对于城市燃气流量计量的产品选型及相应检定规程说明

背景概述
   
在中国环境保护的认识日益增强的大背景下，政府对于环境保护陆续出台新的政策和法规，以规范能耗大的工业企业必须对环境保护及相应的温室气体等有害气体的排放负起责任，相对于工业这一块的耗能巨大的情况，居民的日常燃料产生的二氧化碳等废气的排放也不容忽视，随着中国城市化进程，家庭的汽车饱有量越来越大，汽车尾气的排放导致的环境恶化也很严重。更为细致的研究发现居民家庭和餐饮、洗浴等工商业用户的能耗也是一笔不小的数字，这些方方面面使用燃气的构成基本构成了占了整个中国环境污染的大部份。

目前国家层面的政策就是淘汰那些高能耗，高污染的行业和企业，能源使用尽量使用一种更为清洁和有效的能源类型，天然气作为一种符合这种要求燃料，随着国家能源政策的变化和环境保护的要求，城市燃气使用普及率越来越高。 “西气东输”一期、二期等相继实施，直接推动了我国燃气事业得到飞速发展。城市燃气除广泛应用于居民用户外，还在不断向新的领域拓展，如各类饭店、食堂、洗浴、宾馆、学校、加气汽车、工厂等，我们称之为，这类用户的用气量呈上升态势，所占比重不断增加。
    
面对燃气供求需求的飞速发展，燃气的流量计量和结算的作用重要性也日益明显，尤其是工商业用户的流量计量，这一块的总量相当大也相当的重要，因为，此类用户的用气量较大，一旦出现问题，影响极大，燃气计量是燃气企业的生命线，也是燃气企业经济效益的最终体现者。在工商业用户计量仪表的选用过程中。要充分考虑各种因素，针对不同用气性质，不同用途，不同流量范围等特点，最大限度选用适当的表型，以满足各类用户的实际需要，并且需要尽可能地避免因选型不当、安装失范和管理失控等因素，造成较大经济损失。

燃气流量测量的特点及其对仪表的要求
  
 天然气作为一次能源，在世界一次能源结构中的比重逐年上升。为了保证天然气生产及利用企业的贸易计量公正合理，维护贸易双方的正当权益，欧洲最早制订了EN 1776:1998《天然气测量系统基本要求》。我国在这一标准基础上也制订了相应的标准GB/T 18603-2001《天然气计量系统技术要求》。
   
 天然气计量系统具有下列主要特点和基本要求：
    (1) 防爆要求：流体易燃易爆，可能的危险区域应按GB 3836.1进行分级，在危险区域内，任何仪表和电器设备选型和安装都应符合GB 3836的规定。
    (2) 工况多样性：天然气城市门站、储配站、各类用户等各个环节都需要计量，不同的用气位置气体压力差异很大。多气源城市其燃气组分也差异较大，甚至存在脏污流，气液或气液固等多相流体，因此，不同环节的流量测量应了解清楚流体工况和具体条件，不能一概而论，
    (3) 不同的准确度要求：天然气计量属昂贵能源计量，而且流量值越大，涉及到的贸易结算金额越大。而所配置的计量仪表的价格与准确度有关。准确度越高，价格也越高，计量值相对较小的计量系统，一般承担不起价格昂贵得多的高准确度仪表，因此，只能降低要求，但仍应达到有关标准的要求。
表1所列是不同等级的天然气计量系统仪表配备表。
表1 不同等级的天然气计量系统仪表配备

设计能力qv(Nm3/h)(标准参比条件)	qv≥500	5000≤qv≤50000	qv≥50000
1.用于测量的校验用系统，如串联标准流量计			√
2.温度转换	√	√	√
3.压力转换	√	√	√
4.Z转换	√	√	√
5.发热量和气体质量的确定			√
6.每一时间周期的流量记录		√	√
7.密度测量(代替2、3、4)			√
准确度等级	C级(3.0)	B级(2.0)	A级(1.O)

   (4) 计量系统不同的输出量类型和计量单位：计量系统由天然气流量计和进行不同参数测量的变送器、流量计算及确定各输出参数的转换装置组成，根据系统的组成和需要，输出量可以是：标准体积流量、质量流量和能量流量，其单位分别为：Nm3/h、kg/h、MJ/h。
    (5) 天然气组分变化：由天然气组分变化引起的标准状态密度变化，压缩因子变化，都将影响流量测量准确度，因此在流量值大的计量系统中，应根据天然气组分稳定度定时取样，进行全组分分析或进行在线实时组分分析。
    (6) 超压缩因子变化：天然气超压缩因子Fz是区天然气特性偏离理想气态定律而导入的修正系数，超压缩因子不仅受流体温度、压力影响，而且随天然气组分变化。因此应实时计算其数值。

仪表种类
 
   随着计算机技术和微功耗芯片的不断进步，使得流量仪表制造技术得以迅猛发展，过去在气体流量测量中难以突破的障碍，现在已迎刃而解，近10年来出现了大量高准确度，高性能的新型流量仪表，如气体超声波流量计、气体质量流量计以及大量现场显示的智能化仪表。
目前，在天然气流量计量领域(民用户计量不在本文讨论之列)，常用的流量计品种有：差压式流量计、速度式流量计及容积式流量计，质量流量计主要应用于CNG加气机上，工商业用户极少使用，故不予讨论。具体情况见表2。
表2 仪表性能参数

	差压式流量计(标准孔板节流装置)	气体腰轮流量计	气体涡轮流量计	旋进漩涡流量计	气体超声波流量计	膜式燃气表
检测方式	△p——差压 ρ——流体密度 K——仪表常数	Qv=n·K·V0 n——转数 V0——计量腔容积 K——仪表常数	f——仪表表频率 K——仪表常数	f——仪表频率 K——仪表常数	vm——线平均流速 K——流速分布系数 D——管道内径	Qv=n·K·V0  n——转数 V0——计量腔容积 K——仪表常数
国家标准及检定规程	GB/T2624—1993 SY/T6143—1996 JJG640—1994	JB/W9492—1999 JB/T7385—1994 JJG633--2005	JB/T9246—1999 GB/T 18940—2003 JJGl98—1994	各公司企业标准JJGl98—1994	GB/T18604—2001 JJGl98—1994	GB/T6968—1997 JJG577—2005
准确度(常规)	±1.5%	±1.0%	±1.0%	±1-5%	±0.5%	±1.5%
量程比(常规)	3:1	30:1	20:1	10:1	100:1	100:1
公称通径(常规)	任意组合	DN25～DN200	DN25～DN600	DN25～DN200	DN100—DNl600	G6～G100
适用压力	中、高压	中、高压	中、高压	中、高压	中、高压	低压
温压补偿功能	有	有或机械计数器	有	有	有	机械计数器
稳定性	一般	很高	较高	—般	很高	一般
重复性	一般	很高	很高	—般	很高	一般
气质要求	较高	很高	很高	较高	—般	一般
电源要求	220VA.C	电池	电池	电池	220VA.C或24VD.C	无
直管段要求	很高	无	—般(带整流器)	—般	较高	无
压力损失	大	较小	较小	大	无	较小
检定周期	1年	2年～3年	2年	2年	2年	3年
成套仪表价格	较高	较高	较高	—般	很高	低
综合性价比	低	高	高	—般	高	一般
适用情况	门站计量，大流量计量，易造成较大附加误差，建议退出城市燃气计量	流量范围在G25m3/h～G160m3/h范围内的餐饮、洗浴类用户	流量范围在1OOm3/h～6000m3/h锅炉用户及工业用户计量	流量范围在100m3/h～1000m3/h锅炉用户及工业用户计量	流量范围在5000m3/h～20000m3/h大型工业用户及门站计量	流量范围在G6m3/h～G25m3/h餐饮用户

    在表2中，我们提出了需要重点关注的有关仪表性能参数，通过对这些性能指标进行比较，来对这几种仪表有一个全面的认识，也为前期的仪表选型打下基础。

 


选型方法
    我们都希望所选用的仪表能够有高的准确度，宽的流程比，小的压力损失，可靠性高，重复性好等等，但是，十全十美的仪表是不存在的，都有各自的优缺点，虽然不能达到我们的全部要求，但并不妨碍我们选择合适的产品，通常情况下，仪表选用需考虑以下因素：
    (1) 仪表性能：流量和总量、准确度等级、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性、响应时间。
    (2) 流体特性：流体温度和压力、流体密度、粘度、化学腐蚀和结垢、压缩系数、多相流。
    (3) 安装要求：管道布置方向、上下游直管段、管径、维护空间、管道振动、阀门位置、防护性配件、脉动流和非定常流、防攻击破坏。
    (4) 环境条件：环境温度、环境湿度、防爆及其它安全性、电磁场干扰。
    (5) 经济性：安装费用、运行费用、检定费用、维护费用、备件备品、其它性价比及技术服务因素。
    根据以上选型关注内容，本着经济、合理、实用原则，对适合城市燃气流量计量的几种仪表选型说明如下：
    (1) 差压式流量计：计量装置本身准确度不高，流量范围窄，需要使用不同规格管道并联扩大量程，易造成较大附加误差，现已由气体涡轮流量计或气体超声波流量计代替，已逐步退出燃气计量领域，现在还有少量城市门站使用。
    (2) 气体腰轮流量计：仪表属于容积式流量计，准确度高，流量范围很宽，重复性好，稳定性好，具有温度压力补偿，无需外供电源，极适合于城市燃气餐饮和洗浴类工商业用户使用。在中小流量范围内有较高的性价比。
    (3) 气体涡轮流量计：仪表属于速度式流量计，准确度高，流量范围宽，重复性好，稳定性较好，具有温度压力补偿，无需外供电源，极适合于城市燃气餐饮和锅炉类工商业用户使用。在中大流量范围内有较高的性价比。
    (4) 旋进漩涡流量计：仪表属于速度式流量计。准确度不高，流量范围窄，重复性一般，抗振性能差，具有温度压力补偿，无需外供电源，适合于城市燃气锅炉类工商业用户使用。在中流量范围内有较高的性价比。
    (5) 气体超声波流量计：仪表属于速度式流量计，准确度高，流量范围宽，重复性好，稳定性较好，具有温度压力补偿，需外供电源，适合于城市燃气门站和大工业用户使用。在超大流量范围内有较高的性价比。使用中应防止断电事故的发生。
    (6) 膜式燃气表：仪表属于容积式流量仪表，准确度不高，流量范围极宽，重复性一般，稳定性一般，无温度压力补偿，适合于城市燃气餐饮和洗浴类商业用户使用。在小流量范围内有较高的性价比。