中國計(jì)量院破解三峽工程水大流量準(zhǔn)確計(jì)量難題

計(jì)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(guān)注。企業(yè)離開計(jì)量到底行不行？計(jì)量在工業(yè)生產(chǎn)中到底發(fā)揮怎樣的作用？計(jì)量的進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又有何聯(lián)系？本報(bào)特開設(shè)“計(jì)量‘企’話”欄目，圍繞計(jì)量與企業(yè)、計(jì)量與產(chǎn)業(yè)的典型案例展開報(bào)道。我們也希望能有更多企業(yè)的人士參與進(jìn)來，與我們一起分享你們企業(yè)與計(jì)量的故事。

　　□ 本報(bào)記者 楊 蕾

　　眼前的照片著實(shí)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(xì)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(jī)組進(jìn)行流量計(jì)校準(zhǔn)的現(xiàn)場?！敝袊?jì)量院熱工所流量室副主任孟濤一邊展示照片一邊講解?，F(xiàn)在，23號機(jī)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(shè)最大型的工程項(xiàng)目。32臺水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量2250萬千瓦。但是，在參加“水大流量計(jì)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(jì)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(zhì)檢總局提出技術(shù)支持請求后，孟濤和他的同事們第一次實(shí)地進(jìn)入三峽水電站的發(fā)電機(jī)組管道。面對著管道的“大”與個人的“小”形成的強(qiáng)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(dá)到846.8億千瓦時(shí)，可替代燃煤4000～5000萬噸。但“大”同時(shí)也給三峽水電站帶來了很多世界性的難題，“水流量的準(zhǔn)確計(jì)量”就是其中一個。

　　“這么大型的水利工程，水輪機(jī)的效率就顯得非常重要。如果水輪機(jī)的效率下降2%，那每年就將給電站帶來15億千瓦時(shí)發(fā)電量的巨大損失。”據(jù)項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人、中國計(jì)量院熱工所所長王池介紹，“水大流量測量的準(zhǔn)確度是影響水輪機(jī)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(dāng)時(shí)為數(shù)不多的尚未解決的技術(shù)難題，是制約水輪機(jī)效率測量的瓶頸?！?br />
　　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(jī)組進(jìn)水管道等等。從三峽、南水北調(diào)這樣的國家重點(diǎn)工程，到廣泛應(yīng)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(jì)量范疇。

　　2007年，分別來自美國、瑞士和中國的三家超聲流量計(jì)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(jì)安裝在三峽工程的三臺水輪機(jī)引水管上以測量水流量?！吧a(chǎn)廠家聲稱的指標(biāo)是否正確需要進(jìn)行確認(rèn)。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(zhǔn)確度水平從0.3%到1%，差別很大。如果流量計(jì)本身的測量準(zhǔn)確度無法得到確認(rèn)，那就談不上利用這樣的流量計(jì)去測量水流量?！蓖醭亟忉?。

　　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(zhǔn)的流量計(jì)，樣子與傳統(tǒng)流量計(jì)完全不同：這種超大口徑的流量計(jì)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(nèi)使用的流量計(jì)最大口徑只有1米多，但三峽水電站安裝的流量計(jì)口徑是12米多。也就是說，三峽水電站使用的流量計(jì)，口徑是國內(nèi)已有的最大口徑流量計(jì)的10倍以上。世界上現(xiàn)有的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的流量上限僅為40m3/s，而三峽水電站常用過水流量達(dá)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(jì)量問題，這樣大流量的計(jì)量研究在國際上也屬首次開展。由于流量過大無法搭建標(biāo)準(zhǔn)裝置，因此傳統(tǒng)的流量計(jì)計(jì)量校準(zhǔn)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(dú)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(jì)非實(shí)流校準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)、積分模型檢驗(yàn)等工作，課題采用了以模型實(shí)驗(yàn)與模擬計(jì)算相結(jié)合的方法，重點(diǎn)解決了對三峽水電站特殊流場對流量計(jì)計(jì)量性能影響的評估，為三峽水電站流量計(jì)出具了校準(zhǔn)報(bào)告。

　　在已完成對三峽電站右岸3臺機(jī)組流量計(jì)校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，課題組持續(xù)開展三峽新建地下電站使用流量計(jì)的校準(zhǔn)，以及流量計(jì)運(yùn)行狀態(tài)的長期監(jiān)測。右岸3臺機(jī)組的校準(zhǔn)結(jié)果還被三峽集團(tuán)公司作為重要的評標(biāo)依據(jù)，參與了三峽上游電站流量計(jì)的招標(biāo)。

　　在三峽水電站流量計(jì)校準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)上，課題組形成了國家校準(zhǔn)規(guī)范JJF1358-2012《非實(shí)流法校準(zhǔn)DN1000～DN15000液體超聲流量計(jì)》，結(jié)束了國內(nèi)超大口徑超聲流量計(jì)無法進(jìn)行檢定校準(zhǔn)的歷史，并為之提供了可能和具有可操作性的技術(shù)方案。

　　除完成三峽水電站安裝的6臺機(jī)組流量計(jì)校準(zhǔn)外，中國計(jì)量院的計(jì)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(jì)進(jìn)行了現(xiàn)場校準(zhǔn)，為長江上游溪洛渡水電站流量計(jì)進(jìn)行了安裝前校準(zhǔn)。

　　孟濤介紹，該項(xiàng)目形成的校準(zhǔn)方法除了用于解決各水電站普遍存在的流量計(jì)計(jì)量關(guān)鍵問題，還將在自來水行業(yè)輸供水貿(mào)易結(jié)算的水計(jì)量、大企業(yè)的工業(yè)廢水排放的監(jiān)測問題上得到應(yīng)用?！艾F(xiàn)在，我們已經(jīng)解決了大口徑管道超聲流量計(jì)的非實(shí)流校準(zhǔn)問題，明渠超聲流量計(jì)與之也具有一定的關(guān)聯(lián)性。因此，我們正準(zhǔn)備與水利部門合作解決明渠流量計(jì)的溯源校準(zhǔn)問題?！泵蠞f。