天然氣計量設(shè)備選型的探討

寶雞中燃城市燃氣發(fā)展有限公司 王 佳 屈菊紅

0 前言

城市天然氣一般用氣對象為居民、商業(yè)、福利和工業(yè)等，城市燃氣應(yīng)用范圍已不斷向新的領(lǐng)域拓展，用戶變得多樣化，有餐飲、洗浴、采暖、酒店、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)等用戶，對這些燃氣用戶的精確計量顯得尤為重要。如何正確了解各種燃氣計量設(shè)備的性能特點，做到科學(xué)選型，合理使用，精細管理，是燃氣經(jīng)營企業(yè)計量工作的基礎(chǔ)工作。燃氣計量是經(jīng)濟建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新和社會進步中的一項重要的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)濟建設(shè)水平越高，越需要加強計量工作；技術(shù)越更新，越需要先進的計量手段；社會越進步，越需要實現(xiàn)計量制的統(tǒng)一和量值的精準(zhǔn)，因而越需要加強計量工作的推進。最終目的是為了保護廣大用戶和燃氣供應(yīng)單位免受不準(zhǔn)確測量所造成的經(jīng)濟損失；為保證燃氣用戶和燃氣經(jīng)營單位各自應(yīng)有的權(quán)益不受侵犯。

1 常用計量設(shè)備的分類及特點

從大的方面來講，根據(jù)燃氣設(shè)備的用氣流量，主要分為家用、商用、工業(yè)用；根據(jù)計量設(shè)備的結(jié)構(gòu)，主要分為膜式燃氣表、羅茨流量計、渦輪流量計等。總的來講，無論是根據(jù)哪種分類，都與燃氣計量設(shè)備的性能、用戶燃氣設(shè)備使用的環(huán)境、用氣壓力、溫度、氣量大小等有著密切的關(guān)系。

1.1 膜式燃氣表

目前市場上主流膜式燃氣表有兩種，一種為機械式膜式燃氣表；另一種為智能式膜式燃氣表。

機械式膜式燃氣表計量通過機械滾輪實現(xiàn)，當(dāng)流動的氣體經(jīng)過燃氣表時，受到管道摩擦及機構(gòu)的阻擋，內(nèi)部的燃氣會在燃氣表進出口兩端產(chǎn)生壓力差，通過這個壓力差推動膜式燃氣表的膜片在計量室內(nèi)運動，并且?guī)优錃鈾C構(gòu)進行協(xié)調(diào)配氣，使得膜片的運動能夠連續(xù)往復(fù)的進行，膜式燃氣表通過內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)，把直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成圓周運動，再通過圓周運動帶動機械滾輪計數(shù)器轉(zhuǎn)動；膜片每往復(fù)一次，就排出一定量氣體，最終滾輪轉(zhuǎn)過一個計數(shù)單元，根據(jù)使用的氣量進行累計操作，最終實現(xiàn)燃氣流量計量記錄。

機械式燃氣表優(yōu)點在于計量可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，缺點在于抄表麻煩，都得人工上門抄表，燃氣公司需得投入很多財力人力。再者當(dāng)前社會不穩(wěn)定因素增多，不法分子冒充燃氣公司入戶抄表，對居民家中產(chǎn)生不安全因素。

智能式膜式燃氣表是在機械式燃氣表的基礎(chǔ)上增加IC卡控制器，實現(xiàn)預(yù)付費方式。主要通過卡片來實現(xiàn)，如IC卡(如4442卡)、射頻卡(如T5557卡、M1卡)等。IC卡以其價格等優(yōu)勢現(xiàn)在成為目前市場燃氣表的主流，IC卡用于購買氣量并存入表中使用；不同用戶卡編號不同，一表一卡。它的主要功能是負責(zé)監(jiān)視計量表的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)用戶先付款后使用的原則，用戶到燃氣公司繳費，然后將所購燃氣氣量充入家中的燃氣表，很多用戶安裝了IC卡式燃氣表后用氣更便捷。這樣既方便了燃氣公司的管理，又免去了抄表占用的大量人力，很好的控制了成本。

膜式燃氣表的原理為容積式，量程比寬，安裝方便，對表前、表后直管段的要求不高；但其量程小，易受腐蝕而導(dǎo)致泄漏及計量不準(zhǔn)，維修不方便，只適用于低壓，只計量工況流量，不易實現(xiàn)溫壓補償。

1.2 羅茨流量計

羅茨流量計也叫腰輪流量計，是一種容積式流量計。在腰輪流量計的殼體內(nèi)有一個計量室，計量室內(nèi)有一對或兩對可以相切旋轉(zhuǎn)的腰輪，在流量計殼體外面與兩個腰輪同軸安裝了一對驅(qū)動齒輪，它們相互嚙合使兩個腰輪可以相互聯(lián)動。羅茨流量計利用兩個腰輪，把流體連續(xù)不斷的分割成單個的體積部分，利用驅(qū)動齒輪和計數(shù)指示結(jié)構(gòu)計量出流體總體積量。它有兩個腰輪(酷似8字形)狀的共軛轉(zhuǎn)子，分別控制在各自的轉(zhuǎn)軸上，一個腰輪轉(zhuǎn)動，另一個就跟著(同步齒輪聯(lián)接)反向轉(zhuǎn)動， 相互間始終保持著一條線接觸(準(zhǔn)確說是接近)，既不能相互卡住，又不能有泄露間隙。

羅茨流量計功能特點：工作壽命長，正常運行期限長達15年；范圍度寬：不同規(guī)格流量計范圍度50:1～243:1；高精確度、高可靠性、重復(fù)性好：計量精度不受介質(zhì)條件的影響，長期使用不需調(diào)整；起步流量低，不同規(guī)格流量計的始動流量0.06～1.20m3/h；壓力損失小：不同規(guī)格流量計的壓力損失0.16 ～0.55 kPa；流量計前后不需要直管段，可以安裝在環(huán)境狹窄的場合。羅茨流量計也有一定的局限性，大口徑流量計體積比較大，且價格較高；轉(zhuǎn)子卡死將給用戶帶來供氣不足；要求潔凈的天然氣，氣體若過濾得不精細，雜質(zhì)會卡死流量計；運行噪音較大，必要時采用隔音措施。

1.3 渦輪流量計

渦輪流量計為速度式流量計，也叫葉輪式流量計，依靠測定轉(zhuǎn)子的速度計算出體積。它先將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號。這種流量計用于檢測瞬時流量和總的積算流量，其輸出信號為頻率，易于數(shù)字化。感應(yīng)線圈和永久磁鐵一起固定在殼體上。當(dāng)鐵磁性渦輪葉片經(jīng)過磁鐵時，磁路的磁阻發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)信號。信號經(jīng)放大器放大和整形，送到計數(shù)器或頻率計，顯示總的積算流量，同時將脈沖頻率經(jīng)過頻率－電壓轉(zhuǎn)換以指示瞬時流量。葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量。

渦輪流量計的輸出是頻率調(diào)制式信號，不僅提高了檢測電路的抗干擾性，而且簡化了流量檢測系統(tǒng)。它的量程比可達10:1，精度在±0.2%以內(nèi)。慣性小而且尺寸小的渦輪流量計的時間常數(shù)可達0.01 s。渦輪流量計擁有高質(zhì)量軸承、特別設(shè)計的導(dǎo)流片，因此極大降低了磨損，對峰值不敏感，甚至惡劣的條件下也可以給出可靠的測量變量。

渦輪流量計具有精度高、重復(fù)性好、高量程比、結(jié)構(gòu)簡單、運動部件少、耐高壓、測量范圍寬、體積小、重量輕、壓力損失小和維修方便等優(yōu)點，擁有高質(zhì)量軸承、特別設(shè)計的導(dǎo)流片，因此極大降低了磨損，對峰值不敏感，甚者惡劣的條件下也可以給出可靠的測量變量。

2 計量設(shè)備選型依據(jù)

2.1 選型依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

燃氣計量設(shè)備選型依據(jù)的計量標(biāo)準(zhǔn)主要有《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》(GB/T 18603—2014)、《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB 17167—2006)、《天然氣能量的測定》(GB/T 22723—2008)，主要參考標(biāo)準(zhǔn)ISO 15112：2007。

2.2 計量設(shè)備選型依據(jù)

膜式燃氣表的規(guī)格大小不一，小流量的用于家用，大流量的用于小型酒店、餐館和食堂等商用；羅茨流量計主要用于小型工業(yè)、酒店、餐飲業(yè)和小流量采暖鍋爐等；渦輪流量計主要用于大型工業(yè)用氣和大流量采暖鍋爐等。

天然氣流量計的選型應(yīng)充分考慮用戶用氣的特性、用氣壓力和流量等。

(1)確定是測量瞬間流量還是總量。這主要由使用對象的測量目的決定。

(2)確定其精確度。結(jié)合各類流量計的精確度等級，選擇適合需要計量的燃氣設(shè)備的可能計量到的精度。

(3)確定其重復(fù)性。這主要決定于流量計設(shè)備本身的制造質(zhì)量與原理。

(4)確定其線性度。天然氣流量計有線性與非線性等兩種輸出，但大多數(shù)計量表只是將非線性的誤差作為基本誤差的組成部分，卻不將其作為單獨的分析指標(biāo)。

(5)確定流量具體范圍。流量范圍指最大最小流量，計量表通徑的選擇應(yīng)根據(jù)計量表流量范圍進行選擇。

(6)確定壓力的損失。對大多數(shù)天然氣流量計而言，在氣體的流動過程中因流量計內(nèi)部構(gòu)件會產(chǎn)生一定壓力損失，在選擇時應(yīng)充分表考慮到這一點。

(7)確定輸出信號的特性。這也是直接決定計量表選擇的關(guān)鍵因素。

(8)確定流量計的維護周期。當(dāng)流量計遇到故障時需要停氣并拆卸下來由專人進行維護，因此必須考慮停氣后給用戶帶來的不變和損失。

根據(jù)流量計的流量特性，對于個別的場所而言，還應(yīng)將安裝環(huán)境要求考慮在內(nèi)，這也會不同程度地影響天然氣流量計的選擇和使用，同時，此過程中對于某些不是很明確的方面，計量設(shè)備選型單位還應(yīng)及時向設(shè)備制造廠商咨詢，以便確認所選的流量設(shè)備是否合適。

3 天然氣計量技術(shù)的發(fā)展

天然氣計量是天然氣生產(chǎn)、運輸和銷售的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是企業(yè)經(jīng)濟效益分析的主要依據(jù)。天然氣計量不僅是天然氣供需雙方進行結(jié)算的依據(jù)，同時也是天然氣生產(chǎn)過程中的一個重要產(chǎn)能和技術(shù)指標(biāo)。準(zhǔn)確計量天然氣用量是公平的體現(xiàn)，對企業(yè)的經(jīng)濟效益的提高有著重大的意義。

隨著燃氣行業(yè)技術(shù)水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，新型的燃氣流量計逐漸進入市場，并在行業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注。超聲技術(shù)、無線射頻技術(shù)、移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，讓天然氣計量的技術(shù)向著智能化、自動化、遠程化和一體化發(fā)展，同時還應(yīng)完善相應(yīng)的計量標(biāo)準(zhǔn)，使得新型燃氣計量技術(shù)更標(biāo)準(zhǔn)更先進地發(fā)展壯大。

燃氣計量技術(shù)的改進，可以簡化系統(tǒng)的配置、減少系統(tǒng)整體成本，有效解決計量精準(zhǔn)問題，更有利地解決工商業(yè)用戶與管網(wǎng)監(jiān)測問題，極大地提高燃氣公司的工作效率，節(jié)省運營成本，并能及時有效地采集數(shù)據(jù)、分析控制輸配差。

4 結(jié)語

城市天然氣計量設(shè)備的選擇，是燃氣公司經(jīng)濟效益的關(guān)鍵，也是各類用戶結(jié)算的重要依據(jù)。計量設(shè)備的準(zhǔn)確性是供需雙方的最公平合理的原則性問題。

燃氣企業(yè)在關(guān)注其他新技術(shù)流量計的發(fā)展的同時，在新產(chǎn)品技術(shù)不成熟的情況下不宜作為重點投入使用。傳統(tǒng)流量計的性能和功能將會不斷提升和完善，因此燃氣企業(yè)應(yīng)及時了解傳統(tǒng)流量計的技術(shù)進步，加大計量管理和技術(shù)改造力度，促進燃氣計量工作的不斷提升，優(yōu)勝略汰，更好地服務(wù)于廣大燃氣用戶。