废水电磁流量计监测数据有效性判别技术研究

          撰文背景：
         进入二十一世纪以来，随着工业生产技术和水平的进步，国家对重点污染源采用自动监测设备实时监测技术迅速普及，业内明文规定以在线测量的数据作为排污收费的重要依据，因此关于废水废气处理的自动监测设备在环境管理上的作用越来越受到重视。目前，为了规范污染源自动监控数据的使用、管理，国家环保部对于加强污染源自动监测设备管理已经出台了多项制度和技术标准、规范。但因为受限于各地的认识水平和经济发展水平，目前污染源废水流量自动监测数据有效性审核制度和程序还不完善，而废水流量是核定废水中污染物排放总量的主要参数，因此导致污染源废水自动监测数据无法准确反映重点污染源主要废水污染物排放的真实状况，距离为总量减排提供科学依据还有相当的距离。


        目前国内的废水流量的测量，基本都是采用的是电磁流量计，因为电磁流量计的本身的优良特性，对于测量水性介质，无论是在供水行业还是在废水的流量测量领域都有着其他流量计无法比拟的优势。

      本文较系统地研究了废水电磁流量计监测数据有效性判别技术的现状，根据电磁流量计的测量原理，在充分考虑其不确定度产生因素的基础上，以科学性和可操作性为原则，对技术检查内容做出设计，从而填补废水电磁流量计监测数据有效性判别技术的空白。根据设计出的技术检查内容对部分安装了电磁流量计的监测数据开展有效性判别试点工作，结果表明该技术检查内容具有较强的使用性。该文以电磁流量计为研究对象，研究废水电磁流量计监测数据有效性判别技术。
 
　　一、 废水电磁流量计使用的现状
　　2013年开始，根据浙江省环保厅刷卡排污总量控制制度的要求，截至2016年年底作为废水刷卡排污系统配套设施，废水电磁流量计全省共安装了1700余套。
　　我国的电磁流量计技术标准分为下面几种，分别是流量计测量标准、流量计检定规程、校准要求、产品技术要求、性能评定方法和使用方法。其中测量标准是由建设部门颁布的，涵盖了流量计的结构、流量公式、制作、安装、水头测量、综合误差分析及维护等方面内容；计量检定规程和校准要求分别是由计量部门颁布的，主要规定了对产品规格、性能、不确定度等进行定期检测和校准，确保流量测量的不确定度在标准范围内；环保产品技术要求环保部门颁布的，规定了电磁流量计的技术要求、检验项目、试验方法、检验规则、包装、运输和贮存的要求，是流量计进入环境保护领域使用的门槛；性能评定方法和使用方法是由计量部门颁布的，规定了电磁流量计用于测量充满封闭管道中导电液体流量的使用和性能检测方法，涉及安装、运行、特性及校准。这几种技术中，测量技术标准是基础，其他标准是保证测量准确的外部质控要求。
　　我国目前电磁流量计的实际使用过程中真正在实施的外部指控手段只有计量部门开展的计量检定，周期一般为两年或以上。由于两次检定期间间隔时间较长，尽管管道、电磁流量计等设施一般不会产生大的问题，但存在企业生产工况变化导致的排水量和水质的变化、流量计的工作状态的变化、流量计零点漂移等因素，对废水流量监测的准确性均会产生较大的影响。而环保部门在两次检定期间缺少对电磁流量计必要的外部质控手段及规范，导致环保部门在开展自动监测数据有效性审核时，流量监测结果的有效性审核至今仍然空缺。因此，在当前的环境管理要求条件下，亟需制定符合我省的电磁流量计自动监测数据有效性判别技术规定。



　　二、 废水电磁流量计监测数据有效性判别技术研究
　　2.1 电磁流量计监测数据有效性判别技术内容设计的基本思路
　　根据废水电磁流量计的测量原理，研究影响该方法测量不确定度的各种因素，包括：①一次装置安装位置及安装管道的规范程度；②测量精度的检查（零点漂移、测试比对）；③结构尺寸的不确定值。在充分考虑上述不确定度产生因素的基础上，按照既抓住影响测量结果准确性的关键点，又须简便易行，保证流量测量数据的准确性的基本原则进行简化，对检查内容做出设计。根据设计出的检查技术内容对部分安装了电磁流量计的监测数据开展有效性判别试点。
　　2.2 电磁流量计监测数据有效性判别技术的基本内容
　　废水电磁流量计自动监测数据有效性判别可以看作为计量检定的期间核查，从现场计量检定技术内容、管道结构、流量计状态、日常运行维护情况、生产工况的变化等几个方面进行现场监督检查。因此本规定将工作程序分为检查流量计检定证书及设备清单、检查一次装置安装位置及安装管道、准确性试验、流量计运行维护情况、数据处理情况检查、流量的变化情况检查。
　　2.2.1 检查流量计检定证书及设备清单
　　检查内容设计：电磁流量计是否通过计量检定是保证流量测量数据准确的前提，因此开展流量计运行情况的监督检查*先要检查流量计的现场计量检定证书。电磁流量计可以通过该项的检查内容来判断流量计是否符合相关性能的要求。
　　检查内容：检查流量计检定证书是否由具备流量检定资质的单位出具，同时检查流量计的类型、主要参数及流量计的检定结果。现场檢查时，由排污企业出具流量计设备清单和流量计检定证书，再进行如下检查：①对照设备清单在现场逐一察看，检查设备的完整性；②流量计检定证书的检查内容为：出具证书的单位是否有检定资质；检定证书是否过期；不确定度检定结果是否合格。
　　2.2.2 检查一次装置安装位置及安装管道
　　检查内容设计：根据《密闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的性能评定方法》GB/T18659-2002中要求一次装置安装位置的上游直管段长度不小于10倍管道公称直径及下游直管段长度不小于5倍管道公称直径，考虑到公称直径在实际测量过程中较难测试，将此处公称直径的要求改为外径以便于更具可操作性，同时规定了管道外径测量方法。
　　检查内容：采用测量精度达5mm的卷尺测量上下游直管段长度及管道外径，管道外径应至少测量3次，3次的测点平均分布在整个直管段中以测量的平均值作为终值。
　　同时考虑有效性与可操作性，将《密闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的性能评定方法》GB/T18659-2002中安装一次装置的管路中来排除聚集在管道中气体的措施、管道内径与流量计内径尺寸要求作为检查内容。
检查安装一次装置的管路中有无充分的措施来排除聚集在管道中的气体，以确保经过流量计的废水始终保持满管流；检查流量计上下游连接处的管道内径是否一致，且管道内径是否不小于流量计内径但不大于±3%。
 
2.2.3 准确性试验
　　检查内容设计：考虑到废水电磁流量计均为长期运行，现场检查时无法暂停。通过在研究国内外相关资料，总结近些年浙江计量技术监督部门的现场检定经验的基础上，根据《电磁流量计检定规程》JJG 1033、《管道式电磁流量计在线校准要求》CJ/T 364、《密闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的性能评定方法》GB/T18659-2002、《封闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的使用方法》GB/T18660-2002中的相关内容确定了这一检查项目的主要工作程序及内容。大量的实践也证明了其可操作性、有效性。
　　检查内容：现场试验可采取以下任意一种方法。
　　2.3.3.1 标准表比對法
　　按标准表使用方法的要求（参考CJ/T 364或仪器使用说明），将其串联安装在电磁流量计上游或下游的管道上进行流量测试，连续测试不少于5分钟，取测试平均值与同时段电磁流量计测试的平均值进行准确度计算，其相对误差应不大于±5%。
　　2.3.3.2 零点漂移校准法
　　断开传感器励磁线圈和转换器之间的电缆连接，保持电极信号线的电缆连接，检查后通电预热15min以上。将转换器中的参数设置恢复到正常工作状态，持续观测15min，每5min记录转换器的瞬时流量显示值qoi。取**大的值与电磁流量计量程相比较，得到零点漂移δq0，零点漂移**不大于5%。
　　2.2.4 检查流量计运行维护情况
　　检查内容设计：电磁流量计测量精度与各个测量部件的日常运行情况密切相关，所以日常的仪器维护是确保测量精度的重要手段，而日常维护的同时要及时进行记录，确保数据的可溯源性。
　　检查内容：检查流量计维护的档案资料，并进行现场查看，重点检查：①流量计的日常维护是否责任到人；②流量计的日常维护档案记录，零点是否定期校准。
　　2.2.5 检查数据处理情况
　　检查内容设计：根据污染源自动数据有效性审核内容与方法中关于设备运行率和数据传输率的相关要求，确定了这一检查项目的主要工作程序及内容。
　　检查内容：调阅流量计历史数据库，检查流量数据的异常、缺失及处理情况，检查流量小时数据及日报表，计算流量数据的获取率（正常的小时流量数据量/排污小时数），不应小于90%。
　　2.2.6 检查流量的变化情况
　　检查内容设计：考虑到电磁流量计均有一个小测量范围，如实际流量低于该值则测量精度将无法保证。为确保测量精度待测流量应不小于小测量范围，同时流量值也不宜超过量程的****。显然，如果流量测量结果平均大于流量计量程的****时，也是不合适的。
　　检查内容：随即调取一天的历史水量平均值，判断该平均值是否在仪器测量量程的范围内。

　　三、 试点结果及结论
　　随机选取了10套电磁流量计进行有效性审核检查试点，检查结果见下表。
　　结果表明：①有3家通过计量检定，6家检定证书过期，1家未进行检定；②安装位置均符合要求；③4家通过准确性试验，6家未通过准确性试验，相对误差分别为：-5.3%、-9.3%、-7.4%、-7.7%、-10.1%、-11%；④流量计运行维护、数据处理情况、流量的变化情况均符合要求。
　　可见由于缺乏监管，电磁流量计均存在一定的问题。该文提出的几个检查内容简单易懂、操作方便，对于完善电磁流量计有效性审核规范具有重要意义。另根据试点结果，同时考虑现场测试时标准表计不确定的漂移，将准确性试验要求的5%放宽为10%较为合理。

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