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江蘇華云儀表有限公司
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隨著我國西氣東輸一、二、三期的建設及境外 天然氣輸氣管線建設的推進，我國天然氣用量不斷增 長，輸氣管網日趨擴大、不同類型的配套流量計需求 增加；終端用戶有工礦企業(yè)、商業(yè)及民用用戶，情況 十分復雜，需求多種多樣。如此量大面廣的用戶，流 量計的選型就顯得特別重要，不僅要考慮儀表計量準 確度等技術要求，還要考慮儀表的維護與校驗的工作 量及成本。據國際儀表機構綜合分析，天然氣輸 氣管線流量儀表應為3大......
隨著我國西氣東輸一、二、三期的建設及境外 天然氣輸氣管線建設的推進，我國天然氣用量不斷增 長，輸氣管網日趨擴大、不同類型的配套流量計需求 增加；終端用戶有工礦企業(yè)、商業(yè)及民用用戶，情況 十分復雜，需求多種多樣。如此量大面廣的用戶，流 量計的選型就顯得特別重要，不僅要考慮儀表計量準 確度等技術要求，還要考慮儀表的維護與校驗的工作 量及成本。據國際儀表機構綜合分析，天然氣輸 氣管線流量儀表應為3大主力儀表：孔板流量計，渦 輪流量計和氣體超聲流量計。理論分析和實踐證明， 這3種儀表各項性能指標各有優(yōu)劣，由于氣體超聲波 流量計多用于輸氣門站的大流量計量，其用量相對較 少，不在此討論。本文僅對孔板流量計和渦輪流量計 儀表性能指標比較，根據GB/T18603-2001《天然氣 計量系統(tǒng)技術要求》，提出天然氣流量計量儀表若干 選型原則，結合我國國情，向天然氣工業(yè)用戶、城市 燃氣網中的商業(yè)用戶，推薦采用具有檢定周期長（4 年）、維護量小、測量范圍寬的新型標準噴嘴流量計 測量天然氣流量，與此同時推進相關國家標準的制定 工作。
長期以來，孔板流量計為天然氣輸氣管線上的主 要流量計，20世紀70年代后，渦輪流量計成為僅次于 孔板流量計的主力儀表，只是在本世紀初，氣體超聲 流量計才在國際上推廣?？装?、渦輪流量計標準、規(guī) 范已經成熟，而氣體超聲流量計的國際標準尚在擬議 中。由此可見，我國天然氣流量計量應該選用孔板和 渦輪作為主要儀表。
孔板流量計在天然氣流量測量中的應用己有一百 多年歷史，可以不夸張地說，正是天然氣流量測量才 使孔板流量計達到今天的技術成熟，標準、規(guī)范豐 富，奠定了作為大類流量計的地位。20世紀70年 代以前，孔板流量計己發(fā)展為標準型流量計，其特點 有三：
（1）結構形式和技術要求標準化；（2）標準 給出節(jié)流件的流出系數和可膨脹性系數及計算公式；
（3）現場影響量的試驗廣泛深入，是國際上通用 的。正是借助這些特點引出兩大使用特性：（1）節(jié) 流件無須實流校準，可根據節(jié)流件結構形狀及技術要 求以及流體特性求得流量與信號的關系及其測量不確 定度；（2）流量計投用現場后，如果使用條件偏離 標準規(guī)定，可利用影響量試驗研究資料進行修正（或 補償）。孔板流量計作為標準節(jié)流裝置品種， 其標準規(guī)范在ISO5167：2003（E）及AGAN03（HNSI/ API2530）中詳細列舉，在全部流量計中，它的標準及 規(guī)范是、最完善的，目前其它已有國際標準的 流量計，如渦輪、電磁、渦街、質量等都沒有上述3個 特點，因此，亦不具有兩大使用特性。近年（20世紀 90年代后），由于電子技術、計算機技術、新材料、 新工藝的突破性進展，新型流量計（渦輪、渦街、電 磁、超聲、質量）有長足發(fā)展，在市場激烈競爭中， 標準節(jié)流式流量計有所下降，此類流量計的 缺點成為人們評價重點，如：測量準確度不高、范圍 度窄、壓損大、安裝條件苛刻、故障多等等，使標準 節(jié)流式流量計似有被邊緣化危機。針對上述缺點，技 術工作者經過長期的改進與創(chuàng)新，并借助二次儀表 （差壓變送器和流量計算機）的突破性進展，使全 套標準節(jié)流式流量計性能煥然一新，準確度可以滿 足《天然氣計量系統(tǒng)技術要求》GB/T18603-2001 （1.0 ）和《用能單位能源計量器具配備和管理通則》
GB17167-2006天然氣（2.0）的規(guī)定，范圍度達6： 1? 15： 1或更寬；結構創(chuàng)新為一體化，消除安裝瓶頸，故 障大幅下降；壓損大可考慮除孔板外的噴嘴或文丘里 管等節(jié)流件，己有業(yè)內人士建議應重新審視此類流量 計，給予其正確的評價。
在美國和歐洲渦輪流量計是僅次于孔板流量計 占第二位的天然氣流量計，渦輪流量計的主要特點 為：高準確度，一般為±1%R?±1.5%R,特殊專用 的為±0.5%R?±1.0%R；高重復性，短期重復性可達 ±0.05%?±0.2%,正是由于良好的重復性，若經常校 準或在線校準，可獲得高準確度。范圍度寬，中大口徑 10： 1?40： 1,小口徑5： 1?6： 1。結構緊湊輕巧，安裝維 護方便，流通能力大。應該指出，上述優(yōu)良特性只在 實驗室參比工作條件下方能維持。在現場渦輪流量計 是一種易受現場影響量干擾的流量計，現場影響量主 要為兩項：流動特性和流體物性。流體流動特性影 響主要是流體受管道配件（阻流件）干擾而引起的速 度分布畸變和渦流等，其它為非定常流干擾（脈動流 等）。流體物性又分為流體物性（物理性質）和流體 性狀，流體物性主要影響因素為密度和粘度，對于天 然氣應特別注意密度的變化，密度影響在低流量區(qū)域 較大，若密度低（壓力下降），下限流量升高，亦即 范圍度變窄，線性度變差。在常壓空氣中校準的渦輪 流量計應通過相關公式進行換算。流體性狀指腐蝕、 積垢、臟污、凍結、相變、混相等，它會改變管道壁粗 糙度，流通面積，渦輪葉片及通道狀況，流量計特性隨 之改變，不再維持實驗室校準的特性，給流量計的正 常工作帶來惡劣影響，一般應增設過濾器，周期檢查 及校準等才能正常工作。應該指出我國天然氣流量計 量儀表數量十分龐大，需要定期檢定的儀表以數十萬 臺計,而我國天然氣實流標準裝置每年僅可標定千余 臺的儀表，遠不能滿足實際需求。因此，保證每臺儀表 的正常校準是一個現實又迫切的問題。
由上述孔板流量計和渦輪流量計的簡述中我們可 發(fā)現它們有以下一些差別。
（1） 孔板流量計具有流量儀表標準節(jié)流件的3項 特征，因此，其結構及應用是通用的。渦輪流 量計不是標準檢測件，產品性能隨企業(yè)而異，由此孔 板流量計的兩大使用特性渦輪流量計并不具備。渦輪 流量計必須逐臺校準以得到儀表系數，現場影響量的 修正，孔板流量計可采用流量界積累的豐富資 料，而渦輪流量計只能依靠個別企業(yè)指導文件進行， 兩者的差別不可同日而語。
（2） 孔板流量計在測量準確度、范圍度、結 構設計、安裝等方面己有突破性進展，可以滿足GB/ T18603-2001和GB17167-2006等國家法定規(guī)定的要 求。因渦輪流量計的儀表特性是在有條件場所才能保 證，一般而言，在輸配氣（門）站配備專用設備和專 業(yè)人員來滿足其要求，而普通用戶不具備這些條件， 定期的維護和檢定亦存在實際困難。
3 噴嘴流量計
3.1噴嘴流量計的優(yōu)勢
在節(jié)流式流量計使用中一般總是優(yōu)先選用孔板 流量計，其實，在一個時期內，孔板流量計成為了標 準節(jié)流裝置的代表，其它標準節(jié)流件如：ISA1932噴 嘴（以下簡稱噴嘴）、文丘里管等未引起足夠的重視 （早期噴嘴類的產品受到了加工工藝的限制），使其 *的優(yōu)勢沒有得到充分發(fā)揮。因此，我們更應重視 噴嘴流量計的應用。它具有孔板流量計的優(yōu)點，但又 因噴嘴為廓形節(jié)流件，無尖銳棱角，結構形狀耐高流
速沖擊與磨損，故其流量特性能保持長期穩(wěn)定，無孔 板銳緣鈍化之虞，因而檢定周期長（4年），且壓損 小。所以，噴嘴應是比孔板更*的節(jié)流件。
近年來，標準噴嘴流量計在其它領域（蒸汽和通 用氣體計量）得到廣泛的應用，其工藝與結構更為成 熟，同時也積累豐富的使用經驗。因此，國家標準化 委員會已于2012年批準制定《用標準噴嘴流量計測量 天然氣流量》國家標準，計劃號為-T-515。 該標準將參考《用標準孔板流量計測量天然氣流量》 GB/T21446-2008等現行的國家標準，針對標準噴嘴的 結構特點，對其制造、檢驗、安裝及使用等做出規(guī)定。 3.2定值噴嘴流量計
噴嘴流量計應用較少的一個重要原因是其廓形加 工工藝復雜，一只噴嘴應準備數塊模板，作為保證加 工準確度及檢驗用。
為使節(jié)流件商品化，多年前，一些專家就提出了 定值節(jié)流件的創(chuàng)意，所謂定值節(jié)流件就是在一個管道 公稱口徑下僅制造3種節(jié)流孔徑的節(jié)流件（6 =0.4、 0.5、0.6），這樣定值噴嘴如同標準機械零件一樣， 可以形成批量生產，不僅易于保證加工精度，降低成 本，也便于計量管理和計量監(jiān)督。
還有一個值得重視的問題，就是目前使用的大量 的孔板及噴嘴，其直管段長度不滿足標準要求，而且 在10D范圍內，同心度、不圓度、粗糙度也不滿足標 準要求，引起較大的附加誤差，因此，帶上經過精細 加工的直管段是很有必要的。
3.3不確定度分析
采用噴嘴流量計計量天然氣，其計量的不確定度 是多少？這是大家關心的問題。確定流量測量不確定 度可在天然氣實流標準裝置實標，由于我國這類裝置 很少，難以滿足大量檢定的需求，所以，不在重點考 慮之列?，F對以下兩種方案做一介紹。
方案1：
按GB/T2624-2006.3計算噴嘴的流出系數及可膨 脹系數，按GB/T21446-2008 （或SY/T6143-2004）計 算天然氣的密度，其不確定度為
現分析各項誤差
（1） 牛:若節(jié)流孔徑比6<0.6則該項的不確定 應為0.8%
（2） 普：按GB/T2624-2006中噴嘴的計算公式 其不確定度為
AI3
只需歹=￡0.05，這是很容易做到的，例如壓力 （絕壓）為0.2MPa,只需保證在流量下，差壓值
小于10 000Pa即可。
（3） 管徑及開孔徑所帶來的不確定度，可以通 過精確測量，使其降至可忽略程度。
（4） 與晉:根據GB/T21446-2008，提供的換算 公式，將變送器的滿度誤差換算為示值誤差
8AP _ 2 追 AP =砂而
式中：
Z：變送器精度等級
4巳：變送器量程
4P/:差壓示值
例如：變送器精度等級為0.075 （即誤差為
0.075%），差壓測量范圍為1：36,則：
（5）哆：根據GB/T21446-2008
祟:天然氣相對密度測量不確定度為0.3%
多：壓縮系數不確定度，按GB/G17747.2-1999 計算，其值為0.1%
下:設t由-20°C到80°C,溫度變送器量程為 -20°C?100°C，精度等級0.5
根據 GB/T21446-2008
| (0.32 + 0.12 + 0.1582 + 0.152)(%) =0.384(%) |
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