与管道管径尺寸应相匹配。
6.1.3 带压密封开孔器应根据管道材质选择不同的固定方式，常规管道固定方式如下：
a) 无焊接条件下，可选用与管道管径尺寸相匹配的抱箍进行固定；
b) 碳钢与铸铁管道宜使用焊接件进行固定；
c) 钢筋混凝土与PE热熔管宜使用密封件进行抱箍固定。
6.1.4 带压密封开孔器安装附件示意图见附录B.1。
6.1.5 钢筋混凝土管道进行开孔前应采用金属探测器进行探测，避开钢筋位置。
6.1.6 对于非满管流态的流量计在线校核应在互相关流速传感器基础上加装液位传感器，液位传感器安装位置示意图见附录B.2。
6.2.1 标准表应串联安装在电磁流量计上游侧或下游侧，串联安装示意图见附录B.3。
6.2.2 标准表传感器在管道上的安装位置，应与管道横截面中垂线夹角在45°-135°以内，并应满足下列要求，示意图见附录B.4：
a) 传感器探头低于最低液面；
b) 待测管道顶部存在气泡或管底存在铁锈等杂质淤积时，标准表的安装角度避开管顶和管底；
c) 管底淤积较多且未知淤积高度时，标准表应使用带水中超声波功能的插入式互相关流量计，从管道顶部垂直向下安装，示意图见附录B.5。
标准表传感器与管壁应垂直安装，并满足下列要求，安装方向及深度示意图见附录B.6。
a) 传感器的流速测量窗口应正对来水方向；
b) 传感器深入管道内壁宜为约12 mm使流速测量窗口完全露出管内壁。
A
7.1 一般要求
电磁流量计数据校核应包括示值误差、重复性和不确定度等主要校核指标。
7.2.1 流量计校核项为同时段内的电磁流量计与标准表在一段时间内的累计流量，流量数值可采用表头直接读取或采用瞬时流量求累积，计算原理和方法见附录C。
7.2.2 根据现场不同工况确定校核流量点，流量点一般选择3~5个，每个流量点校核3次。
7.2.3 每次校核时，同时读取并记录流量计和标准表的示值。若读取的数值为瞬时值，应至少读取20个数值，取其平均值；若读取的数值为累积值，读取至少20分钟的累积值。相对示值误差可按公式（1）计算。
···························································· (1)
式中：
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第i个流量点第j次校核时电磁流量计示值误差； |
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— |
第i个流量点第j次校核时电磁流量计示值； |
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— |
第i个流量点第j次校核时标准表示值。 |
7.2.4 当电磁流量计在各流量点的读数与标准表的示值误差在电磁流量计的标称精度范围以内，且满足5.1.4的要求时可判定电磁流量计工作状态合格。
7.3.1 电磁流量计应将所有流量点重复性最大值作为电磁流量计的重复性，其重复性应满足JB/T 9248的相关规定。
7.3.2 重复性试验可与示值误差试验同时进行。
7.3.3 各流量点重复性可按公式（2）计算。
···················································· (2)
式中：
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— |
用示值百分数表示的电磁流量计重复性； |
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— |
第i个流量点n次测量中电磁流量计示值流量的算术平均值； |
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— |
校核试验次数。 |
7.4.1 电磁流量计校核过程中应对校准结果示值误差、重复性的不确定度进行评定。
7.4.2 示值误差、重复性的不确定度应按照CJ/T 364-2011中附录D规定的评定方法进行评定。
B
附录A
（资料性）
校核报告数据记录表
A.1 流量计互相关法在线校核记录表见表A.1。
表A.1 流量计互相关法在线校核记录表
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基本信息 |
委托方 |
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通讯地址 |
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委托日期 |
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联系人 |
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联系方式 |
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被校仪表 |
名称 |
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型号 |
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序列号 |
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制造商 |
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规格 |
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标准表 |
变送器名称 |
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型号 |
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序列号 |
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流速传感器 |
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型号 |
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序列号 |
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液位传感器① |
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型号 |
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序列号 |
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传感器安装位置： |
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管段信息 |
管道外径 |
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管道壁厚 |
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管道材质 |
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衬里材质 |
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衬里壁厚 |
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外壁清洁 |
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平直度长度 |
上游方向： 下游方向： |
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满管/非满管 |
口满管 口非满管 沉积厚度： 管顶气泡： |
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悬浮物浓度② |
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介质类型 |
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介质温度 |
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校核记录 |
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基本信息 |
校核日期 |
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操作人 |
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联系方式 |
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校核间隔 |
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平衡时间 |
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序号 |
被校仪表读数Q被校 |
标准表读数Q标准 |
示值误差 |
重复性 |
不确定度 |
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口m³/h 口l/s |
口m³/h 口l/s |
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备注 |
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①为当管道为非满管流态时可能需要使用液位传感器。 ②为颗粒物浓度需要在5-40000 mg/L的区间范围内。 |
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C
A
B.1 插入式超声波互相关流量计安装附件示意图见图B.1。
图B.1 流量计安装附件
B.2 非满管流量测量时使用插入式互相关流速传感器+液位传感器的方式，见图B.2。
图B.2使用插入式互相关流速传感器+液位传感器的方式测量非满管流量
B.3 插入式超声波互相关流量计串联安装示意图见图B.3。
图B.3电磁流量计串联的插入式互相关流量计实物示意图
D
E图7.4.1.3互相关传感器安装角度（①为管顶气泡，②为管底淤积）
F7.4.1.4安装方向及深度
G由于互相关流量计测量原理需要传感器正对来水方向，因此需要确保传感器与管壁垂直安装，并使传感器的流速测量窗口正对来水方向，传感器深入管道内壁约12mm使得流速测量窗口完全露出管内壁即可，如下图所示。
H
I图7.4.1.4互相关传感器安装方向及深度（①为插入深度过深，②为插入深度不够，③为正确插入深度）
J7.4.2检测非满管流量工况
K当被测管道为非满管流态时，除了需要安装互相关流速传感器之外还需要安装一个液位传感器，用于精确计算实时的管道横截面积，如下图所示。
L图7.4.2使用插入式互相关流速传感器+液位传感器的方式测量非满管流量
M7.4.3检测管底污泥较多情况的满管流量工况
N当待测管道的管底淤积较多且未知淤积高度时，需使用带水中超声波功能的插入式互相关流量计，从管道顶部垂直向下安装，水中超声波功能可以实时测量淤积界面的高度并结合管径换算得到实时的管道横截面积，提高流量测量精度。
O
P图7.4.3使用带水中超声波功能的插入式互相关流量计应对管底淤积较多的情况
图B.4 互相关传感器管道横截面方向安装位置示意图（①为管顶气泡，②为管底淤积）
B.5 检测管底污泥较多情况下传感器安装位置示意图见图B.5。
图B.5 使用带水中超声波功能的插入式互相关流量计应对管底淤积较多的情况
B.6 超声波互相关传感器安装方向及深度示意图见图B.6。
图B.6 互相关传感器安装方向及深度（①为插入深度过深，②为插入深度不够，③为正确插入深度）
附录C
（资料性）
标准表测量原理
C.1 标准表测量原理
C.1.1 超声波互相关流量计流速测量原理步骤如下：
a) 传感器连续扫描水中多个颗粒或气泡，反射信息存储为图像；
b) 基于频率特征的粒子识别，根据脉冲重复频率确定两个脉冲之间的TPRF时差Δt；
c) 根据时间差和距离间隔计算得到或气泡的速度，确定点的流速。
C.1.2 超声波互相关法流速测量原理示意图见图C.1。
图C.1 超声波互相关法流速测量原理
C.2.1 标准表流量可采用公式（C.1）计算。
································································ (C.1)
式中：
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Q |
—— |
标准表流量，单位为立方米每秒（ |
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—— |
平均流速，单位为米每秒（m/s）； |
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—— |
过流面积，单位为平方米（ |
C.2.2 平均流速可采用公式（C.2）计算。
····························································· (C.2)
式中：
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—— |
水中声速，单位为米每秒（m/s）； |
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—— |
测量的时间差，单位为秒（s）； |
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—— |
脉冲重复频率，单位为兆赫兹（MHz）； |
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—— |
光束角，单位为度（°）。 |
Q
R
B
