差压式气体流量计的选型

差压式气体流量计的选型

        计量装置及应用备差压式气体流量计的选型胡海燕（胜利油田河口采油厂技术检测站计量站，山东河口差压式气体流量计是一类应用最广泛的气体流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位，文章以槽道流量计、V锥流量计、旋进旋涡流量计为例，介绍了差压式气体流量计如何进行选型以及在选型中应该注意的问题。

　　差压式气体流量计；选型；仪表性能天然气是带压管道输送的，其流量是针对通过管道某一横截面而言的。供需双方之间输送天然气的多少，是通过安装在输气管道上的流量测量装置的计量数据确定的。这个流量计量数据也是衡量单位生产技术水平一项重要基础资料。准确地进行天然气流量测量是企业部门进行经济分析、降低运行成本的关键一环，直接影响着企业的经济效益，倍受供需双方关注，随着世界能源供求日益紧张，人们都十分关心并寻求一种精度高、适应性强的流量计来测量天然气流量。

　　1差压式流量计差压式气体流量计发展到今天虽然已日趋成熟，但其种类仍然极其繁多，且性能各不相同。20世纪50年代以前，差压式流量计是唯一的天然气流量计，在流量仪表总量中约占到50%60%我国的销售量约为40%左右。它是根据安装于管道中的流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表，它应用历史悠久，实践经验丰富成熟，标准规范完善（均速管除外）品种规格齐全的一类流量计，另外它还具有结构简单、耐用、通用性强、成本低廉、标准节流件不需实际流体标定等优点。

　　差压式流量计也有很多缺点，它的现场安装条件要求高，要求有较长的直管段，整套流量计的精度还决定于差压变送器和流量显示仪的精度，是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表，在任何的环节失误都会产生很大的误差；另外，差压流量计输出信号与流量为平方关系，是非线性仪表，范围度较窄；压力损失大也是它的弱点之一。针对上述不足，近年国内生产厂推出一系列改进办法，如一体式差压流量计、定值节流件、可换孔板节流装置、采用标准喷嘴等等，再加上80年代以后差压式流量计的两个组成部分：差压变送器和流量显示仪有突出的进展，估计今后此类流量计仍将占据重要的地位。槽道流量计、V锥流量计、旋进旋涡流量计是三种有代表性的新型流量计，它们都属于差压式流量计。

　　2差压式流量计分类差压式流量计种类繁多，根据不同的分类方法，可以分为三大类20种类型。具体分类见表1表1差压式流量计的分类表分类原则分类类型节流式；动压头式；按产生差压的（3）水力阻力式作用原理分类（4）离心式；动压增益式射流式标准孔板；标准喷嘴；经典文丘利管；文丘利喷嘴锥形入口孔板；1/4圆孔板；圆缺孔板；偏心孔板；按结构形式分类（9）楔形孔板；整体（内藏）孔板；线性孔板；环形孔板；道尔管；罗洛斯管；弯管；可换孔板节流装置；临界流节流装置胡海燕（1979―）女，山东沾化人，工程师，毕业于中国石油大学，从事计量技术工作。

　　续表分类原则分类类型标准节流装置；低雷诺数节流装置；脏污流节流装置；按用途分类低压损节流装置；小管径节流装置；宽范围度节流装置；临界流节流装置3差压式流量计选型随着科学技术的发展，还有许多新型的流量计不断涌现。然而由于天然气流量测量技术本身涉及面广，不同的使用对象，对流量计有着不同的要求，也就是说客观上多种流量计并存，才能满足不同层次、不同场合的要求。不同类型的流量计具有不同的仪表特性和流体特性，要求的安装条件和使用条件各不相同，每种流量计都有其适用范围，也都有局限性，这就要求我们在选型时同时考虑各种因素，在选择仪表时，一定要熟悉被测对象、仪表性能、测量环境等多方面的情况。

　　3.1被测对象流量计的使用目的应该很明确。即要知道测的是体积流量，还是质量流量；要测瞬时流量，还是累积流量，而流量计由于结构、原理上的差异往往只适用于一种流量的测量或者是测量某一种流量最为精确，测量其他的流量则需要增加转换设备或精度下降，如旋进旋涡流量计靠计数或脉冲数来获取累积流量值的仪表，适合计量总量，如要用其计量瞬时流量，则要加计时装置和相应的计算电路才能转换出瞬时值，在转换过程中因有效数位等因素必将降低其精度。

　　首先应该考虑流体的性质，例如：对不可压缩流体来说，体积流和质量流是可以转换的，即可通过速度和密度相关变量来求得速度和密度为定值时）。

　　对天然气的计量有两种状况：一是加工处理前非洁净的天然气的计量，一是加工处理后洁净天然气的计量。非洁净天然气中往往夹带着液体、固体颗粒和其它可能会对气体流量计造成污染的析出物，给计量带来很大麻烦，加工处理后洁净天然气由于处理技术欠佳及集输管道不干净等原因，集输过程的天然气有时也是不洁净的。

　　3.2测量环境安装条件往往取决于现场空间、方位的要求。例如旋进旋涡流量计常常要求传感器的安装方向和流动方向分别是水平、垂直和水平，并且由于受流速畸变等因素影响，需要在上游或下游加一定长度的直管，消除对其的干扰。

　　在流量计使用时，影响它的周围环境因素主要是电磁干扰。如低频电磁干扰，也就是现场使用时，来自交流电源（220V50HZ因为安装时，为了走线规范，往往通过电缆桥架或保护管，这样，就可能使交流电源与信号线一起平行走线，干扰信号就会耦合到信号输出线上。由此可见，增加电源线与信号线之间距离，减少分布以及合理选择信号线接地点，就可避免干扰电压对流量计的影响。

　　3.3仪表性能气体流量测量中，温度和压力修正是提高气体流量测量精度的重要手段之一。

　　是否具备温度、压力修正也是选型需要考虑的问题之一，不进行压力修正所造成的偏差肯定为负，且实际工况压力越大造成的偏差也越大。不进行温度修正，当环境温度高于20*C，所造成的偏差为正；当环境温度低于20*C，所造成的偏差为负，所以，进行温度压力修正十分重要。

　　整体的测量准确度要求多少，在某一特定流量下使用，还是在某一流量范围内使用，在什么测量范围内保持上述准确度，所选仪表的准确度能保持多久，是否易于重新校验，是否要现场在线核对仪表准确度，这些问题必须细致考虑。

　　但节流件是一个经机械加工的金属结构件，而变送器和流量计算机可以有效地修正各种节流件的精度误差，所以系统性能取决于节流件差压变送器疏量计算机二者之和。

　　2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》438条对相应的用能量单位或设备的能源计量器具的准确度等级提出了具体要求。对用于煤气和天然气流量计的准确度等级的要求为20级；对于蒸汽，为2.5级。

　　在比较各制造厂的仪表性能规范时，要注意误差的百分率是指引用误差（色对误差与仪表的量程上限之比，常用S表示）还是相对误差（绝对误差与被测量真值的比值，常用表示）。

　　还要注意制造厂产品说明书所定准确度是指基本工业蒙年第误差限，在现场使用环境、动力、流体条件变化将产生附加误差。现场使用准确度应为基本误差与影响量产生的误差所合成，如影响量大，附加误差可能远远超过基本误差。

　　重复性在过程控制应用中是重要的指标，由仪器本身原理与制造质量所决定，而准确度除取决于重复性外，还与量值标定系统有关，严格的说，重复性是指环境条件、介质参量等不变情况下，对某一流量值时间段内同方向进行多次测量的一致性，然而实际应用中，仪表优良的重复性被许多因素包括流体粘度、密度等变化所干扰，然而这些变化因素还未到需要专门做检测修正的地步，这些影响往往被误认为仪表的重复性不好。因此有着类广义要求（即有参量变化影响因素的使用条件）高重复性的场所，不要选择影响量敏感的仪表。

　　流量仪表输出主要有线性和平方根非线性两种。

　　大部分流量仪表的非线性误差不列出单独指标，而包括在基本误差内，然而对于宽流量范围脉冲输出用作总量积算的仪表，线性度是一个重要指标，使有可能在测量范围内用同一个仪表系数，线性度差就要降低仪表的精确度，随着微处理器技术的发展，采用信号适配系数修正仪表系数非线性，从而提高仪表精确度和扩展流量范围。如需作管道流量配比，流量相加或热量计要对温度差和流量相乘时，应选择线性输出的仪表，可以简化计算过程。

　　上限流量、下限流量和流量范围选择流量仪表的口径应按被测管道使用的流量范围和被选仪表的上限流量和下限流量来选配，而不是简单地按管道通径配用。虽然通常设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。因为流速选择过低，管径粗投资大，过高则输出功率大，增加运行费用。大部分仪表上限流量的流速接近或略高于管道经济流速，因此仪表选择口径与管径相同的机会较多，安装就比较方便，如不相同也不会相差太多，一般相邻一档规格，采用异径管连接。然后同一口径不同类型的仪表上限流量受各自工作原理和结构的约束，差别很大。

　　在选型时往往考虑的是设备最大流量不超出流量计的上限流量，而对于用气设备各个流量段的使用概率及其误差区域未加考虑，这样导致流量计使用中均未超出其流量上限，但是小流量段或常用流量段误差偏大。

　　流量范围下限，选型时要满足流量计进入精度的最小流量（Qi小于管道的最小用气量，这样才能保证小流量的计量精度。

　　范围度是满足精度的情况下上限流量和下限流量的比值，其值越大流量范围越宽。制约差压式流量计的范围度的因素有：测量准确度的制约，流出系数非线性的制约，可膨胀系数的制约。线性仪表有较大范围度，一般为10：1非线性仪表则较小，通常仅为3：1能满足一般过程控制用流量测量和商贸核算总量计量。差压式流量计属于非线性仪表，新型的差压式流量计的范围度有所拓宽，经实验证明，槽道流量计的范围度一般可以超过7：1实现节能降耗现已成为各大企业必须高度重视的极其重要和紧迫的任务。要实现节能的目标，必须选择节能的仪表。节能仪表必须要具备两个基本条件，一是要有较高的准确度，否则就难以用数据说明节能效果，也无法进一步采取节能措施，二是永久压损不宜过大。

　　除无阻碍流量传感器外，大部分流量传感器或要改变流动方向，或在流通通道中设置静止的或活动的检测元件，从而产生随流量而变的不能恢复的压力损失，其值有时高达数1ka首先应按管道系统泵送能力和仪表进口压力等条件，确定最大流量时容许的压力损失，据此选定仪表。因选择不当而产生过大的压力损失，往往影响流程效率。压力损失较大的仪表短短几年为测量付出的泵送费用往往超过低压损而价格较贵仪表的购置等费用。

　　3.4基它方面流量计的费用主要是购置仪器的费用，运行维护费和流量计的流量调节和校验的费用也应当加以考虑。

　　流量测量的安全可靠，首先是测量方式可靠，即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故；二是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。一般有可燃性气体的场合，应选用防爆型仪表。

　　4结束语差压式气体流量计的选型必须同时考虑到多种因素，并且还得分清主次、综合分析，才能找到适合的流量计类型，不可片面追求流量计某方面的优异性能而忽略其它不利影响。