【正文】 . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 超聲波氣體流量計(jì)超聲波流量計(jì)(圖24)是隨著集成電路(IC)技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始得到實(shí)際應(yīng)用的一種非接觸式儀表。渦輪流量計(jì)具有高精度、高重復(fù)性、使用范圍寬和結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。 氣體渦輪流量計(jì)在歐洲和美國(guó)，氣體渦輪流量計(jì)（圖23）是僅次于孔板流量計(jì)的天然氣流量測(cè)量?jī)x表，在荷蘭天然氣管線上采用了2600多臺(tái)各種尺寸，壓力從．5MPa 的氣體渦輪流量計(jì)，它已成為優(yōu)良的天然氣流量計(jì)。在孔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有人提出將傳統(tǒng)孔板中心一個(gè)孔的結(jié)構(gòu)改為多孔或多槽結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)將壓力、溫度傳感器和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、傳輸元件都集于一個(gè)模塊的集成系統(tǒng)將成為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。目前，孔板流量計(jì)計(jì)量已經(jīng)開(kāi)始引入數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存和監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)壓力、溫度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量進(jìn)行時(shí)時(shí)修正，從而大大提高了孔板的計(jì)量精度。 這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_(kāi)流道，一般需檢測(cè)流速，然后推算流量。 科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多，且品種極其繁雜。生物技術(shù)中需監(jiān)測(cè)計(jì)量的物質(zhì)很多，如血液，尿液等。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì)，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全監(jiān)沒(méi)和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。其中管道運(yùn)輸雖早已有之，但應(yīng)用并不普遍。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無(wú)直管段等。 我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家，全國(guó)有上百萬(wàn)個(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策，環(huán)境保護(hù)將是 21 世紀(jì)的最大課題。流量?jī)x表是能源計(jì)量?jī)x表的重要組成部分，水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計(jì)，它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。 能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃?xì)?、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。 ⑤具有在線、動(dòng)態(tài)全補(bǔ)償功能外，還具有自診斷、自行設(shè)定量程⑥量程范圍寬、大于 10：1 ⑦配有多種通訊接口 ⑧穩(wěn)定性高目前，孔板流量計(jì)的應(yīng)用及其廣泛，流量測(cè)量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)領(lǐng)域： 流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位?？装辶髁坑?jì)的工作原理是當(dāng)氣體流經(jīng)孔板時(shí)，其前后產(chǎn)生的壓力不同，導(dǎo)致充 滿 管 道 的 流 體 在 節(jié) 流 件 附 近 造 成 局 部 收 縮 ， 流 速 增 加 ， 在 其 上游 和 下 游 兩 側(cè) 產(chǎn) 生 靜 壓 力 差 ,通過(guò)此壓力差來(lái)計(jì)算流量。 天然氣計(jì)量?jī)x表的分類 孔板流量計(jì)圖 22 孔板流量計(jì)Figure 22 Orifice Flowmeter. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手如圖 22 所示，孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與多參數(shù)差壓變送器（或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器）配套組成的高量程比差壓流量裝置，它可測(cè)量氣體、蒸汽、液體及引的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過(guò)程控制和測(cè)量。國(guó)內(nèi)目前在天然氣計(jì)量中采用《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法(SY／T 6143— 1996)》 、 《天然氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法(GB／T 11062—1998)》等計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)尚沒(méi)有覆蓋天然氣計(jì)量的各個(gè)方面，特別是在天然氣貿(mào)易計(jì)量中缺乏天然氣計(jì)量系統(tǒng)統(tǒng)一的、系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1978 年美國(guó)通過(guò)了天然氣法，統(tǒng)一各州和聯(lián)邦政府之間的天然氣價(jià)格，規(guī)定了以每立方英尺實(shí)際的能量含量作為天然氣價(jià)格的基礎(chǔ)，改變了天然氣傳統(tǒng)的計(jì)量方式，這種新的計(jì)量方式是結(jié)合天然氣的質(zhì)量測(cè)量和發(fā)熱量測(cè)量?jī)煞N獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)而產(chǎn)生一個(gè)新的天然氣能量測(cè)量系統(tǒng)。天然氣計(jì)量涉及到設(shè)計(jì)、建設(shè)、投產(chǎn)、操作、維修、檢驗(yàn)、檢定以及安全環(huán)保等各個(gè)方面，因此其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是很廣泛的。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第2章 天然氣計(jì)量?jī)x表分類 天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)天然氣計(jì)量實(shí)際上是天然氣流量的測(cè)量，是在天然氣流動(dòng)過(guò)程中間接測(cè)量的，測(cè)量的準(zhǔn)確度取決于整套測(cè)量系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、建設(shè)、操作和維護(hù)等全過(guò)程的質(zhì)量，為了保證計(jì)量系統(tǒng)按統(tǒng)一的技術(shù)要求進(jìn)行全面質(zhì)量管理，保證天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度，制定科學(xué)合理的天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的。因此，找出引起誤差的因素，提出改進(jìn)措施對(duì)于提高天然氣計(jì)量精度具有重大意義。它以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為理論依據(jù)，由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置產(chǎn)生差壓，應(yīng)用成熟可靠的儀表進(jìn)行差壓、壓力、溫度測(cè)量，由流量積算儀或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算得到天然氣的流量?？装辶髁坑?jì)是通過(guò)測(cè)量安. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手裝在管路中的同心孔板兩側(cè)差壓來(lái)計(jì)算流量的一種檢測(cè)設(shè)備。而孔板計(jì)量方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、計(jì)量精度較高，成為我國(guó)天然氣流量最主要的計(jì)量方式，在全國(guó)各大油田均有應(yīng)用。為了適應(yīng)能量計(jì)量方式的需要，我國(guó)應(yīng)該積極進(jìn)行天然氣按能量計(jì)量的試點(diǎn)工作，推出天然氣按能量計(jì)量的法規(guī)性管理文件；開(kāi)展天然氣能量計(jì)量配套技術(shù)研究，積極推行天然氣能量計(jì)量體系；積極完善和制定天然氣計(jì)量的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別要盡快研究制定天然氣能量計(jì)量的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和天然氣產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已有一些天然氣計(jì)量站配備天然氣在線分析系統(tǒng)，它可提供天然氣組成和發(fā)熱量的數(shù)據(jù)，如華北油田向北京供氣的東郊門(mén)站配備有引進(jìn)的天然氣流量計(jì)算機(jī)和在線氣相色譜儀等。在天然氣貿(mào)易計(jì)量中，以能量的方式進(jìn)行結(jié)算是最公平的方法。如，對(duì)中低壓、中小流量可選擇智能型速度式流量計(jì)(渦輪、漩進(jìn)旋渦流量計(jì))；對(duì)高壓、大流量可選擇氣體超聲流量計(jì)。 。時(shí)間傳播法超聲流量計(jì)的流量方. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手程主要由二個(gè)基本量組成：時(shí)間和長(zhǎng)度。由此可見(jiàn)，原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是一種固定裝置，其特點(diǎn)與流量計(jì)有較大差別，不僅標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有移動(dòng)性，它也無(wú)法實(shí)際反映流量參數(shù)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。至今國(guó)際上還沒(méi)有公認(rèn)的流量量值的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，流量量值的統(tǒng)一采用裝置比對(duì)實(shí)現(xiàn)。超聲流量計(jì)由于其本身工作原理的特點(diǎn)，實(shí)行干校獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。流量計(jì)可實(shí)施干校(無(wú)須實(shí)流校驗(yàn))是儀表先進(jìn)性的標(biāo)志，所有類型流量計(jì)都在追求實(shí)行干校，但是并非全部流量計(jì)皆可實(shí)現(xiàn)。由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，天然氣計(jì)量已逐步向在線、實(shí)時(shí)、智能靠近，同時(shí)依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化通訊、控制和管理，如SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用和智能渦輪流量計(jì)系統(tǒng)。 天然氣計(jì)量的發(fā)展趨勢(shì) 隨著中國(guó)加入WTO，外資企業(yè)不斷進(jìn)人我國(guó)天然氣市場(chǎng)以及引進(jìn)國(guó)外天然氣的可能性，天然氣計(jì)量與國(guó)際接軌已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。比較典型的科研項(xiàng)目有：“天然氣、空氣、水為介質(zhì)對(duì)孔板計(jì)量性能的影響研究”、“天然氣計(jì)量技術(shù)研究 ”、“氣體超聲流量計(jì)的測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究”、“新型流量計(jì)及新型整流器的研究與應(yīng)用”、“安裝條件對(duì)孔板影響因素的研究” 等。國(guó)外流量比對(duì)起步較早，最近幾年華陽(yáng)計(jì)量分站在天然氣流量方法與美國(guó) CEESI、美國(guó) SWRI、荷蘭 NMI、德國(guó) PIGSAR 進(jìn)行了初步的流量比對(duì)工作，結(jié)果基本一致。目前正準(zhǔn)備起草《用渦輪流量計(jì)測(cè)量天然氣》 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣》非等效采用 AGA ，同時(shí)也參考了 ISO/TRl2765 的部分內(nèi)容，2022 年 4月，已通過(guò)國(guó)家專標(biāo)委評(píng)審。如，國(guó)家原油大流量計(jì)量站 (大慶)的移動(dòng)式音速噴嘴標(biāo)定車(壓力 、管徑 DN200mm、流量 90000m3/h)，計(jì)量分站新購(gòu)置的移動(dòng)式氣體超聲流量標(biāo)定車(壓力 、管徑 DN 600mm、工況流量 80～8000 m3/h)。最近幾年，實(shí)流檢定技術(shù)日趨成熟，已建立起全套天然氣實(shí)流檢定方法、程序、管理制度，并與國(guó)外如美國(guó)、荷蘭、英國(guó)、德國(guó)等技術(shù)和水平逐步靠近。經(jīng)過(guò)天然氣實(shí)流測(cè)試后，北京、大慶、新疆、四川、天津、河北等已逐步引進(jìn)氣體超聲流量計(jì)約 40 臺(tái)。隨著國(guó)外氣體超聲流量計(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)及時(shí)跟蹤國(guó)外先進(jìn)計(jì)量技術(shù)，自 1999 年以來(lái)，由國(guó)家原油大流量計(jì)量站成都天然氣流量分站(以下簡(jiǎn)稱計(jì)量分站)牽頭，對(duì)具有典型代表的美國(guó) Daniel、荷蘭 Instromet、美國(guó) Contronlotron 所生產(chǎn)的氣體超聲流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)流測(cè)試，研究在理想安裝條件、非理想安裝條件、旋轉(zhuǎn)不同角度安裝條件、帶壓更換超聲換能器、不同壓力條件、聲道故障狀態(tài)的性能并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。近期又出現(xiàn)了該類型的雙探頭智能流量計(jì)，抗干擾能力進(jìn)一步增強(qiáng)。該類流量計(jì)能在線采集壓力、溫度、工況流量、標(biāo)定流量、實(shí)時(shí)修正壓縮因子以及自動(dòng)進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。該系統(tǒng)變送器具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，可利用它的通訊功能進(jìn)行在線故障診斷、組態(tài)和校驗(yàn)，天然氣流量計(jì)量逐步走向在線、智能、實(shí)時(shí)計(jì)量。近幾年來(lái)，我國(guó)天然氣計(jì)量技術(shù)的現(xiàn)狀具體可概括有如下幾點(diǎn)： 圖 11 智能化的標(biāo)準(zhǔn)孔板構(gòu)造圖 Figure 11 Intelligent Standard Orifice Plate Tectonic Map 。但就天然氣 流量計(jì)量總體技術(shù)與水平而言，與國(guó)外相比還存在顯著差距。 我國(guó)天然氣計(jì)量起步較晚，在儀表的使用和選型上，主要以孔板為主，其比例約占 88%，采用的是幾何檢定法。20 世紀(jì)由于過(guò)程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用事業(yè)對(duì)流量測(cè)量的需求急劇增長(zhǎng)，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動(dòng)儀表更新?lián)Q代，新型流量計(jì)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。17 世紀(jì)托里