中國計量院破解三峽大口徑流量計量校準問題
作者： 2015年10月27日 來源：中國質量新聞網 瀏覽量：
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三峽水電站是中國建設最大型的工程項目，也是世界規模最大的水電站。但在計量水量的準確性上遇到了難題，這個難題卻有效的被中國計量院破解，解決了大口徑管道超聲流量計的非實流校準問題。
三峽水電站是中國建設最大型的工程項目，也是世界規模最大的水電站。但在計量水量的準確性上遇到了難題，這個難題卻有效的被中國計量院破解，解決了大口徑管道超聲流量計的非實流校準問題。
目前，三峽工程新一輪175米試驗性蓄水已進入“最后沖刺”階段，蓄水有望于10月底完成，這將是三峽工程連續5年成功實現175米蓄水目標。
眼前的照片著實讓人震撼：巨大的圓形水流管道前，布滿了橫七豎八的腳手架。如果不仔細看，很難發現腳手架上那幾個帶著黃色安全帽的工作人員。“這就是我們5年前給三峽水電站23號機組進行流量計校準的現場。”中國計量院熱工所流量室副主任孟濤一邊展示照片一邊講解。現在，23號機組已經投產發電，孟濤曾經工作過的空曠水流管道如今已成了長江水滾滾向前的必經之地。
三峽水電站是世界上規模最大的水電站，也是中國有史以來建設最大型的工程項目。32臺水輪發電機組，總裝機容量2250萬千瓦。但是，在參加“水大流量計量與三峽電站流量溯源研究”這個課題之前，這些數字估計也很難讓孟濤他們想象出這個世界上最大的水利樞紐工程到底有多“大”。
2007年，在三峽總公司向質檢總局提出技術支持請求后，孟濤和他的同事們第一次實地進入三峽水電站的發電機組管道。面對著管道的“大”與個人的“小”形成的強烈反差，孟濤他們對這一工程的“大”才有了切身體會。
“大”讓三峽水電站年發電量可以達到846.8億千瓦時，可替代燃煤4000～5000萬噸。但“大”同時也給三峽水電站帶來了很多世界性的難題，“水流量的準確計量”就是其中一個。
“這么大型的水利工程，水輪機的效率就顯得非常重要。如果水輪機的效率下降2%，那每年就將給電站帶來15億千瓦時發電量的巨大損失。”據項目組負責人、中國計量院熱工所所長王池介紹，“水大流量測量的準確度是影響水輪機效率測量的重要參數。目前，水大流量測量是世界難題，也是三峽工程當時為數不多的尚未解決的技術難題，是制約水輪機效率測量的瓶頸。”
水大流量是指過流斷面的尺寸和其中通過的流量都很巨大，主要指大型引水輸水工程中的巨型管道、涵洞和渠道，水電站的機組進水管道等等。從三峽、南水北調這樣的國家重點工程，到廣泛應用于城鎮供水的自來水行業的輸水管道，都屬于水大流量計量范疇。
2007年，分別來自美國、瑞士和中國的三家超聲流量計生產廠家與三峽總公司簽訂了合同，將各自生產的超聲流量計安裝在三峽工程的三臺水輪機引水管上以測量水流量。“生產廠家聲稱的指標是否正確需要進行確認。以三峽流量測量為例，基本相同的測量方案，各廠家給出的測量準確度水平從0.3%到1%，差別很大。如果流量計本身的測量準確度無法得到確認，那就談不上利用這樣的流量計去測量水流量。”王池解釋。
正如照片所呈現出來的，孟濤他們用來為三峽水電站校準的流量計，樣子與傳統流量計完全不同：這種超大口徑的流量計不是一塊儀表的形態，而是由36個分布在圓形水流管道四周的探頭組成。
“之前，國內使用的流量計最大口徑只有1米多，但三峽水電站安裝的流量計口徑是12米多。也就是說，三峽水電站使用的流量計，口徑是國內已有的最大口徑流量計的10倍以上。世界上現有的水流量標準裝置的流量上限僅為40m3/s，而三峽水電站常用過水流量達到900m3/s。我們要解決的是幾十倍于現有測量范圍的流量計量問題，這樣大流量的計量研究在國際上也屬首次開展。由于流量過大無法搭建標準裝置，因此傳統的流量計計量校準方法無法使用，必須另辟蹊徑。”孟濤說，這是一個艱巨的挑戰。
這的確是一個是世界上獨一無二的難題。課題組歷經5年研究，建立了一套超大口徑超聲流量計非實流校準裝置及方法，先后在三峽電站現場完成了幾何參數測量、零流速實驗、積分模型檢驗等工作，課題采用了以模型實驗與模擬計算相結合的方法，重點解決了對三峽水電站特殊流場對流量計計量性能影響的評估，為三峽水電站流量計出具了校準報告。
在已完成對三峽電站右岸3臺機組流量計校準的基礎上，課題組持續開展三峽新建地下電站使用流量計的校準，以及流量計運行狀態的長期監測.右岸3臺機組的校準結果還被三峽集團公司作為重要的評標依據，參與了三峽上游電站流量計的招標。
在三峽水電站流量計校準研究的基礎上，課題組形成了國家校準規范JJF1358-2012《非實流法校準DN1000～DN15000液體超聲流量計》，結束了國內超大口徑超聲流量計無法進行檢定校準的歷史，并為之提供了可能和具有可操作性的技術方案。
除完成三峽水電站安裝的6臺機組流量計校準外，中國計量院的計量科研人員還對黃河上游最大的電站——拉西瓦水電站流量計進行了現場校準，為長江上游溪洛渡水電站流量計進行了安裝前校準。
孟濤介紹，該項目形成的校準方法除了用于解決各水電站普遍存在的流量計計量關鍵問題，還將在自來水行業輸供水貿易結算的水計量、大企業的工業廢水排放的監測問題上得到應用。“現在，我們已經解決了大口徑管道超聲流量計的非實流校準問題，明渠超聲流量計與之也具有一定的關聯性。因此，我們正準備與水利部門合作解決明渠流量計的溯源校準問題。”孟濤說。
目前，三峽工程新一輪175米試驗性蓄水已進入“最后沖刺”階段，蓄水有望于10月底完成，這將是三峽工程連續5年成功實現175米蓄水目標。
眼前的照片著實讓人震撼：巨大的圓形水流管道前，布滿了橫七豎八的腳手架。如果不仔細看，很難發現腳手架上那幾個帶著黃色安全帽的工作人員。“這就是我們5年前給三峽水電站23號機組進行流量計校準的現場。”中國計量院熱工所流量室副主任孟濤一邊展示照片一邊講解。現在，23號機組已經投產發電，孟濤曾經工作過的空曠水流管道如今已成了長江水滾滾向前的必經之地。
三峽水電站是世界上規模最大的水電站，也是中國有史以來建設最大型的工程項目。32臺水輪發電機組，總裝機容量2250萬千瓦。但是，在參加“水大流量計量與三峽電站流量溯源研究”這個課題之前，這些數字估計也很難讓孟濤他們想象出這個世界上最大的水利樞紐工程到底有多“大”。
2007年，在三峽總公司向質檢總局提出技術支持請求后，孟濤和他的同事們第一次實地進入三峽水電站的發電機組管道。面對著管道的“大”與個人的“小”形成的強烈反差，孟濤他們對這一工程的“大”才有了切身體會。
“大”讓三峽水電站年發電量可以達到846.8億千瓦時，可替代燃煤4000～5000萬噸。但“大”同時也給三峽水電站帶來了很多世界性的難題，“水流量的準確計量”就是其中一個。
“這么大型的水利工程，水輪機的效率就顯得非常重要。如果水輪機的效率下降2%，那每年就將給電站帶來15億千瓦時發電量的巨大損失。”據項目組負責人、中國計量院熱工所所長王池介紹，“水大流量測量的準確度是影響水輪機效率測量的重要參數。目前，水大流量測量是世界難題，也是三峽工程當時為數不多的尚未解決的技術難題，是制約水輪機效率測量的瓶頸。”
水大流量是指過流斷面的尺寸和其中通過的流量都很巨大，主要指大型引水輸水工程中的巨型管道、涵洞和渠道，水電站的機組進水管道等等。從三峽、南水北調這樣的國家重點工程，到廣泛應用于城鎮供水的自來水行業的輸水管道，都屬于水大流量計量范疇。
2007年，分別來自美國、瑞士和中國的三家超聲流量計生產廠家與三峽總公司簽訂了合同，將各自生產的超聲流量計安裝在三峽工程的三臺水輪機引水管上以測量水流量。“生產廠家聲稱的指標是否正確需要進行確認。以三峽流量測量為例，基本相同的測量方案，各廠家給出的測量準確度水平從0.3%到1%，差別很大。如果流量計本身的測量準確度無法得到確認，那就談不上利用這樣的流量計去測量水流量。”王池解釋。
正如照片所呈現出來的，孟濤他們用來為三峽水電站校準的流量計，樣子與傳統流量計完全不同：這種超大口徑的流量計不是一塊儀表的形態，而是由36個分布在圓形水流管道四周的探頭組成。
“之前，國內使用的流量計最大口徑只有1米多，但三峽水電站安裝的流量計口徑是12米多。也就是說，三峽水電站使用的流量計，口徑是國內已有的最大口徑流量計的10倍以上。世界上現有的水流量標準裝置的流量上限僅為40m3/s，而三峽水電站常用過水流量達到900m3/s。我們要解決的是幾十倍于現有測量范圍的流量計量問題，這樣大流量的計量研究在國際上也屬首次開展。由于流量過大無法搭建標準裝置，因此傳統的流量計計量校準方法無法使用，必須另辟蹊徑。”孟濤說，這是一個艱巨的挑戰。
這的確是一個是世界上獨一無二的難題。課題組歷經5年研究，建立了一套超大口徑超聲流量計非實流校準裝置及方法，先后在三峽電站現場完成了幾何參數測量、零流速實驗、積分模型檢驗等工作，課題采用了以模型實驗與模擬計算相結合的方法，重點解決了對三峽水電站特殊流場對流量計計量性能影響的評估，為三峽水電站流量計出具了校準報告。
在已完成對三峽電站右岸3臺機組流量計校準的基礎上，課題組持續開展三峽新建地下電站使用流量計的校準，以及流量計運行狀態的長期監測.右岸3臺機組的校準結果還被三峽集團公司作為重要的評標依據，參與了三峽上游電站流量計的招標。
在三峽水電站流量計校準研究的基礎上，課題組形成了國家校準規范JJF1358-2012《非實流法校準DN1000～DN15000液體超聲流量計》，結束了國內超大口徑超聲流量計無法進行檢定校準的歷史，并為之提供了可能和具有可操作性的技術方案。
除完成三峽水電站安裝的6臺機組流量計校準外，中國計量院的計量科研人員還對黃河上游最大的電站——拉西瓦水電站流量計進行了現場校準，為長江上游溪洛渡水電站流量計進行了安裝前校準。
孟濤介紹，該項目形成的校準方法除了用于解決各水電站普遍存在的流量計計量關鍵問題，還將在自來水行業輸供水貿易結算的水計量、大企業的工業廢水排放的監測問題上得到應用。“現在，我們已經解決了大口徑管道超聲流量計的非實流校準問題，明渠超聲流量計與之也具有一定的關聯性。因此，我們正準備與水利部門合作解決明渠流量計的溯源校準問題。”孟濤說。
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