燃气流量

燃气流量（共4篇）

燃气流量 篇1

摘要：作为商业用途的燃气计量表, 其用途主要有重要的两点:一是作为使用多少燃气的主要结算依据;二是燃气公司用来衡量燃气使用效益的依据;因此, 商业单位应该根据自己本身燃气设备的运行情况和规模来选用适合的燃气流量计。文章通过分析介绍燃气流量计的类型、精度、量程、价格、安装使用条件、维护成本、寿命周期等, 让我们在这些方面了解基础上把握选择计量表的重要关口, 学会如何去选择燃气计量表。

关键词：燃气计量表,膜式计量表,罗茨计量表

1 如何选择燃气流量计的类型

在选用合适的产品的时候, 首先必须得对产品的种类类型、各自的优缺点有一个清楚的了解, 这是一个基本的常识, 在选择商业用途的燃气流量计的时候更应该遵循这样的原则。因此在做选择前, 我们第一件需要做的事就对燃气流量计的类型先做一个大概的认识。目前, 市面上使用的比较多的燃气流量计主要有三种类型:膜式燃气表、罗茨流量计、涡轮流量计。

1.1 膜式燃气表

这种燃气表是属于容积式流量计, 计量的精准度处于一般水平, 其始动量比较小, 可以实现IC进行预付费充值功能。由于其最大的一个优点就是价格相对比较便宜, 所以比较受居民家用和小型商业用户的青睐。但其不足的地方就是燃气表皮膜比较容易老化, 一旦老化后就会导致计量值出现负偏差的情况, 这种类型的燃气表的使用寿命也比较短。在流量大于25m3/H时, 该种类型的表就会产生误差, 计量精度不准确, 且发生体积变大的现象, 所以一般大的商业用户基本不会选择此类表, 对于燃气使用压力低于3000Pa, 且用气量小于25m3/h的小型商业用户就比较适合使用该燃气表。此外, 该种燃气表没有温度、压力体积修正的功能, 会产生一定的计量损失, 但使用该表的场所一般压力较低, 产生的计量损失, 用户和燃气公司双方基本都能接受。

1.2 罗茨流量计

该种流量计也是属于容积式, 具有量程宽、压力小、精度高的优点, 同时, 其始动量比较小, 可以计量大流量, 也可以计量小流量, 而且安装的时候不需要安装前后直管, 这类型的表比较适用于中低压的管道系统中, 而且可以配温度、压力补偿体积修正仪。如果将这类型的流量计用于大型重要的商业用户, 可以采用SCARD系统对流量、压力、温度等进行远传和监控, 这大大方便了燃气企业进行的运营管理。但由于该流量计是属于高精度仪器, 因此价格相对也比较昂贵, 大口径流量计的体积比较大、比较笨重, 设备安装前需要安装过滤器对空气进行洁净过滤。

1.3 涡轮流量计

这种流量计不同于上述两种, 是属于速度计量仪, 其具有较高计量精准度, 量程比较宽, 工况流量最高可达到6000m3/h以上, 而且可以配温度、压力补偿体积修正仪。但其压力损失大, 始动量大, 小流量用气时产生不计量现象的缺点。由于其工作原理是利用计算气体流动速度来推算气体的流量, 所以流入涡轮流量计内的燃气须为典型的层流或紊流分布才能保证计量的准确, 这时候就必须在计量表前后端安装直管道才能保持气流的稳定。涡轮流量计有国产和进口的, 国产的就比较便宜, 进口的价格就比较昂贵。

综上所述, 我们基本可以这么认为, 涡轮流量计和罗茨流量计比较适合用于大型商业用户, 因为此类用户用气量比较大, 用气压力要求高, 其流量计均需配有温度、压力补偿体积修正仪;并且, 由于涡轮流量计始动量较大, 常常被用于工矿企业热负荷相对恒定的用气设备;罗茨流量计始动量极小, 常常被用于用气量不均匀且用气量变化较大的大型酒店、生产企业。

2 如何选定燃气流量计的性能指标

在选用燃气流量计的时候, 除了对相应的流量计类型要有个基本的认识之外, 更重要的是要充分了解流量计质量的各项性能指标。以下就如何选择合适的性能指标做一个简要的介绍。

2.1 计量精度

计量精度是衡量燃气流量计是否准确的一项指标, 一方面关系到商户使用的燃气量是否能被正确计量, 另一方面关系到燃气公司的盈亏, 所以选用计量精度准确的流量计既对商户公平, 也对燃气公司公平。燃气流量计的精度一般有1.0级和1.5级的, 应该根据燃气公司的要求和商户自身的需求, 选用误差尽可能小的流量计。膜式燃气表的误差一般在-1%-1%之间, 涡轮流量计的误差在-2%-2%之间, 罗茨流量计的误差在-2%-1%之间。对各种类型的流量计有了一个认知之后, 就可以根据实际情况选用合适的流量计了。

2.2 量程指标

用气设备一般都有大小火的调节功能, 为了保证计量的精度, 选用的流量计的最小流量量程 (Qmin) 应小于设备最小用气量;为避免用气设备因故障或特殊情况导致的用气量瞬间增加损坏流量计, 选用的流量计的最大流量量程应大于用气设备最大用气量。如果已经安装的流量计不能满足多台用气设备的最大流量或最小流量, 则须考虑分组配置流量计或对特殊用气设备单独配置燃气流量计。

2.3 如何选定最大流量和最小流量

当流量计只对1台用气设备进行计量时, 则根据用气设备的最小用气量和最大用气量分别选定最小流量和最大流量;当对多台用气设备进行计量时, 由于有存在只有1台用气设备单独运作的情况, 则最小流量应该根据几台用气设备中最小用气量的那台来选定, 最大流量的确定则须大于几台用气设备同时使用的最大用气量;另一方面, 在选用流量计的最大、最小流量时, 须将用气设备标准状况下的用气量折算到实际工况下的用气量。

2.4 始动流量指标

在选用什么型的流量计时, 可能会看到有两种规格的流量计的量程范围都能够满足用气设备的最小、最大流量值, 这个时候就需把始动量值作为选用标准, 首先要考虑的就是选用始动量更小的流量计, 这样可以提高计量精确度。另外一方面, 由于使用的气源不一样, 热值也是有高有低, 这会关系到用气设备用气量大小的问题。这就要求我们在选型时就得选用具有兼容性的流量计, 以避免每次换气源就得换流量计的情况发生。

3 流量计选择时考虑的因素

在对上述燃气流量计的类型和相关的技术指标做了一个大概的认识了解之后, 我们就可以综合考虑各种因素选择适合的燃气流量计了。以下提出几点需要重点考虑的因素, 比如流体的特性、流量计的性能、安装的要求、使用环境、价格等。

3.1 流体的特性主要是指燃气的压力、温度、黏度、压缩性、密度, 因为气体的体积会随着温度、压力的变化而产生变化, 所以在决定选购流量计的时候就必须得考虑是否需要配置温度、压力补偿体积修正仪的问题。

3.2 仪表的性能是指流量计的精准度、重复性、线性度、量程比、压力损失、起始流量、输出信号及响应时间等。在选用流量计的时候需要对这些的性能进行仔细比较分析, 根据使用需求, 选择能够满足测量需求的流量计。

3.3 安装条件要求是指在安装的时候要根据燃气的流向、管道走向, 选择上下游直管道的长度、管道直径、安装的位置及相关的管件, 因为这些都会影响到燃气流量计是否能准确运作、维护成本和使用寿命。

3.4 价格因素是指根据自身的使用要求, 综合考虑购买流量计的价格、安装的费用、维护成本、校验费用和其他相关备件费用, 通过对比衡量, 选择满足自己需求价格的流量计。

4 结束语

燃气流量计是计量燃气使用量的一个重要工具, 其流量计量是用户和经营管理过程中一项重要的技术指标。因此, 为保证燃气流量计量的精准度, 提高经济效益和社会效益, 我们必须得从流量计选型、各项性能指标、安装要求等方面合理考虑选用燃气流量计。

参考文献

[1]张涛, 陈文柳, 单君.城市天然气贸易计量流量计的选型建议[J].城市燃气, 2010 (, 4) :7-13.[1]张涛, 陈文柳, 单君.城市天然气贸易计量流量计的选型建议[J].城市燃气, 2010 (, 4) :7-13.

[2]杨建华.燃气流量计的选型及安装[J].煤气与热力, 2011.[2]杨建华.燃气流量计的选型及安装[J].煤气与热力, 2011.

燃气流量 篇2

随着当前对环保要求的提高，以及燃气输气管道的兴建与普及，要求作为燃气管道流量检测专业设备之一的超声波燃气表具有优良且安全的流量检测能力[1]。当前的高精度计时芯片已达到PS级别，若设计的检测模块能有效消除温度和管道环境对流体和管内声速造成的非线性误差，工业燃气表就能通过软件信号筛选判断出超声波信号的发出和到达时刻，从而进一步提升工业燃气表的测量精度。

鉴于ACAM时间数字转换芯片的特点，基于时差法设计了燃气流量检测模块，采用TDC-GP2芯片作为检测模块的主芯片。本文从工业燃气表的实际应用角度出发，给出了一种基于超声波的能更好实现流量检测的解决方案。

1 检测模块总体设计要求

超声波燃气表参数要求如下：燃气管道工程通径为DN80mm，气量约为5.4m3/h～350m3/h，燃气测量精度保证1.0级，即测量误差小于±1%。

超声波燃气表采用时差法测量燃气流速，其核心技术是对时间进行测量和处理。根据超声波燃气表总体设计要求，仪表供电、检测模块安装于仪器内部，能很好地满足燃气表对检测和可靠通信的要求；要求检测模块能准确接收、识别上位机的命令，且可以准确无误地测得超声波在燃气管道内正向和反向传播的时间，并返回实时信息。在检测模块的软件设计中，模块采用SPI总线与控制器进行通信。

2 超声波流量检测的工作原理

如图1所示，本系统采用Z式安装管段的方式在管道上安装超声波换能器，Z式管段方式主要适用于50mm口径以上的管道。一对超声波换能器A和B相向交替发射或接收超声波，检测模块测得超声波信号分别在燃气中顺流和逆流的时间，并计算得到两个时间的时间差，利用公式计算当前燃气的平均流速，进而计算出燃气流量Q。流量公式如下：

其中：v为燃气的平均流速；A为燃气管道横截面。由上式得到流体的体积，即单位时间的输气量。

由图1可得到时间和平均流速相互关系的基本式，即：

其中：L为超声波的两个探头之间的声程；θ为超声波传播方向与燃气流动方向的夹角；C为超声波在燃气中传播的速度；T1为超声波顺流传播时间；T2为超声波逆流传播时间；τ1为超声波顺流时间测量电路及换能器的总延时时间；τ2为超声波逆流时间测量电路及换能器的总延时时间。声波在燃气中的实际传播速度是由燃气静止状态下声波的传播速度和燃气轴向平均流速在声波传播方向上的分量组成，因此由式（1）和式（2）推导出平均流速v的计算公式：

需要注意的是，超声波在燃气管道内传输时温度对声速影响严重，温度升高会导致声波传输速度增大[2]。因此，根据燃气测量精度的要求，设计时需要注意消除温度对燃气静止状态下声波传播速度的影响和干扰。

由式（3）可以看出，顺流和逆流的超声波传播时间是否精确是决定流速测量精度的关键，且该公式使得测量的精度不会因为温度的波动而造成太大的损失。此外，超声波在管体传播的距离不是非常大，所以传播时间的差值也不大，而一般测量电路不能保证这样的测量精度[3]，因此选用高精度时间测量芯片进行模块的设计。例如，该工业燃气表所使用的工业场合，通径为DN80mm，假如保证气量为5.4m3/h时，燃气流速约为0.3 m/s，此时顺流、逆流的传播时间差约为30.87ns，当分辨率为50ps时，能保证所测燃气流量的误差在精度要求范围内。

3 检测模块的硬件线路

燃气表中的检测模块主要以高精度时间测量芯片TDC-GP2为核心。该芯片因其低功耗的特点，使其适用于低成本的工业应用领域，其重要的第一波检测功能使得这一芯片更适合高动态范围的工业燃气表应用。此外检测模块还包括超声波换能器、温度传感器和一些外置电路，超声波换能器设置在表体的管道腔体内。图2为基于TDC-GP2芯片的检测模块硬件电路连接。

3.1 TDC-GP2芯片电路

GP2芯片内部主要集成有脉冲发生器、时间测量单元、校准单元、ALU单元、4线SPI通信接口等。芯片设有两种测量模式供使用者选择，此外芯片还可以通过配置内部寄存器设置芯片的测量方式和信号触发方式等，便于用户灵活应用。TDC-GP2作为高端数字模拟混合器件，其供给电源需在高电容性和低电感性下达到最佳测量效果，因此电路中加入了双通滤波电路。VIO和VCC端为避免由I/O电源输入而引起的干扰，所以采用电池供电。TDC-GP2芯片外接两个晶振，其中4MHz高速晶振用于时钟校准，32kHz晶振用于内部定时[4]。

芯片的START引脚用于给出测量准备并随时开始的信号，STOP1引脚用于接收时间测量开始信号，STOP2引脚用于接收时间测量停止信号；FIRE-up和FIRE-down两个引脚用于激励上、下游两个超声波换能器发射超声波脉冲信号。TDC-GP2采用SPI通信与单片机实现信息互送。控制引脚En-start与单片机的P1.0连接，START端与P1.1连接，用于给予单片机一个不参与测量的信号。

3.2 检测模块外围电路

燃气表采用单片机MPC82G516A进行控制和数据处理，MPC82G516A是高效1-T结构的单芯片处理器，与有同样处理能力的控制芯片相比其运行速度非常低，能很大程度地减少耗电量，其拥有的特殊功能能够有效地减少电路板面积和系统成本[5]。

超声波换能器采用压电陶瓷超声波传感器TCT40T/R，直径为Φ16 mm，采用分体式单晶直探头，中心频率为40kHz。换能器在测量管段上安装角度为45°。此外TDC-GP2内部集成一专门用于温度测量的模块，4个温度测量端口接2个温度传感器和参考电阻，可作为拓展功能应用于高精度工业燃气表。

4 检测模块的软件设计

TDC芯片有两个测量范围，相较于更适用于激光时间测量的测量范围1，流量监测模块采用测量范围2。测量芯片从Stop信号开始启动高速单元测量，其并不是测量整个的时间间隔，而是从测量芯片接收到Start信号时开始测量，或者选择从Stop信号发出后的相邻基准时钟上升沿开始测量。因此在测量范围2中必须进行校准，在校准期间，由TDC芯片测量基准时钟周期。

4.1 检测过程

芯片测量过程如下：首先将诊断管脚En-start端置高，单片机向START端发出一个不参与测量但用于触发测量的信号，告知芯片开始进入测量状态。4MHz的晶振开启等待一段延迟时间后，比较器、参考电压以及模拟开关被供电。50ns后，单片机触发芯片FIRE-up发出信号给超声波换能器并同时给予STOP1端用于计时，超声波换能器A产生发射信号经管道传输后，由超声波换能器B接收。接收到的信号输入给STOP2端；一个工作流程结束后，GP2内部的算术逻辑单元计算出时间差值，两次计时的差值为顺流传播的时间TAB。同样，逆流检测的工作方式同理。将顺流和逆流时间代入公式进行计算，得到燃气管道的流量值。此外，TDC-GP2芯片的内部设置一个噪声单元，通过寄存器设置可以触发噪声单元，用于消除量化误差和系统误差[6]。

4.2 软件设计

软件设计步骤如下：首先，配置单片机I/O口，对GP2初始化，即对测量方式进行选择，设置驱动脉冲的方式、校准方式和需要采样的次数等；其次，开启单片机总中断和过零比较器，向GP2发送驱动测量START信号，50ns后按初始化的配置方式由FIRE-up发射脉冲信号用于驱动超声波换能器，给予STOP1信号，启动计时模块并开始计时，同时通过芯片对换能器接收到的超声波信号进行检测。STOP2接收到超声波信号的标志，触发计时模块停止计时。芯片通过SPI总线将计时结果传入单片机中进行计算得到顺流情况下燃气的流速。若采样未检测到合适的信号，则返回重新配置数据和计算方式。图3为检测模块软件子程序流程。

5 结果分析

模块设计并组装完毕后，对改进后的工业燃气表的各项功能进行测试。首先针对硬件进行校验测试，保证电源、地线、CPU接线正确，保证上电后时间测量芯片的各引脚电平输出正确后再开始进行软件测试，检测模块利用串口调试助手进行测试[7]。单片机R/D端置低电平后，模块处于等待接收的状态。然后上位机给通信口写入帧，通过串口调试判断测试模块发出的数据是否正确，R/D端置高电平，用单片机串口输出应答帧，判断上位机是否正确地接收到检测模块传回的信号。在通信期间可通过示波器观察信号的波形，判断模块的通信信号是否有完整的波形，能否正常准确地隔离干扰。最后，将模块加入工业燃气表中实际进行通信。

试验结果和工程应用均表明：应用该设计方案的流量检测模块能保证可靠的测量和通信，测试中未出现故障和设备损坏，能有效地满足工业燃气表在工程上可靠工作的要求。系统的最大测量误差在±1%以内，达到了准确度等级为1.0级的要求。

6 结语

本文详细介绍了一种超声波燃气表流量检测模块，并详细论述了时间间隔测量芯片TDC-GP2的功能模块及工作流程，设计了一种超声波回波信号处理电路，并对超声波流量计检测模块的硬件电路与软件方案进行了阐述。实验表明：该模块能很好地进行检测，并减少了硬件电路中元器件的数量，降低了PCB板的复杂度和成本，是超声波燃气表升级进行检测传输的一条可靠途径。

摘要：为满足工业燃气表接入工程现场的要求,改进了工业燃气表的流量检测模块。该模块基于高精度低功耗时间测量芯片TDC-GP2,详细规划了模块的组成,介绍了软件工作流程。针对工业燃气表自身特点设计的检测软件可以判断超声波信号质量,排除由于扰流等造成的测量误差,实现了数据传输和仪表控制。线路改用TDC-GP2芯片后消除了温度和管道对声速和流体造成的非线性误差,保证了检测的可靠性。实验证明:模块通过信号筛选准确判断了超声波信号的到达时刻,实现了上位机对燃气表的精准控制和可靠通信传输,使得系统精度进一步提升,并使其容错处理和抗干扰性能都优于之前。

关键词：超声波燃气表,TDC-GP2,流量检测,设计

参考文献

[1]傅德基.智能燃气表的现状与发展趋势探讨[J].中国高新技术企业,2016(5):75-76.

[2]刘宁杰.基于TDC-GP22的超声波流量计设计[J].工业控制计算机,2015,28(3):166-170.

[3]姚滨滨,张宏建,唐晓宇,等.基于时差法和TDC-GP2的超声波流量测量方法[J].自动化与仪表,2011(8):17-20.

[4]邵慧.TDC-GP21在时差法超声波流量计中的应用[J].现代电子技术,2012,35(12):134-136.

[5]张迎新.单片机微型计算机原理、应用及接口技术[M].北京:国防工业出版社,2004.

[6]高正中,谭冲.基于TDC-GP22高精度低功耗超声波热量表的设计[J].电子技术应用,2015,41(7):61-65.

燃气流量 篇3

某型燃气轮机由乌克兰“机械设计”科研生产联合体设计制造, 是在前苏联第三代船用燃气轮机的基础上发展起来的, 发动机功率由15 000 k W提高到25 000 k W。其增大功率的主要措施是在低压压气机前增加一个超音速、宽叶型的零级, 以加大压气机空气质量流量、提高压比, 同时提高涡轮进口燃气初温, 达到增大功率的目的[1]。

燃气轮机为三轴式, 由低压压气机、高压压气机、燃烧室及动力涡轮组成。带减震器的底座用于安装燃气轮机, 用18只橡胶减震器支撑。罩壳为简易型、空腔式结构, 仅罩住压气机后的燃烧室等高温部件, 罩内不铺设如照明、维修时用导轨等设施。排气管为烟斗形, 通过两只橡胶减震器单独固定到船体基座上。与同类型的LM2500及FT8相比, 该型燃气轮机的燃油消耗率、空气流量相对较高, 而发动机效率相对较低。其最大优点是启动性能好[2,3]。

某型燃气轮机高压压气机第五级抽气为外部抽气, 通过外设抽气管路, 进入低压涡轮机匣空间, 经过分流板及套筒进入低压涡轮导叶, 冷却低压导叶;部分由低压导叶叶身的气膜孔排出至燃气通道, 部分由低压导叶底部流出, 经管路进入低压涡轮动叶, 冷却低压动叶, 最后由低压动叶叶身气膜孔及叶顶气孔流出至燃气通道。

1 计算模型及网格

由于低压涡轮机匣部分分流板结构复杂, 所以在进行该部分抽气模型建模时, 选择高压压气机抽气口及外部管路结构进行建模, 模型如图1所示。

由于结构非对称, 不能选择部分进行网格划分及计算, 只能进行全区域的网格划分及流体动力学计算, 利用ICEM进行网格划分, 网格模型如图2所示。

利用CFX进行流体动力学计算, 模型给定抽气口总压、总温, 出口给定静压。高压压气机第五级抽气口总压范围为1.10~1.35 MPa, 温度为642K, 给定进出口压差为0.05~0.40 MPa, 壁面设置为固定壁面, 流动介质为理想空气, 湍流模型选择标准的k-ε模型。

2 计算结果分析

2.1 网格无关性验证

网格质量对CFD计算精度和计算效率有重要影响, 网格无关性验证的目的是为了评估网格密度对计算结果的影响, 确定是否达到计算需要的精度的网格数。针对不同网格数量的模型进行数值计算, 得到相同进口边界条件下的抽气流量, 如图3所示。

由图3可知在网格数大于105时, 计算结果已经趋于稳定, 说明这时计算结果对于网格已经具有独立性, 因此确定该抽气结构的网格数为105。

2.2 计算结果分析

根据上述确定的进口总压范围及进出口压差范围进行CFD计算, 得到抽气流量关于进出口压差的关系曲线如图4所示。

随着进出口压差的增大, 抽气流量增加;相同进出口压差条件下, 抽气流量随着抽气口总压的增大而增加, 且随着压差的增大, 不同抽气口总压情况的流量差变大。

图5所示为外部抽气通流结构的流场特性图, 包括流场内部的流线图及压力分布云图。

3 结语

本文通过对某燃气轮机第5级外部抽气结构进行流量研究, 通过CFD计算能够准确得到不同压差情况下抽汽流量变化情况, 为该燃气轮机的改型设计以及低压涡轮的冷却流量分配提供理论依据。

摘要：针对某型燃气轮机第5级外部抽气建立计算模型及网格。根据进口总压范围及进出口压差范围进行CFD计算, 得到抽气质量流量关于进出口压差的关系曲线和外部抽气通流结构的流场特性分布。

关键词：燃气轮机,抽气,流量,压差

参考文献

[1]陈仁贵, 高顺华.论天然气长输管道燃压机组机型选择及配置[J].热能动力工程, 2010, 25 (4) :374-378.

[2]孙少锋, 沈钰新, 刘华印.西气东输管道工程燃压机组国产化发展思路[J].石油规划设计, 2001, 12 (3) :6-8.

燃气流量 篇4

1 工商业燃气流量计的要求

1.1 安全可靠性

由于燃气是一种易燃易爆气体, 而它又是在一定的压力下输送, 因此要求燃气流量计必须安全可靠。一方面要求表体有一定的强度, 能够承受内部燃气的压力和外部冲击, 另一方面要求表体必须有良好的密封, 避免燃气泄露。此外, 流量计配套的电气仪表必须具备相应的防爆标准。

1.2 准确度

燃气流量计作为供用气双方贸易结算的依据, 其准确度直接影响到贸易双方的利益。为了保证燃气费用的计算公正、准确, 工商业燃气流量计必须有一定的准确度要求。根据《用能单位能源计量器具配备和管理通则》GB17167-2006的有关规定, 工商企业燃气流量计的准确度最低要求是2.0级。

1.3 量程比

量程比是指在流量计所标定的准确度要求下, 最大与最小流量的比值, 它反映流量计的计量范围度。由于工商企业的用气工况往往有很大的变化, 因此要求所用的燃气流量计有较大的量程比。

1.4 抗干扰能力

工商业燃气流量计在很多情况下都需要与其他生产设备设置在同一车间内, 这些设备产生的热量、震动、电磁辐射或腐蚀性物质等都会对流量计造成侵扰。为了避免外部侵扰影响流量计的正常计量, 要求流量计及其附属设备的材质和结构具有相应的耐热、防震、抗辐射及抗腐蚀等抗干扰的能力。

1.5 外形和重量

受到安装空间和其他设备的限制, 工商业燃气流量计必须尽量做到体积小、重量轻, 安装拆卸简易, 以适应各种复杂的安装环境。

2 常用工商业燃气流量计的类型

目前, 国内常用的工商业燃气流量计的类型有三种, 分别是:膜式流量计、腰轮流量计和涡轮流量计。

2.1 膜式流量计

膜式流量计简称皮膜表, 是容积式流量计的一种, 其产品标准是GB/T6968-2011《膜式燃气表》, 计量范围一般为0.06~100m 3/h。膜式流量计的优点是:

1) 始动流量低, 量程比特别大, 达到150∶1;

2) 燃气流态不影响计量精度, 无前置直管段要求;

3) 机械传动, 无须外部能源;

4) 对燃气洁净度要求不高, 不容易卡表, 一般不需要设置过滤器;

5) 结构简单, 拆装检修方便。但受其结构的限制, 皮膜表的工作压力较低;大流量的皮膜表体积较大, 表体笨重, 一般较少采用;而表内的皮膜也会因为长期受压而张大, 造成计量的负误差。

2.2 腰轮流量计

腰轮流量计又称罗茨流量计, 也是容积式流量计的一种, 其产品标准有JB/T7385-94《气体腰轮流量计》、JJG633-2005《气体容积式流量计》, 计量范围一般为1~3000m3/h。腰轮流量计同样具有量程比大 (20∶1~220∶1) , 燃气流态不影响计量精度, 机械传动, 无须外部能源的特点。与皮膜表相比, 它的流量较大, 工作压力也较高, 一般为0.6~1.2MPa, 高压表可达2.0MPa以上。但由于加工精度高, 转子和外壳之间隙很小, 燃气内的杂质会造成转子磨损或卡死, 因此腰轮流量计对燃气的洁净度要求较高, 需要安装过滤器。大规格的腰轮流量计价格高, 体积大, 笨重, 拆装也不方便。

2.3 涡轮流量计

涡轮流量计属于速度式流量计, 是重复性、准确度最好的流量计之一, 其产品标准有GB/T18940-2003《封闭管道中气体流量的测量涡轮流量计》、JJG198-94《速度式流量计》、计量范围一般为2.5~6500 m3/h。涡轮流量计的主要特点是:

1) 精度高, 一般为1.0~1.5级, 高精度型可达到0.5~1.0级;

2) 量程比大, 中大口径可达50∶1~10∶1;

3) 结构简单、重量轻、维修方便, 流通能力大, 进口表最大流量达到25000m3/h;

4) 表体上无需开孔, 适用于高压测量;

5) 输出脉冲频率信号, 便于总量计量及与计算机连接, 无零点漂移, 抗干扰能力强。

涡轮流量计的特性易受气体密度的影响, 愈是高精确度, 其影响愈敏感。由于气体的密度与温度、压力关系密切, 而在现场温度、压力波动是难免的, 要根据它们对精确度影响的程度采取补偿措施, 才能保持高的计量精度。此外, 流量计受来流流速分布变化和旋转流的影响较大, 传感器上下游需设置较长的直管段, 如安装空间有限制, 可加装整流器以缩短直管段长度。

3 燃气流量计的选择依据

由于工商企业的用气工况多种多样, 安装场合各不相同, 燃气流量计也各有特点, 因此, 选型时要同时考虑多种因素。首先, 确定用气工况, 包括燃气的压力、温度、流量范围、清洁度、成分等;其次, 了解安装的环境, 包括环境温度、设备的震动、周围的电磁干扰等, 然后结合流量计的特点, 包括其原理、计量范围、精度、压力损失、是否需要压力温度修正仪等进行选择;同时也要考虑经济因素。

3.1 压力

流量计均规定了最大工作压力。最大工作压力是指常温和冲击压力下流量机所能承受的压力。燃气的输送压力不能超过所选用流量计的最大工作压力, 否则会造成流量计的损坏或燃气泄露。

3.2 流量

在流量计选型时, 要充分考虑各用气设备的功率、数量、同时工作情况, 结合燃气温度和压力范围等参数, 计算出系统最大和最小工况流量, 以选择合适的流量计。流量计的工况流量计算公式如下:

Qg———工况状态下气体体积流量, m3/h;

Qn———标准状态下气体体积流量, m3/h

Zg———工作状态下气体压缩系数;

Zn———标准状态下气体压缩系数, 在中、低压力下Zg/Zn≈1;

Pn———标准大气压, Pn=101.325k Pa;

Pg———流量计压力检测点处的表压, k Pa;

Pa———当地大气压力, k Pa;

Tg———介质的绝对温度, K;

一般情况下, 用气设备的最大工况流量宜选在流量计最大流量 (QMAX) 的60%~80%之间, 这样在设备启动或管路流量、压力发生脉动时, 可避免超量程使用, 从而延长流量计的使用寿命;同时, 要注意流量计的最小流量 (QMIN) 须小于设备的最小工况流量, 这样才能保证小流量时的计量精度。因此, 在流量计选型时应仔细核算各设备的使用工况, 大小流量点兼顾, 如果最大、最小流量相差较大, 可考虑使用两台不同规格的流量计对不同流量段的燃气设备分别计量。

3.3 流量计的精度要求

通常, 每一种流量计都有几种精度等级可以选择, 虽然精度越高, 计量越准确, 但流量计的价格也会显著增加, 中小型企业无法承受, 因此, 只有在企业用气量特别大时, 才建议采用高精度流量计, 一般工商业用户的流量计只须达到基本的精度要求即可, 以节省成本。

3.4 过滤器的要求

腰轮流量计和涡轮流量计对介质的洁净度要求较高, 都需要在表前设置过滤器。大多数厂家都为其流量计产品配备了过滤器;当厂家不提供过滤器时, 要注意了解流量计要求的过滤精度, 为其选配合适的过滤器。此外, 过滤器也宜设置差压计, 通过观察过滤器前后气体压差, 若压差过大, 则说明过滤器滤芯出现堵塞, 应及时清洗或更换。

3.5 压力温度修正仪的选用

燃气的贸易结算流量是采用标准状态下 (压力为101.325k Pa, 绝对温度为293.15K, 即20℃) 的体积值。由气体状态方程可知, 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, 燃气企业亏损越大。不进行温度修正, 当环境温度高于20℃时, 所造成的偏差为正;当环境温度低于20℃时, 所造成的偏差为负。在广东地区, 虽然年平均温度略高于标准温度, 约22℃, 其偏差在+0.7%左右, 但压力造成的负偏差 (在≤3k Pa时, 偏差为-3%) 大得多, 因此, 进行温度压力修正对于维护燃气企业利益十分重要。

3.6 流量数据的实时传输

随着燃气用户增加, 城市燃气管网的运行工况受用户的用气状况的影响会不断增大, 尤其是用气量较大的用户, 其用气情况的改变将直接造成周边甚至整个区域管网的压力波动, 有的甚至对上游的供气调度也产生影响, 因此, 在条件允许的情况下, 应对用气量较大的用户设置流量数据实时传输设备, 将其用气数据传输到管道网络控制中心进行实时监控, 及时对用户用气的变化做出相应调度, 同时也能对流量计的计量状况进行监测, 及早发现计量异常, 避免因流量计损坏而造成用户或燃气公司的损失。

4 结论

经过分析, 对工商业流量计选型的建议是:

1) 在流量计选型时, 要了解用气设备各流量点与流量计计量范围的匹配程度, 除了要求设备的最大流量不超过流量计的流量上限外, 也要避免小流量时流量点落在误差稳定范围外, 造成小流量时误差偏大。

2) 当工况压力低, 流量小, 特别是微流量 (小于1 m 3/h) 时, 应优先选用膜式流量计;当设备较多, 最大和最小流量相差较大时, 可选用腰轮流量计;当用于锅炉、窑炉及空调机组等用气量大而相对稳定的设备时, 则选用涡轮流量计。

3) 一般用气量较小商业客户 (高峰用气量不大于40Nm 3/h) , 为节约投资成本, 可采用模式流量计, 且不带压力温度修正仪;当高峰用气量大于40Nm3/h时, 建议采用要腰轮流量计并设置压力温度修正仪。

参考文献

[1]城市煤气设计规范TJ28-78 (试行) 简介[J].工业建筑, 1980.