城市天然气流量计的选用

一．前言

　　据资料介绍，世界能源的发展在20世纪20年代是煤炭的高峰期，其占能源的百分比超过70%，70年代至90年代石油接替煤炭，石油占能源百分比为30%～40%，到21世纪早期天然气将逐步代替石油，天然气占能源百分比预测将超过50%。能源的交替更换自有其内部和外部的原因，其内部原因是近20年来石油产量上升缓慢，而天然气却高速增长，1970～1996年世界天然气年产量翻了一番还多，而石油产量基本维持不变。据称世界仍蕴藏极丰富的天然气资源，它为天然气工业的发展奠定了坚实的基础。

　　能源交替更换的外部原因为天然气是一种高效、清洁的燃料和优质化工原料，它极大地吸引着用户。城市环境的急剧恶化是推动能源结构变革的最大动力。汽车尾气排放已到了忍无可忍的地步，城市酸雨的频繁发生告诫人们再也不能维持原有的能源结构了。

　　我国是天然气资源丰富的大国，据评价，天然气远景储量达38万亿立方米，目前已探明储量就有1.6万亿立主米。但长期以来天然气工业的发展却严重滞后，至今年产量不过200多亿立方米，仅占能源消费结构的2%，（而世界为20%以上），这种情况与天然气资源大国极不相称。近来政府非常重视天然气工业的发展，在政策上作出重大决策，“西气东输”的启动拉开了我国能源结构重大调整的帷幕。城市是天然气使用的最终用户,在城市用户中既有工业企业，又有城市公用产业,它是一个庞杂的用户群。在天然气使用中必须解决一个重要问题，它就是需要提供适应社会主义市场经济要求的天然气流量计量系统。流量计量既是天然气供需双方贸易结算的依据，亦是生产部门用气效率的主要技术指标。在企业生产和经营管理中流量计量是一项日常进行的、重要的技术基础工作。准确的流量计量可以适时改进生产工艺，提高产品质量，降低产品成本，确保安全生产，合理经营管理以及提高经济效益和社会效益。

　　现在大家已经认识到压缩天然气作为车用燃料和城市企业及公用事业。以气代煤作为基本燃料是改善城市环境质量的根本措施。这些部门都需要适合用户要求的流量计量仪表。由于用户极其庞杂，对流量仪表的要求多种多样，流量计产品多样化是必然趋势。随之而来是如何在如此多样类型的流量计中选用合适的仪表这一问题。城市用天然气流量计与长输管线用于贸易结算的天然气流量计有不同的要求，它需要解决的测量对象大致为低压（1.6MPa以下）、中小流量（DN200以下）、安装条件差（直管段长度不足）、管理维护力量薄弱、功能简明易懂、操作方便、免维护、价格适中等等。为满足上述要求，尽管已有许多成熟的仪表，要满足用户的要求仍然需要进行大量的开发工作，“适应市场，永远努力”应该是生产厂的座右铭。

　　二．天然气流量计简介

　　已经使用或即将投用的流量计大致有以下种类：差压式流量计、涡轮流量计、流体振动流量计、容积式流量计、超声流量计、靶式流量计和科氏质量流量计等。

　　1．差压式流量计：包括检测件为标准节流装置和均速管等。它是应用历史悠久，实践经验丰富成熟，标准规范完善（均速管除外），品种规格齐全的一类流量计，廿十世纪50年代以前它可能是唯一的天然气流量计。它有许多不足之处：如测量精度一般，现场安装条件要求高，压损大，范围度窄等等；针对上述不足，近年国内生产厂推出一系列改进办法，如一体式差压流量计、定值节流件、可换孔板节流装置、采用标准喷嘴等等，再加80年代以后差压式流量计的两个组成部分：差压变送器和流量显示仪有突出的进展，估计今后此类流量计仍将占据重要的地位。

　　2．涡轮流量计：在欧洲和美国涡轮流量计是继孔板流量计之后的第二个法定天然气流量计，已经发展为多品种、全系列，多规格，批量生产规模的天然气流量计。标准规范亦十分完备，但亦有不足之处：对测量介质洁净度要求较高，使用期限受到限制。不过据国外使用部门称：曾对240台使用8～15年的流量计进行周期检定，发现仪表准确度的偏移仍在规定范围内。另外，采用一种高效整流作用的整流器与涡轮流量传感器耦合成结构一体化的气体涡轮流量计，在上游侧阻流件为弯头或有半开截止阀条件下，只需要2D直管段长度，对于城市用安装空间窄小的，它是很突出的特点。

　　3．振动流量计：此类流量计有二种类型：涡街流量计和旋进（旋涡进动）流量计。

　　涡街流量计具有许多特点，如输出脉冲频率信号，信号与流量为线性关系，便于总量计量，范围度宽，压损小，无可动部件，结构简单，便于安装维护等，不足之处为对流场规则性要求较高，需有较长直管段，应力式对管道机械振动敏感，不宜使用于强振动场所。多年实践证明，涡街流量计选型（合适的测量范围）至关重要，安装要求应特别注意，有时现场适当调整是必要的，这些都是提高使用效果的关键所在。

　　旋进流量计的特点与涡街基本相同，只是有两点区别：流量计压损大得多和较短的直管段长度要求。生产厂推出直读式（现场显示）流量计受到用户欢迎，顺便提一下，所有城市用天然气皆应该发展直读式现场显示流量计，它应作为基本品种之一，是一种以总量计量为主的仪表。

　　4．容积式流量计：包括腰轮流量计、膜式流量计（家用煤气表）等。它是使用历史悠久，用量巨大的天然气流量计，有完备的标准规范。精度适中，范围度特宽（150：1），适于中小流量范围，直读式，无需外能源及无需直管段等等。

　　5．超声流量计

　　廿世纪90年代气体超声流量计开始在天然气工业中应用，它以其优异的特性引起国际上很大重视，成为继孔板、涡街之后的一类重要的天然气流量计。它的特点为：精度高，范围度极宽，可适应极低流速（0.5m/s以下），安装直管段长度短（采用多声道品种）等。目前不足之处：只适用于中大口径，价格贵等。

　　6．靶式流量计

　　新型靶式流量计采用应变计式力传感器，具有许多优异特性。如精度高（总量计量可达±0.5%～±0.1%），范围度宽（10:1），适用中小口径（DN15以上），无可动部件，结构简单，维护方便，以及可实行干校验（挂重法）简化周期检定等。

　　7．科氏质量流量计

　　压缩天然气作为车用燃料的推广使用必须解决汽车加气站的计量问题。科氏质量流量计在液体中的成功应用促使人们希望推广到气体中去，但是遇到一个难题为气体密度低，不能适应仪表特性要`求。高压天然气使气体密度大幅提高恰好满足了这个要求。

　　三．天然气流量计的选用

　　面对如此众多品种的天然气流量计，对于一般用户选型成了一个难题。如何科学地、客观地选出最佳流量计是需要关注的一个问题。我们认为选型应当遵循适当的规则，尽量避免厂商的误导宣传，为自己找到一种恰到好处的流量计，它就是自己的理想流量计。

　　选型可按五个方面进行：仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。各方面的考虑因素如下：

　　1．仪表性能方面：精确度、重复性、线性度、范围度、压力损失、上下限流量、信号输出特性、响应时间等；

　　2．流体特性方面：流体压力、温度、密度、粘度、润滑性、化学性质、磨损、腐蚀、结垢、脏污、气体压缩系数、等熵指数、比热容、电导率、声速、混相流、脉动流等；

　　3．安装条件方面：管道布置方向、流动方向、上下游管道长度、管道口径、维护空间、管道振动、接地、电源、辅属设备（过滤、排污）、防爆等；

　　4．环境条件方面：环境温度、湿度、安全性、电磁干扰等；

　　5．经济因素方面：购置费、安装费、维修费、校验费、使用寿命、运行费（能耗）、备品备件等。

　　选型步骤如下：

　　1．依据五个方面因素初选可用仪表类型；

　　2．采用淘汰法在比较中选出2-3种类型，排出次序；

　　3．再次按五个方面进行仔细评比，最后淘汰至一种仪表类型。

　　选型能否成功很大程度上取决于选型人员对仪表性能质量和测量对象特性的确切了解。对于仪表性能质量方面应特别注意厂商的虚假宣传及误导成分。测量对象的确切了解非常重要，并非用户对自己的测量对象都有准确了解，许多选型的失败就是因为提供参数不准确所致。有些对象特性是需要经过深入调查才能搞清楚的。