我國(guó)過(guò)去能源以煤為主，石油和天然氣產(chǎn)量很低，解放前油品大部分是進(jìn)口，上世紀(jì)60年代以降石油產(chǎn)量有所增加而能自給，但能源結(jié)構(gòu)仍以煤為主。改革開(kāi)放以來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源需量增長(zhǎng)，本國(guó)油資源已不能滿足，進(jìn)口比重不斷上升，能源結(jié)構(gòu)隨著供應(yīng)多樣化和環(huán)境保護(hù)的要求逐步調(diào)整，近年天然氣用量增長(zhǎng)頗速，然而到2000年亦僅上升到3%（天然氣平均占24%，亞洲8.8%，發(fā)達(dá)國(guó)家30%～40%）。天然氣在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，將進(jìn)一步增長(zhǎng)。
西氣東輸是指塔里木盆地等西部天然氣東輸?shù)缴虾Ｒ约伴L(zhǎng)江三角洲地區(qū)，隨著工程建設(shè)需要一批管網(wǎng)運(yùn)行控制，交接貿(mào)易計(jì)量和城市用戶消耗收費(fèi)用流量?jī)x表，本文就這些需求的流量測(cè)量方式和要求，常用儀表類型和特點(diǎn)，不同交接點(diǎn)（即應(yīng)用場(chǎng)所）的選用等，作簡(jiǎn)要論述。
一、天然氣管網(wǎng)流量測(cè)量類型
天然氣管網(wǎng)流量測(cè)量的目的分為管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程控制和總量交接計(jì)量?jī)纱箢?。運(yùn)行過(guò)程流量控制和一般流程工業(yè)要求相似，只是要適應(yīng)天然氣易燃易爆氣氛和沿途惡劣氣侯高溫差等條件，本文不進(jìn)一步展開(kāi)。
交接計(jì)量?jī)x表亦應(yīng)適應(yīng)上述要求。天然氣交接貿(mào)易計(jì)量有質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量?jī)煞N方式，我國(guó)天然氣貿(mào)易計(jì)量方式是規(guī)定在法定要求品質(zhì)指揮下以體積或能量的方式進(jìn)行交接計(jì)量，本文不討論能量交接計(jì)量。
二、天然氣交接計(jì)量常用流量?jī)x表
表1 天然氣計(jì)量常用流量?jī)x表 |
序號(hào) | 用途 | 差壓式 | 容積式 | 渦輪 流量計(jì) | 超聲 流量計(jì) | 旋渦 流量計(jì) | 利里奧利質(zhì)量流量計(jì) | 靶式 流量計(jì) |
孔板 流量計(jì) | 臨界流文丘里噴嘴流量計(jì) | 其它 | 膜式 流量計(jì) | 腰輪 流量計(jì) |
1 | 管網(wǎng)輸?shù)栏删€和支線 | √ | | | | √ | √ | √ | √ | | |
2 | 城市輸送和分配 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
天然氣計(jì)量流量?jī)x表分為輸氣管線交接用和城市用戶消耗收費(fèi)用兩大領(lǐng)域，常用儀表如表1
從整體上考察管線天然氣流量?jī)x表應(yīng)用，上世紀(jì)70年代及以前除一部分容積式儀表外，幾乎為孔板式所壟斷，80年代形成渦輪流量計(jì)高潮，90年代中后期則掀起超聲波流量計(jì)熱潮。從地域國(guó)別選用習(xí)慣上看，歐洲主要使用渦輸式和容積式中腰輪流量計(jì)，如在荷蘭兩者使用約占80%；加拿大渦輪式占90%；美國(guó)則以孔板為主，約占80%[2]。國(guó)內(nèi)天然氣應(yīng)用發(fā)展之前，燃?xì)猓òǔ鞘斜瑲猓┯霉芫€交接儀表絕大部分用孔板流量計(jì)，近十余年才有新型流量?jī)x表渦輪式和超聲式應(yīng)用，據(jù)估計(jì)孔板式國(guó)內(nèi)仍占90%以上，而國(guó)外因較多采用新型儀表，孔板式僅占6%，例如荷蘭天然氣管線上據(jù)稱就用了大小口徑渦輪流量計(jì)2600余臺(tái)。[1]
1.管線貿(mào)易交接用流量?jī)x表 天然氣管線交接有3個(gè)計(jì)量級(jí)別：①氣田的外輸首站交予長(zhǎng)途輸送管道公司，②長(zhǎng)途管道公司輸送給沿途各省市天然氣利用公司，③利用公司銷售給各類用戶。表2是各類交接點(diǎn)所用流量?jī)x表，是主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）天然氣能量計(jì)量工作組2000年提出文件委員草案ISO/CD15112提示附錄中建議，各交接點(diǎn)能量計(jì)量可采用體積流量?jī)x表品種，筆者補(bǔ)充近年應(yīng)用上發(fā)展的品種。ISO/CD15112所定義的6個(gè)交接點(diǎn)為：
區(qū)域分銷商 生產(chǎn)商 1 輸氣公司 2 或 3 地區(qū)分銷公司 4 居民用戶 或 或 輸氣公司 或 5 工業(yè)用戶 貯存公司 貯存公司 或 貯存公司 6 商業(yè)用戶 貯存公司 |
表2 各類交接點(diǎn)所用流量計(jì)（主要按ISO/CD15112建議） |
序號(hào) | 流 量 計(jì) 類 型 | 交 接 點(diǎn) 類 型 |
名 稱 | 說(shuō) 明 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | 差壓式 | 孔板流量計(jì) | | √ | √ | √ | | √ | |
2 | 臨界流文丘里噴嘴流量計(jì) | 習(xí)稱音速噴嘴流量計(jì) | | | | | √ | √ |
3 | 容 積式 | 膜式流量計(jì) | 即家用燃（煤）氣表 | | | | √ | √ | √ |
4 | 腰輪流量計(jì) | | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
5 | 渦輪流量計(jì) | | √ | √ | √ | | √ | √ |
6 | 超聲流量計(jì) | | √ | √ | √ | √ | √ | |
7 | 旋渦流量計(jì) | 包括渦街式、旋進(jìn)式 | | √ | √ | | √ | √ |
8 | 科里奧利貨量流量計(jì) | | | | | | | √ |
2.城市用戶收費(fèi)用流量?jī)x表 城市是天然氣使用的zui終用戶群，既有工業(yè)企業(yè)/商業(yè)企業(yè)，又有城市公用事業(yè)的復(fù)雜群體，常用品種如表1序號(hào)2，據(jù)某工程公司近年承接項(xiàng)目（不包括家用儀表）裝用各品種流量?jī)x表所占分額估計(jì)，旋渦式55%，孔板式25%，渦輪式10%，其余10%。
三、交接計(jì)量用儀表性能特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)所
1.孔板流量計(jì) 輸送管干線流量?jī)x表主要用孔板式、渦輪式和超聲式，原來(lái)孔板式因范圍度小只適用于流量變化小的管線，但現(xiàn)在若配有雷諾數(shù)修正功能的智能積算儀范圍度可從3︰1擴(kuò)展到10︰1?？装辶髁坑?jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于復(fù)制，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是范圍度窄，壓損大，現(xiàn)場(chǎng)安裝直管的要求高等。此外還有入口直角銳利度易被流體沖刷鈍化的缺點(diǎn)，嚴(yán)重鈍化可導(dǎo)致流出系數(shù)偏離1%～2%，采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴則可克服這一缺點(diǎn)。近年許多應(yīng)用場(chǎng)所漸為渦輪式和超聲式所代替。
2.臨界流文丘里（音速）噴嘴流量計(jì) 城市路邊汽車加油機(jī)傳統(tǒng)用容積式流量計(jì)，壓縮天然氣（CNG）加氣機(jī)則被音速噴嘴流量計(jì)和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)所代替。加氣機(jī)用音速噴嘴流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度較高（0.5%R[1]），但運(yùn)行能耗較大。[3]
3.容積式流量計(jì) 適用于中小流量范圍，精度適中，范圍寬度（150︰1）。膜式流量計(jì)除用于家用燃（煤）氣計(jì)量外，還用于小流量計(jì)量的商業(yè)用戶，百大量度；腰輪流量計(jì)應(yīng)用于城市流量較大的工業(yè)和商業(yè)用戶收費(fèi)計(jì)量。
4.渦輪流量計(jì) 渦輪流量應(yīng)用于天然氣在歐美居于第二位，包括輸送管交接計(jì)量和城市分配中等流量工商業(yè)用戶收費(fèi)計(jì)量，常用口徑范圍DN50～DN600mm。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高（0.5%～1.5%R），短期重復(fù)性好，中大口徑范圍度寬（10︰1～40︰1）；缺點(diǎn)是對(duì)流體清潔度要求高，易受流體物性影響，還受來(lái)流速度分布影響和流動(dòng)脈動(dòng)影響，有活動(dòng)件，軸承磨損使特性偏移。
5.超聲流量計(jì) 超聲流量計(jì)90年代始用于氣體，是天然氣輸送管繼孔板式，渦輪式居第三位常用儀表。在中大口徑應(yīng)用有先天性優(yōu)點(diǎn)，可用口徑為100～1600mm；測(cè)量準(zhǔn)確度高，多聲道儀表達(dá)0.5%R；適用極低流速（0.5m/s），與渦輪式相比此優(yōu)點(diǎn)突出，因此范圍度特寬（200︰1～40︰1）；無(wú)活動(dòng)件；無(wú)阻力損失。雖然天然氣應(yīng)用超聲式比孔板式/渦輪式歷史短，許多應(yīng)用上問(wèn)題尚在探索和完善之中，但有很大潛力，具*之勢(shì)和我國(guó)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18604-2001《用氣體超氣流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》，是參考美國(guó)煤氣協(xié)會(huì)1998年頒布的報(bào)告AGA9《用多聲道超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》制訂的。
正十余年上推出居民適用超聲家用燃（煤）氣表，90年代中期已達(dá)到取代壟斷150余年的膜式流量計(jì)的態(tài)勢(shì)，英國(guó)某燃?xì)夤疽堰_(dá)年訂購(gòu)100萬(wàn)臺(tái)家用超聲燃?xì)獗淼囊?guī)模。
6.旋渦流量計(jì) 旋渦流量計(jì)包括渦街式和旋進(jìn)（旋渦進(jìn)動(dòng)）式，是屬于流體振動(dòng)型流量計(jì)。它們的共同特點(diǎn)是無(wú)活動(dòng)件；渦街式壓損??；適用于中小管徑，口徑范圍渦街式為15～300mm，旋進(jìn)式15～400mm，常用40～300mm；準(zhǔn)確度高（渦街式±1%R，旋進(jìn)式±0.5%R）；范圍度寬（小口徑除外，渦街式10︰1～15︰1，旋進(jìn)式10︰1～25︰1）。渦街式的缺點(diǎn)是對(duì)應(yīng)用較多的應(yīng)力檢測(cè)渦街流量計(jì)敏感于管道等機(jī)械振動(dòng)；對(duì)來(lái)流流速分布要求較高，需較長(zhǎng)前置直管段（15～25D），與之相比旋進(jìn)式則要求較短（3D）；旋進(jìn)式的缺點(diǎn)是壓力損失較大，以DN100為例常壓空氣流量1000m3/h，壓損為4kPa。
城市天然氣工商業(yè)用戶，旋渦流量計(jì)是主要品種。據(jù)上海同欣自動(dòng)儀表公司近年承接項(xiàng)目裝用該表居于*，估計(jì)有55%（其中渦街式占45%，旋進(jìn)式占10%）。
7.科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)不能測(cè)量低密度氣體，低壓管道天然氣密度達(dá)不到科里奧利質(zhì)量流量計(jì)所需質(zhì)量流量要求而不能應(yīng)用。然而進(jìn)入路邊加氣站的管網(wǎng)中壓（1.6MPa）壓縮天然氣（CNG）和經(jīng)多級(jí)升壓饋送給汽車的高壓（25MPa）CNG的加氣機(jī)系統(tǒng)，已普遍采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)作收費(fèi)計(jì)量?？评飱W利質(zhì)量計(jì)的準(zhǔn)確度較高，在±（0.3～0.5）%R之間。
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