中國計量院破解三峽工程水大流量準確計量難題

計量就像空氣，與人類生產(chǎn)生活緊密相連，但又往往不為人們關注。企業(yè)離開計量到底行不行？計量在工業(yè)生產(chǎn)中到底發(fā)揮怎樣的作用？計量的進步與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又有何聯(lián)系？本報特開設“計量‘企’話”欄目，圍繞計量與企業(yè)、計量與產(chǎn)業(yè)的典型案例展開報道。我們也希望能有更多企業(yè)的人士參與進來，與我們一起分享你們企業(yè)與計量的故事。

　　□ 本報記者 楊 蕾

　　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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在，23號機組已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電，孟濤曾經(jīng)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(jīng)之地。

　　三峽水電站是世界上規(guī)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(fā)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(shù)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(fā)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(fā)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(fā)電量的巨大損失。”據(jù)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(shù)。目前，水大流量測量是世界難題，也是三峽工程當時為數(shù)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(zhèn)供水的自來水行業(yè)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(chǎn)廠家與三峽總公司簽訂了合同，將各自生產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(tǒng)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(tài)，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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(zhàn)。

　　這的確是一個是世界上獨一無二的難題。課題組歷經(jīng)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(xiàn)場完成了幾何參數(shù)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(xù)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(tài)的長期監(jiān)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(jù)，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(guī)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(xiàn)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(yè)輸供水貿(mào)易結算的水計量、大企業(yè)的工業(yè)廢水排放的監(jiān)測問題上得到應用。“現(xiàn)在，我們已經(jīng)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(lián)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。