設為首頁
加入收藏
聯系我們 天燃氣作為一種清潔能源， 在城市可持續發展中扮演了重要的角色， 其流量計量的準確性和儀表度也直接關乎到我國城市的工業發展和人們的日常生活。 管道天然氣流量計量需要一套完善的計量系統作為保障， 而儀表度則不僅與儀表自身的性能有關， 還與儀表選型、 安裝調試、 使用維護等有重大關聯。 本文主要分析了當前城市管道天然氣流量計量方法與儀表存在的問題， 并結合所用儀表的計量缺陷提出了寬量程天然氣流量計量理念。
一、 管道天然氣流量計量現狀分析
管道天然氣流量計量與傳統的液體、 低壓氣體計量和固體計量相比， 在應用技術和計量度方面的要求都更高， 相應的投資成本也更大， 當前僅有美國、 加拿大、 德國等國家實現了高度等級的高壓天然氣流量計量，我國也僅在南京和成都兩個城市建立了兩套大流量標準計量裝置， 其他地區還沒有實現高壓燃氣的高度計量， 所采用的計量方法和計量儀表也一直沿用幾十年之前的計量體系。
（一） 膜式容積式計量法
城市管道燃氣有人工煤氣和天然氣兩種， 燃氣運送對象則主要是居民和工廠等。 當前針對居民生活用氣所采用的計量方法為膜式容積式計量法， 此種計量方法能夠直接給出居民用氣的累積量， 便于按量收費。 膜式容積式計量法中所采用的膜式容積計量表從研發之初到今天也已經經歷了百年歷史， 這種儀表之所以能夠歷經百年而依然在用的原因在于其*的儀表性能。 其一， 膜式容積計量表結構簡單， 便于操作， 不易被偷氣等不法行為改造， 儀表運轉過程中不需要電源， 簡化了儀表的使用， 在停電狀態下也能正常使用。 其二， 價格相對低廉， 能夠被供需雙方所普遍接受， 對燃氣公司而言， 儀表的正負偏差基本可以保證盈虧持平， 避免出現較大的燃氣經營虧損。 正是由于上述種種原因，即使在計算機信息技術普及的當今社會， 這類儀表依然在國內外被大量使用。 這類儀表只適合居民用氣這種小容量的計量， 無法滿足工業生產等大容量的天然氣流量計量， 因此， 人們逐漸將目光轉向工業氣體流量表。
（二） 工業用氣計量
工業用氣中所采用的氣體流量計發展歷史悠久， 計量表種類也比較豐富， 但經過一段時間的實踐之后， 人們逐漸發現工業氣體流量計很難滿足當今天然氣流量計量的要求， 究其原因， 主要表現在以下幾個方面： （1）氣體流量的計量本身就存在較大難度， 工業中液體流量計量可選用的方法要遠遠多于氣體流量計， 像超聲流量計、 電磁流量計等常用流量計都是常用的液體流量計， 其中， 超聲流量計的應用范圍更廣 。 超聲流量計原理為超聲波流體傳播， 借助超聲波承載流體流速信號， 并將處理后的信號轉換為流量信息， 超聲流量計的顯著特點為體積小、 始動流量低等， 雖然超聲流量計在氣體流量計量方面的應用優勢顯著， 但流量計普遍價格昂貴， 因此在選擇流量計時， 一般選用口徑大于100mm的優選流量計。 雖然超聲流量計和電磁流量計在原理上具有可操作性， 但普遍造價高， 很難大范圍推廣使用。 在我國， 超聲波流量計因為價格高昂僅在長輸管線、 門站使用較多， 而在城市內低壓管網方面應用的相對較少。
（2） 大部分工業流量計都是應用在控制流程中， 可測流量的范圍比較固定， 如果直接將這些流量計用于天然氣流量計量收費， 則實行起來很有很大難度， 像一些差壓流量計的上下限比值僅為3:1， 但是燃氣供應過程中的峰谷值相差很大， 這些阻礙了差壓流量計的使用。 （3） 近幾年新推出的熱式氣體質量流量計從其物理特性上看， 可以適應小流量范圍的天然氣流量計量， 也可以測量較低的燃氣流速， 但是在測量大流量時， 相對誤差就會增大， 導致測量數據出現偏差。 此外， 燃氣中的某些成分變化也會直接影響熱式氣體質量流量計的測量度， 因此， 這種流量計的測量誤差主要來自于燃氣流量增大和氣體變化。 （4） 孔板流量計是上通用的*一個不用實流定標的燃氣流量計， 我國也根據通用標準制定了符合我國實際情況的國家標準， 由于不必實流定標， 需要通過計算， 因此給大范圍的推廣使用帶來了諸多不便。 （5） 其他容積式流量計， 雖然品種繁多， 計量度有保障， 但是可動或旋轉部件會影響計量儀表的使用壽命， 如果改為插入式的口徑來避免對計量儀表產生干擾， 其測量度就會大打折扣。
二、 管道天然氣流量計量儀表選用安裝問題分析
（一） 儀表選用需要考慮的因素
在儀表正式安裝使用之前， 需要全面考慮儀表功能和使用特性是否符合計量要求， 并評估所選儀表的流程范圍是否會受到周圍環境和使用條件的影響。 確定流量計布置方案后， 要根據燃氣流體特性選擇合適的流程范圍， 根據測量范圍確定儀表型號和量程范圍。
（二） 注意流體特性的影響
流體特性包括流體壓力、 溫度、 粘度、 化學性質、 脈動流、 比熱、 聲速等因素， 只有綜合評估儀表對流體多種特性的承受能力， 才能避免出現儀表與燃氣器具不相匹配的情況。
（三） 考慮儀表安裝條件
天然氣流量計量儀表的準確度和工作性能不僅受到燃氣流體特性的影響， 還會受到外界因素也就是安裝條件的影響。 因此， 應當考慮安裝條件選用具有防震、 清潔功能的儀表。
（四） 安裝經濟性
儀表的選用不能一味的追求計量度， 還要考慮安裝的經濟性，在滿足計量要求的情況下， 應當盡可能地選擇費用低廉、 安裝成本更低的天然氣流量計量儀表。
（五） 嚴格執行儀表安裝與調試
儀表型號確定之后， 下一步工作重點就是儀表安裝與調試。 儀表的安裝與調試結果直接關系到儀表的使用性能和計量度， 因此， 儀表的安裝與調試應當嚴格遵循國家規范標準， 并嚴格按照施工要求進行。
儀表安裝應當注意橫平豎直、 安裝牢固， 并注意安裝支柱， 避免儀表出現震動， 搬運過程中要小心謹慎， 避免碰壞儀表， 嚴格禁止代表焊接、代表吹掃作業。 儀表正式安裝前要預制管道， 待焊接、 打壓試漏等一系列工作結束之后再進行儀表安裝。 儀表安裝完畢后， 應及時設置儀表保護裝置， 避免高低壓互躥造成儀表損壞。 在儀表驗收與通氣置換階段， 要按照實時動態驗收標準展開， 仔細核對實時通氣流量與儀表顯示是否一致。
（六） 儀表使用與后期維護
為確保儀表投入使用后的計量度， 只進行安裝調試是達不到計量要求的， 還要進行通氣強制檢定和周期檢定。 儀表的檢定目的是為了及時排除儀表故障， 保證儀表投入使用之后的正常運行。 在下一次周期檢定之前， 要進行實流校準， 觀察儀表變化， 并采取相應措施，避免出現較大的計量誤差。 儀表投入使用后需要進行必要的維護， 包括對瞬時流量、 電池、 外觀、 壓力變化、 防護裝置、 周檢標識等的檢查，如果儀表存在超負荷運轉的情況， 應當及時進行檢定， 做好維護保養工作， 延長儀表使用壽命。
三、 管道天然氣流量計量方法確定原則-科學合理
在確定管道天然氣流量計量方法時， 一個zui重要的原則就是科學合理性。
當前階段我國城市管道所采用的天然氣流量計量方法為容積計量， 也就是按照所用燃氣的容積來收費， 這種方法受溫度和燃氣壓力的影響無法得出燃氣的質量流量。 上采用的比較先進的天然氣流量計量方法為質量計量和熱值計量。 質量計量方法能夠克服溫度和燃氣壓力的影響， 熱值計量原理則直接與燃氣燃燒熱值有關。 受到我國現有技術的限制， 這兩種計量方法的實現還存在一定的困難， 但一些用氣量較大的單位正在考慮逐漸向質量計量和熱值計量靠近。
在燃氣實際測量時， 管道中的供氣壓力變化范圍較大， 在一些專門設有調壓站的單位， 壓力范圍可以根據實際需要設定， 因此壓力變動范圍更大。 根據《城鎮燃氣設計規范》 中的相關規范標準可以看出， 不同單位不同用戶之間的管道燃氣壓力相差較大， 如工業單位中的zui高壓力值可以達到0.4MPa， 民用單位中的中壓和低壓分別為0.2MPa、0.005MPa， 因此， 壓力波動范圍基本維持在10%-20%之間。 為了避免體積流量變化所造成的計量誤差， 燃氣主管部門已通過安裝壓力補償裝置的方式來提高計量合理性， 便于計算出瞬時質量流量。 但是安裝配套設施必然會增加天然氣流量計量成本， 在一定程度上阻礙了質量流量計的大范圍推廣使用。
需要特別指出的是， 由于不同單位之間所采用的天然氣流量計量方法不同， 增加了供差率的計算難度， 終端計量儀表上測得的體積流量值為沒有經過壓力、 溫度修正的值， 而監測點測得的流量值卻是在不同壓力、溫度條件下的流量值。
綜上， 天然氣流量計量過程不僅受到燃氣本身壓力、 溫度的影響， 在不同用戶之間的壓力變動也較大， 所有不利因素都有可能導致測量誤差的出現， 因此， 在確定天然氣流量計量方法時， 應當以科學合理作為首要原則，合理規避不利因素， 探索出一套可行性高、 適合我國國情的一種計量方法。
四、 智能寬量程天然氣流量計量方法和儀表的設計思想
（一） 寬量程計量表設計原理
上文所介紹的熱式質量流量計， 在流量較小的情況下比較敏感， 在流量迅速增大的過程中， 測量精度就會迅速下降， 因此不適合大流量的測量。 渦街流量計與之不同的是， 測量小流量時有確定的下限值， 如果將這兩種流量計結合， 就可以構建出一個從零開始計量的儀表， 暫且稱之為寬量程流量計。 寬量程流量計的設計原理結合了熱式質量流量計和渦街流量計的測量特性， 在流量較小時， 運用熱式質量流量計的測量原理， 在流量增大的過程中改用渦街流量計的測量原理。 這樣就可以使小流量和流量迅速增大時的測量敏感度得到保證。 當前， 基于這種原理的流量計已進入研發階段， 可以為城市區域天然氣流量計量提供一種可靠的計量方法和儀表。
（二） 寬量程計量表應用特點
基于該計量表的設計原理和研發應用， 可以歸納出寬量程計量表的一些特點：
1、 計量范圍大
天然氣流量計量范圍較大， 可有效避免小流量泄漏或計量不準的情況發生。
2、 可實現質量計量
由于寬量程計量表是在熱式質量流量計的基礎上設計出來的， 而熱式質量流量計本身是質量流量計， 那么該流量計也同樣可以實現質量計量， 通過渦街流量計所給出的渦街信號， 就可以確定工作狀態下， 經過壓力、 溫度修正之后的實際輸出體積流量。
3、 儀表系統集成化高
寬量程計量表中設置有溫度和壓力傳感器， 并配有高智能處理電路， 可以對流量體積進行單位變換和運算處理， 不但提高了計量表測量結果的可靠性， 而且也降低了儀表維護難度， 從根本上降低了儀表系統的投入和運營成本。 該儀表的高度集成化不僅表現在傳感器和高智能處理電路上， 還體現在輸出數值上。 寬量程計量表不僅可以輸出正常工作狀態下的瞬時體積流量和累積流量， 還可以根據實際需要輸出某個點的溫度值和壓力值。 當燃氣成分變化時， 為避免出現測量誤差， 內部集成軟件可以根據導熱系數進行計算修正， 確保具體數值符合國家國定指標。
4、 具有防竊氣和掉電自動保護功能
寬流量計量表的電源來自于市電供電， 也可采用內置大容量鋰電池， 一般情況下， 內置電池壽命可達3~8年。 不會出現停電漏計的情況，確保計量表正常計量。 如果燃氣用戶是有意識的切斷市電電源， 儀表也可以自動記錄下停電的次數和停電時間， 并正常計量， 不會產生氣量損失， 并可根據具體情況對燃氣用戶予以懲罰。
5、 可實現計算機聯網技術
當前階段的天然氣流量計量收費需要進行大量的抄表工作， 收費員抄表過程中的工作失誤可能造成收費不準和計量流失， 為此， 為了減少收費員的工作量， 避免客觀抄表出現的錯誤， 本儀表專門配備了相應的抄表器， 也就是便攜式無線數據采集器， 收費員只要將抄表器對準儀表數據輸出窗口， 就可以接收儀表內存儲數據， 包括抄表日期、 用戶編碼、 用氣量等， 收費員完成用戶燃氣抄表后可以將抄表器統一上交給上級收費站， 再由收費站將所有數據錄入到聯網計算機中進行統一處理。 對于一些大型燃氣單位和工廠 ， 該儀表還可以根據用戶的實際需求設置相應的數據輸出口， 利用現有公共網絡， 實現數據的實時查詢。
