淺析商業(yè)用戶燃氣流量計的選擇及使用

摘 要

摘要：本文簡要介紹了燃氣流量計的主要性能，分析了流量計設計選型時需考慮的幾點因素，此外還闡述了流量計精度、量程及流量計的最小、最大、始動流量的確定方法。通過實例分析燃
摘要：本文簡要介紹了燃氣流量計的主要性能，分析了流量計設計選型時需考慮的幾點因素，此外還闡述了流量計精度、量程及流量計的最小、最大、始動流量的確定方法。通過實例分析燃氣流量計的選型，并提出燃氣流量計使用過程中的注意事項。
關鍵詞：燃氣流量計；膜式燃氣表；渦輪；羅茨；選型；量程；精度
1 引言
隨著我國能源結構從煤炭、燃油向天然氣的轉變，天然氣的應用在近年來得到了迅猛的發(fā)展。城市作為天然氣應用的最終用戶，既有居民、又有餐飲、工業(yè)企業(yè)，它是一個龐雜的用戶群。因此，在天然氣使用中必須解決的一個重要問題就是選擇適應市場經濟要求的天然氣計量系統。在企業(yè)生產和經營管理中，燃氣的流量計量是一項重要的技術性很強的日常工作。準確的流量計量可以適時改進生產工藝，提高產品質量，降低產品成本，確保生產安全，合理經營管理，從而提高經濟效益和社會效益。
    要保證燃氣流量的精確計量，就必須從最初的日常管理、設計選型、安裝著手，選擇最合適、合理的燃氣計量表。
    目前，大多數燃氣公司對城市燃氣用戶采用的燃氣計量表一般有3種：膜式燃氣表、羅茨流量計、渦輪流量計。
2 常用燃氣流量計的主要性能
2.1 膜式燃氣表
此種燃氣表屬于容積式流量計，計量精度一般，始動流量小，可實現IC卡預付費功能。另外最大的優(yōu)點是價格適中，為居民家用及小型商業(yè)用戶的首要選擇。不足之處為膜式燃氣表皮膜易老化，老化后計量值會產生負偏差，使用壽命較短；在流量大于25m3/h時，此種燃氣表基本誤差較大，不能實現精確計量，且流量大于25m3/h的燃氣表體積均較大，故一般不用于大型商業(yè)用戶。對于處于發(fā)展用戶市場階段，需要擴大經營范圍的燃氣經營企業(yè)，根據用戶的經濟能力的大小，對于燃氣使用壓力在3000Pa以下，且用氣量小于25Nm3/h的小型商業(yè)用戶，宜選用膜式燃氣表。該燃氣表一般不考慮帶溫壓補償儀。雖然此種燃氣表無溫度壓力體積修正功能，有一定的計量損失，但因其常用于壓力較低的場所，此計量損失供需雙方基本都能接受。對于燃氣公司，此儀表產生的正負偏差基本可使盈虧保持平衡。
2.2 羅茨流量計
    此種流量計也是容積式流量計的一種，其量程比寬、壓力損失小，始動流量極小、計量精度高，大流量和小流量均可計量，安裝無前后直管段要求，可用于中低壓的管道系統中。羅茨流量計可配溫度、壓力補償體積修正積算儀。對于大型重要的商業(yè)用戶，可對流量、壓力、溫度等實現SCARD系統遠傳并監(jiān)控，這樣便于燃氣公司的日常管理。但由于羅茨流量計為精密儀器，價格比較昂貴，大口徑流量計的體積較大、設備較重，并且對氣質潔凈度要求較高，設備前需安裝過濾器。
2.3 渦輪流量計
    此種流量計為速度式流量計，其計量精度高、量程比寬，工況流量可達到6000m3/h以上，可配溫度、壓力補償體積修正積算儀，國產設備價格適中。渦輪流量計最大的不足之處是壓力損失大，始動流量值較大。用戶在小流量用氣時，易產生不計量的現象。渦輪流量計的原理是利用測量管道中燃氣流動的速度來推算氣體的流量。因此，為了保證測量的精確度，流入渦輪流量計內的燃氣必須為典型的層流或紊流分布，這就要求在流量計的前端及后端必須有足夠長的直管段以使氣流穩(wěn)定。一般要求是前端直管段長度為3D(即3倍管徑)，后端為2D(即2倍管徑)，并且在此范圍內不應有彎頭、三通、截止閥等管件。國產渦輪流量計性能較差、技術上有待完善提高。進口渦輪流量計性能較好，但價格昂貴。
    對于工業(yè)企業(yè)等較大型商業(yè)用戶，大多數城市通常選用羅茨流量計或渦輪流量計。由于此類用戶用氣量較大，用氣壓力要求較高，其流量計均需帶有溫壓補償的體積修正儀。
    由于渦輪流量計的始動流量較大，其主要用于工礦企業(yè)熱負荷相對恒定的用氣設備；羅茨流量計的始動流量極小，其主要用于小時不均勻用氣的用氣量變化較大的大型酒店、生產企業(yè)，能基本保證在用氣低峰時的精確計量。
3 流量計選型時，需考慮的幾點因素
    在對燃氣流量計進行設計選型時應考慮很多因素，如流體特性、儀表性能、安裝要求、環(huán)境條件、經濟因素等。
    a. 流體特性主要指燃氣的壓力、溫度、密度、黏度、壓縮性等，由于氣體的體積隨著溫度、壓力而變化，應考慮是否要補償修正。
    b. 儀表性能是指儀表的精度、重復性、線性度、量程比、壓力損失、起始流量、輸出信號及響應時間等。選流量計時應對上述指標進行仔細分析比較，選擇能滿足測量要求的儀表。
c. 安裝條件是指燃氣流向、管道走向、上下游直管道長度、管徑、空間位置及管件等，這些都會影響燃氣流量計的準確運行、維護保養(yǎng)和使用壽命。
    d. 經濟因素是指購置費、安裝費、維護費、校驗費及備品備件等，其又受燃氣流量計的性能、可靠性、壽命等影響。
4 流量計精度及量程的確定
4.1 精度確定
    為確保燃氣計量的精確性和公平性，應根據燃氣公司的要求及用氣單位使用的具體隋況，確定流量計的精度。燃氣流量計的計量精度一般為1.0級和1.5級。常用流量計的典型誤差特性曲線如圖1、圖2、圖3。
 
4.2 量程的確定
    流量計的使用環(huán)境一般比較惡劣，有振動、脈動等干擾因素存在。比如：用氣設備通常均有大小火之分，小火用氣量一般為大火用氣量的四分之一至三分之一之間，故流量計的最小流量量程(Qmin)應小于設備最小用氣量，這樣才能保證小流量的計量精度。但如果流量計經常處于下限流量工作，也很難保證計量精度。對于有轉動部件的流量計，經過長時間運行后，其小流量段的計量性能也較難保證。用氣設備的最大流量宜選在流量計最大流量量程(Qmax)的0.6～0.8倍之間，這樣可避免用氣設備在故障或者特殊情況時用氣量的瞬時增加，從而避免損壞流量計。因此，一般應使用流量計的主要運行時間選定在0.2Qmax～0.8Qmax之間，應避免其長期處于0.2Qmax以下或0.8Qmax以上運行。
    在設計選型時，如果單臺燃氣流量計的量程范圍不能滿足多臺用氣設備的最大流量和最小流量，應考慮對燃氣設備進行分組配置燃氣流量計或對特殊燃氣設備單獨配置燃氣流量計。
4.3 最大流量、最小流量的確定
    在滿足測量精度的前提下，設計人員需要向建設單位咨詢清楚各設備的具體使用情況(工況條件下的最小用氣量、最大用氣量、正常工作用氣量)，合理選擇相應的燃氣流量計的量程、型號及規(guī)格.
    (1) 當流量計僅對l臺燃氣設備進行計量時，燃氣設備的實際最小用氣量作為選擇燃氣流量計的最小流量，燃氣設備的最大用氣量則作為選擇燃氣流量計的最大流量。
(2) 當流量計對多臺燃氣設備進行計量時，需對設備的同時使用情況進行研究，從而考慮燃氣設備組的最小用氣量、最大用氣量。因多臺設備日后會需要檢修或者因工藝要求停用，這樣可能會出現單臺使用的情況，故通常將單臺設備的實際最小用氣量作為選擇流量計的最小流量。為了防止用氣設備組的流量過大，通常采用總負荷乘以同時工作系數作為選擇流量計的最大瞬時流量。對于同一用氣單位，有3個或更多用氣設備時，同時工作系數一般選0.85；用氣設備較多時，同時工作系數將下降。同時工作系數值見表1：
表1
用氣設備數量
同時工作系數
備注
1～5
1
同時工作系數應根據實際使用情況確定
6
0.9
7
0.85
8
0.83
    (3) 燃氣流量計產品樣本上的流量范圍通常都是按工況下標定的，故在設計流量計選型時，需要將標準狀態(tài)下用氣量折算到用氣時工況下的流量，再進行選擇流量計的量程。
    (4) 用氣設備正常工作條件下的用氣負荷是燃氣流量計選型的主要依據，極端使用狀態(tài)時的燃氣負荷(最大流量和最小流量)僅是燃氣流量計選型的參考依據。
4.4 始動流量的確定
    在流量計選型時，可能會出現兩種規(guī)格流量計的量程范圍均能滿足設備組的最小、最大流量，則需特別注意流量計的始動流量值，應該選擇始動流量更小的流量計，這樣能更精確的計量，從而降低燃氣漏計的可能性。
   對于燃氣設備近遠期使用不同氣源的情況需要特別注意，比如：目前使用液化石油氣作氣源時，因液化石油氣的熱值較高，設備用氣量較??；待設備氣源置換成天然氣時，因天然氣熱值比液化石油氣低得多，用氣量將變得較大。這就需要設計人員在選型時盡量使流量計能夠兼容，以免將來轉換氣源時原流量
5 實例介紹
    現有一個工業(yè)企業(yè)要求使用天然氣，其用氣設備如表2。
表2
用氣設備
臺數
每臺設備用氣量
用氣壓力
備注
加熱爐
2
105Nm3/h
20kPa
生產線用
保溫爐
2
45Nm3/h
20kPa
生產線用
烘干爐
1
80Nm3/h
20kPa
生產線用
鍋爐
1
90Nm3/h
12kPa
洗浴用
二眼大鍋灶
1
7.5Nm3/b
2kPa
食堂用
蒸飯箱
1
4.5Nm3/h
2kPa
食堂用
六眼煲仔爐
1
3.6Nm3/h
2kPa
食堂用
矮湯爐
1
3.0Nm3/h
2kPa
食堂用
    根據上述各用氣點的用氣壓力和總用氣量不同進行分類，考慮使用3臺流量計進行分別計量。生產線用氣小時不均勻性較大，總用氣量折算到工況下的流量為317m3/h，故考慮選用羅茨表G250規(guī)格，其量程范圍為2.02m3/h～400m3/h，始動流量為0.10m3/h，因其用氣壓力較高，須配溫壓補償智能體積修正儀。鍋爐使用時間比較均勻，折算到工況下的流量為80.3m3/h，使用渦輪流量計LWQZ*50規(guī)格，量程范圍為6m3/h～100m3/h，始動流量為2.0m3/h，因其用氣壓力較高，須配溫壓補償智能體積修正儀。食堂用氣總用氣量18.6Nm3/h，用氣流量小，壓力較低，可不對流量進行修正，故考慮選用LMN-16型膜式燃氣表，量程范圍為0.16m3/h～25m3/h。
6 流量計使用時的幾點重要注意事項
    (1) 根據《城鎮(zhèn)燃氣技術規(guī)范》的要求，燃氣計量裝置的安裝應滿足抄表、檢修、保養(yǎng)、安全使用的要求。燃氣計量裝置嚴禁安裝在臥室、衛(wèi)生間以及危險品和易燃品堆放處。
    (2) 渦輪流量計建議水平安裝，燃氣流動方向與殼體上標明的方向一致，且在流量計的上、下游應保證3D、2D的直管管段長度，在流量計的進口須配置過濾器。
    (3) 羅茨流量計建議垂直安裝，燃氣由上向下流動，這樣安裝使得轉子對臟物有自清潔能力。水平安裝時，進口端不得低于出口端，以免燃氣中的臟物滯留于流量計的計量室內，影響轉子正常運轉。在流量計的進口須配置過濾器。
    (4) 流量計投入運行時，應先緩慢開啟前閥門，接著緩慢開啟后閥門，逐步增加流速，待小流量時儀表工作正常后再打開后閥門，以免瞬間氣流沖擊而損壞流量計。
    (5) 流量計安裝于室外時，上部應有防雨棚，以免雨水浸入和烈日曝曬，影響流量計的使用壽命。
    (6) 為了保證流量計的準確性，流量計應定期進行檢定。
    JJG 577—2005《膜式燃氣表檢定規(guī)程》規(guī)定，最大流量小于10m3/h的膜式燃氣表只作首次強制檢定，限期使用，到期更換。最大流量大于1Om3/h的膜式燃氣表的檢定周期一般不超過3年。以天然氣為介質的膜式燃氣表使用期限一般不超過10年。以人工燃氣、液化石油氣等為介質的膜式燃氣表使用期限一般不超過6年。
   JJG 633—2005《氣體容積式流量計檢定規(guī)程》規(guī)定，0.2級和0.5級的羅茨流量計檢定周期為2年，其余等級的檢定周期為3年。目前尚無羅茨流量計使用期的相關要求，僅規(guī)定計量偏差超過規(guī)定范圍時應更換。
7 結束語
    合理選擇滿足測量要求的燃氣流量計是企業(yè)生產經營的重要環(huán)節(jié)，既是天然氣供需雙方貿易結算的依據，亦是生產部門用氣效率的主要技術指標。設計單位及建設單位應根據燃氣設備的實際運行工況及燃氣計量表的性能、精度、價格、安裝使用條件、維護成本、壽命周期等來選擇最合適的燃氣流量計，把握好燃氣流量計選擇的第一關。
參考文獻
1 張濤，陳文柳，單君.城市天然氣貿易計量流量計的選型建議.城市燃氣，2005；12：7-13
2 楊建華.燃氣流量計的選型及安裝.煤氣與熱力，2008；28：10
3 《膜式燃氣表檢定規(guī)程》JJG 577—2005
4 浙江天信儀表有限公司的渦輪、羅茨流量計使用說明書
 
(本文作者：余愛平 白明明 杭州市城鄉(xiāng)建設設計院有限公司)