城市天然氣流量計的選用《轉載》

重慶工業自動化儀表研究所 孫淮清

一． 前言
據資料介紹，世界能源的發展在20世紀20年代是煤炭的高峰期，其占能源的百分比超過70%，70年代至90年代石油接替煤炭，石油占能源百分比為30%~40%，到21世紀早期天然氣將逐步代替石油，天然氣占能源百分比預測將超過50%。能源的交替更換自有其內部和外部的原因，其內部原因是近20年來石油產量上升緩慢，而天然氣卻高速增長，1970~1996年世界天然氣年產量翻了一番還多，而石油產量基本維持不變。據稱世界仍蘊藏極豐富的天然氣資源，它為天然氣工業的發展奠定了堅實的基礎。

能源交替更換的外部原因為天然氣是一種高效、清潔的燃料和優質化工原料，它極大地吸引著用戶。城市環境的急劇惡化是推動能源結構變革的最大動力。汽車尾氣排放已到了忍無可忍的地步，城市酸雨的頻繁發生告誡人們再也不能維持原有的能源結構了。

我國是天然氣資源豐富的大國，據評價，天然氣遠景儲量達38萬億立方米，目前已探明儲量就有1.6萬億立主米。但長期以來天然氣工業的發展卻嚴重滯后，至今年產量不過200多億立方米，僅占能源消費結構的2%，（而世界為20%以上），這種情況與天然氣資源大國極不相稱。近來政府非常重視天然氣工業的發展，在政策上作出重大決策，“西氣東輸”的啟動拉開了我國能源結構重大調整的帷幕。城市是天然氣使用的最終用戶,在城市用戶中既有工業企業，又有城市公用產業,它是一個龐雜的用戶群。在天然氣使用中必須解決一個重要問題，它就是需要提供適應社會主義市場經濟要求的天然氣流量計量系統。流量計量既是天然氣供需雙方貿易結算的依據，亦是生產部門用氣效率的主要技術指標。在企業生產和經營管理中流量計量是一項日常進行的、重要的技術基礎工作。準確的流量計量可以適時改進生產工藝，提高產品質量，降低產品成本，確保安全生產，合理經營管理以及提高經濟效益和社會效益。 現在大家已經認識到壓縮天然氣作為車用燃料和城市企業及公用事業。以氣代煤作為基本燃料是改善城市環境質量的根本措施。這些部門都需要適合用戶要求的流量計量儀表。由于用戶極其龐雜，對流量儀表的要求多種多樣，流量計產品多樣化是必然趨勢。隨之而來是如何在如此多樣類型的流量計中選用合適的儀表這一問題。城市用天然氣流量計與長輸管線用于貿易結算的天然氣流量計有不同的要求，它需要解決的測量對象大致為低壓（1.6MPa以下）、中小流量（DN200以下）、安裝條件差（直管段長度不足）、管理維護力量薄弱、功能簡明易懂、操作方便、免維護、價格適中等等。為滿足上述要求，盡管已有許多成熟的儀表，要滿足用戶的要求仍然需要進行大量的開發工作，“適應市場，永遠努力”應該是生產廠的座右銘。

二．天然氣流量計簡介

已經使用或即將投用的流量計大致有以下種類：差壓式流量計、渦輪流量計、流體振動流量計、容積式流量計、超聲流量計、靶式流量計和科氏質量流量計等。

1． 差壓式流量計：包括檢測件為標準節流裝置和均速管等。它是應用歷史悠久，實踐經驗豐富成熟，標準規范完善（均速管除外），品種規格齊全的一類流量計，廿十世紀50年代以前它可能是唯一的天然氣流量計。它有許多不足之處：如測量精度一般，現場安裝條件要求高，壓損大，范圍度窄等等；針對上述不足，近年國內生產廠推出一系列改進辦法，如一體式差壓流量計、定值節流件、可換孔板節流裝置、采用標準噴嘴等等，再加80年代以后差壓式流量計的兩個組成部分：差壓變送器和流量顯示儀有突出的進展，估計今后此類流量計仍將占據重要的地位。

2． 渦輪流量計：在歐洲和美國渦輪流量計是繼孔板流量計之后的第二個法定天然氣流量計，已經發展為多品種、全系列，多規格，批量生產規模的天然氣流量計。標準規范亦十分完備，但亦有不足之處：對測量介質潔凈度要求較高，使用期限受到限制。不過據國外使用部門稱：曾對240臺使用8~15年的流量計進行周期檢定，發現儀表準確度的偏移仍在規定范圍內。另外，采用一種高效整流作用的整流器與渦輪流量傳感器耦合成結構一體化的氣體渦輪流量計，在上游側阻流件為彎頭或有半開截止閥條件下，只需要2D直管段長度，對于城市用安裝空間窄小的，它是很突出的特點。

3． 流體振動流量計：此類流量計有二種類型：渦街流量計和旋進（旋渦進動）流量計。

渦街流量計具有許多特點，如輸出脈沖頻率信號，信號與流量為線性關系，便于總量計量，范圍度寬，壓損小，無可動部件，結構簡單，便于安裝維護等，不足之處為對流場規則性要求較高，需有較長直管段，應力式對管道機械振動敏感，不宜使用于強振動場所。多年實踐證明，渦街流量計選型（合適的測量范圍）至關重要，安裝要求應特別注意，有時現場適當調整是必要的，這些都是提高使用效果的關鍵所在。

旋進流量計的特點與渦街基本相同，只是有兩點區別：流量計壓損大得多和較短的直管段長度要求。生產廠推出直讀式（現場顯示）流量計受到用戶歡迎，順便提一下，所有城市用天然氣皆應該發展直讀式現場顯示流量計，它應作為基本品種之一，是一種以總量計量為主的儀表。

4． 容積式流量計：包括腰輪流量計、膜式流量計（家用煤氣表）等。它是使用歷史悠久，用量巨大的天然氣流量計，有完備的標準規范。精度適中，范圍度特寬（150：1），適于中小流量范圍，直讀式，無需外能源及無需直管段等等。

5． 超聲流量計

廿世紀90年代氣體超聲流量計開始在天然氣工業中應用，它以其優異的特性引起國際上很大重視，成為繼孔板、渦街之后的一類重要的天然氣流量計。它的特點為：精度高，范圍度極寬，可適應極低流速（0.5m/s以下），安裝直管段長度短（采用多聲道品種）等。目前不足之處：只適用于中大口徑，價格貴等。

6． 靶式流量計

新型靶式流量計采用應變計式力傳感器，具有許多優異特性。如精度高（總量計量可達±0.5%~±0.1%），范圍度寬（10:1），適用中小口徑（DN15以上），無可動部件，結構簡單，維護方便，以及可實行干校驗（掛重法）簡化周期檢定等。

7． 科氏質量流量計

壓縮天然氣作為車用燃料的推廣使用必須解決汽車加氣站的計量問題?？剖腺|量流量計在液體中的成功應用促使人們希望推廣到氣體中去，但是遇到一個難題為氣體密度低，不能適應儀表特性要`求。高壓天然氣使氣體密度大幅提高恰好滿足了這個要求。

三． 天然氣流量計的選用

面對如此眾多品種的天然氣流量計，對于一般用戶選型成了一個難題。如何科學地、客觀地選出最佳流量計是需要關注的一個問題。我們認為選型應當遵循適當的規則，盡量避免廠商的誤導宣傳，為自己找到一種恰到好處的流量計，它就是自己的理想流量計。

選型可按五個方面進行：儀表性能方面、流體特性方面、安裝條件方面、環境條件方面和經濟因素方面。各方面的考慮因素如下：

1．儀表性能方面：精確度、重復性、線性度、范圍度、壓力損失、上下限流量、信號輸出特性、響應時間等；

2．流體特性方面：流體壓力、溫度、密度、粘度、潤滑性、化學性質、磨損、腐蝕、結垢、臟污、氣體壓縮系數、等熵指數、比熱容、電導率、聲速、混相流、脈動流等；

3．安裝條件方面：管道布置方向、流動方向、上下游管道長度、管道口徑、維護空間、管道振動、接地、電源、輔屬設備（過濾、排污）、防爆等；

4．環境條件方面：環境溫度、濕度、安全性、電磁干擾等；

5．經濟因素方面：購置費、安裝費、維修費、校驗費、使用壽命、運行費（能耗）、備品備件等。

選型步驟如下：

1．依據五個方面因素初選可用儀表類型；

2．采用淘汰法在比較中選出2-3種類型，排出次序；

3．再次按五個方面進行仔細評比，最后淘汰至一種儀表類型。

選型能否成功很大程度上取決于選型人員對儀表性能質量和測量對象特性的確切了解。對于儀表性能質量方面應特別注意廠商的虛假宣傳及誤導成分。測量對象的確切了解非常重要，并非用戶對自己的測量對象都有準確了解，許多選型的失敗就是因為提供參數不準確所致。有些對象特性是需要經過深入調查才能搞清楚的。

一個公司對流量計量的要求是不同的,在和上游單位進行貿易結算用的計量設備應盡量選用和對方同型號的設備,以免誤差過大,沒有對比性,通常上游單位會選擇超聲流量計算機,和下游單位,可以根據公司的具體投入和技術要求,選用渦輪,但要注意送氣時對儀表的沖擊.