摘　要：對某計量偏差問題進行探討，提出腰輪流量表計量過程中天然氣竄流現(xiàn)象。分析天然氣在腰輪流量表內反向流動產(chǎn)生的原因、判斷方法以及預防措施，提出了腰輪流量表設計和安裝的建議。

關鍵詞：腰輪流量表  計量誤差  竄流  反向流動

Research on By-passing Phenomenon during Measurement with Roots Flowmeter

Abstract：A measurement deviation problem is discussed．The natural gas by-passing phenomenon during measurement with Roots flowmeter is put forward．The cause of reverse flow of natural gas in Roots flowmeter，the judgment method and prevention measures are analyzed．Suggestions on design and installation Roots flowmeter are taken．

Keywords：Roots flowmeter：measurement error；by-passing；reverse flow

1　計量偏差問題的提出

蕪湖新興鑄管有限責任公司(簡稱蕪湖新興鑄管)于2007年8月接入天然氣，雙方認可的貿(mào)易計量裝置是蕪湖中燃城市燃氣發(fā)展有限公司(簡稱蕪湖中燃公司)提供的腰輪流量表(稱之為主表)，型號為2M175-FCM-I。蕪湖中燃公司天然氣主干管為DN 500mm的鋼質管道，壓力為中壓A級(0.4MPa)，規(guī)格為DN 50mm的主表距天然氣主干管約15m，距車間調壓計量站約350m，廠內主管道管徑為DN 250mm。天然氣用于煉鋼部連鑄機火焰切割，2007年8月中旬開始使用天然氣，至當年l2月中旬共4個月，主表累計天然氣使用量為12.5×10⁴m³，但車間調壓計量站內與主表同規(guī)格、同型號的腰輪流量表(稱之為副表)累計天然氣使用量僅為0.65×10⁴m³，兩者相差近20倍，為何會出現(xiàn)如此巨大的計量偏差值得探討。

2　產(chǎn)生偏差的原因探討

2.1　貿(mào)易計量裝置的準確性

貿(mào)易結算數(shù)據(jù)采自主表，主表精度為l.5級，在用戶的要求下，將該流量表送至國家法定計量檢定部門檢定，經(jīng)過汁量檢定為合格產(chǎn)品。副表為生產(chǎn)控制計量，精度為l.5級，經(jīng)過用戶送檢，計量檢定結果也為合格產(chǎn)品。即使流量表精度變化較大，也不足以產(chǎn)生如此巨大的偏差，可以判定此現(xiàn)象與表具精度無關。

2.2　天然氣泄漏

當煉鋼部連鑄機停止工作時，副表的瞬時流量為零，而主表的瞬時流量不穩(wěn)定，標態(tài)流量基本在0～30m³／h范圍內波動。

蕪湖中燃公司起初認定兩表之間的管道可能存在嚴重的泄漏現(xiàn)象，但是考慮到如果4個月內泄漏11.85×10⁴m³天然氣，天然氣管道通過區(qū)域肯定能夠嗅到加臭劑四氫噻吩濃烈的氣味，似乎大規(guī)模泄漏現(xiàn)象不可能發(fā)生。雙方人員對天然氣使用情況及管道設備進行了實地踏勘，認為該用氣項目為工業(yè)用氣，架空管道較長且高空放散管較多，由于天然氣的相對密度只有0.56，也就是說天然氣遠比空氣輕，架空管道距地面10m以上，個別放散管距地面超過20 m，即使天然氣泄漏也會快速向上擴散，地面人員很難嗅到加臭劑的氣味。于是采用了以下3種方式檢漏：

①采用可燃氣體探測器檢查地下管道以及架空管道的泄漏情況，經(jīng)過兩天的檢測，未發(fā)現(xiàn)任何泄漏點。

②檢查所有的放散管閥門是否完全關閉以及是否內漏，檢查安全閥是否漏氣，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)任何泄漏。

③關閉兩表前閥門l2h后，雙方人員共同觀察管道壓力，并無明顯降壓。

以上結果說明管道泄漏論點不成立。

2.3　強電磁干擾

由于貿(mào)易計量裝置具有溫度和壓力補償功能，工況流量均補償至基準狀態(tài)(一個標準大氣壓和20℃)，該腰輪流量表設有體積積分儀的電路系統(tǒng)。就設備是否會受到電磁干擾的問題，向流量表生產(chǎn)廠家咨詢，生產(chǎn)廠家的工程師到達現(xiàn)場，經(jīng)調查研究后認為貿(mào)易結算流量表(主表)的體積積分儀的電路系統(tǒng)有可能受到附近高壓電力變壓器強電磁干擾，造成內部數(shù)字信號紊亂，要求采用磁場屏蔽方式解決。用戶采取金屬網(wǎng)屏蔽，計量偏差并未改變，該因素影響被排除。

3　計量過程中天然氣竄流分析

排除了表精度、天然氣泄漏及強電磁干擾等原因，雙方開始剖析計量裝置的結構和工作原理以及受到各種可能的影響，提出疑問，集思廣益。在排除了各種可能后，筆者提出天然氣在腰輪流量表中竄流的可能性。

3.1　腰輪流量表工作原理

腰輪流量表屬于體積流量計，當被測氣體流經(jīng)計量腔時，流量計的進出口兩端形成一定的壓差并推動腰輪旋轉，由于計量腔的容積是固定的，因此被測氣體的流量與腰輪轉速成正比。計數(shù)方式有3種：

①計數(shù)器顯示

由氣體驅動的腰輪轉動通過一定傳動比的變速機構傳給機械計數(shù)器，計數(shù)器的累計值即是被測流體在某段時間內的工況體積，家用燃氣表就是采用這種方式計量。還有一種方式是腰輪轉動通過一定傳動比的變速機構并通過電磁耦合傳給計數(shù)器，目前許多腰輪流量表、渦輪流量表都是采用這種方式計量。

②數(shù)碼顯示

腰輪轉動帶動四塊小磁鐵繞軸轉動引起閉合線圈中的磁通量變化，根據(jù)楞次定律，每轉動一周可以在閉合線圈中產(chǎn)生四次感應電流，通過儀表可識別為四個電脈沖信號，每個脈沖信號代表固定值的天然氣工況體積。依據(jù)單位時間內的脈沖信號數(shù)量，得到工況瞬時流量，并通過溫度和壓力補償，得到標況瞬時流量。標況瞬時流量對時間進行積分，可得到天然氣某段時間內的標況體積。瞬時流量和體積可用數(shù)碼顯示。

③同時具備計數(shù)器顯示和數(shù)碼顯示

目前多數(shù)腰輪流量表同時具備計數(shù)器顯示和數(shù)碼顯示功能，即使失電也能保留工況體積，避免發(fā)生計量結算糾紛。

腰輪流量表的結構決定了表具流向可互換，即腰輪既可正向轉動，也可反向轉動。根據(jù)楞次定律，磁通量的變化在閉合線圈中產(chǎn)生的感應電流(電脈沖信號)具有方向性。如果計算流量時不僅讀取電脈沖信號數(shù)量，而且對脈沖信號進行矢量加和，即可排除腰輪流量表反轉的影響。但是，目前表具生產(chǎn)廠家儀表系統(tǒng)集成電路計算流量時，只對電脈沖信號數(shù)量進行代數(shù)加和，并不加和計算電脈沖信號的方向，如果腰輪流量表發(fā)生反轉，一定會將反向流動的天然氣計入流量和體積。

3.2　導致天然氣反向流動的客觀條件

流量表兩端管道屬同一壓力級制，通過觀察，發(fā)現(xiàn)蕪湖中燃公司城市主干管進入廠區(qū)時的天然氣壓力和廠內主管道中的天然氣壓力均在0.33～0.38MPa范圍內波動。

廠內燃氣管道規(guī)格為DN 250mm，是按照5000m³／h標況流量設計確定，而車間調壓計量站內的流量表工況流量平均僅為l2m³／h(標況流量約為54m³／h)，則廠內主管道中天然氣平均流速僅為0.068m／s，調壓計量站后用氣壓力儀為0.08MPa。建立天然氣供應體系數(shù)學模型時，可以將城市主管網(wǎng)和廠內管道視為兩個較大容器，通過腰輪流量表連通。

3.3　天然氣竄流現(xiàn)象的產(chǎn)生

①車間正常用氣時的竄流現(xiàn)象

當城市主管網(wǎng)壓力及廠內管道壓力相對穩(wěn)定時，由于車間用氣導致廠內管道末端壓力下降，天然氣正常有序流動，即天然氣由城市主管網(wǎng)向廠內車間用氣點流動，腰輪流量表腰輪正方向轉動。

城市管網(wǎng)內用戶眾多，用氣負荷始終變化，壓力波動頻繁。當城市主管網(wǎng)壓力降低的速率較大時，由于車間用氣流量很小，廠區(qū)管道中天然氣壓力并沒有快速降低，一段時間內天然氣回流，導致腰輪流量表腰輪反方向轉動。

②車間停工不用氣時的竄流現(xiàn)象

車間不用氣時，竄流現(xiàn)象更加明顯。當城市用氣負荷變化較大，主管網(wǎng)壓力波動頻繁，天然氣頻繁發(fā)生雙向流動，即主管網(wǎng)壓力升高，腰輪流量表腰輪正方向轉動；主管網(wǎng)壓力下降，腰輪流量表腰輪反方向轉動。這可以合理解釋為什么車間停止生產(chǎn)，副表瞬時流量為零，而貿(mào)易結算的主表仍然發(fā)生累積計量。

4　竄流分析的驗證

實踐是檢驗真理的唯一標準。以上分析是否科學合理，必須通過試驗加以驗證才能使人信服。為了消除竄流現(xiàn)象，必須阻止天然氣回流，筆者建議采用安裝止回閥的方法來實現(xiàn)。經(jīng)燃氣公司同意，在貿(mào)易結算流量表后加裝一個止回閥，竄流現(xiàn)象立刻消失。經(jīng)過一個月的觀察，主表與副表相對累積流量吻合，供求雙方就結算費用達成一致。

5　結論

為了避免發(fā)生流量表竄流現(xiàn)象，腰輪流量表設計和安裝時應注意：

①當流量表安裝在燃氣調壓器前端，流量表與調壓器之間的安裝距離不宜過大，盡管調壓器本身具備止回功能，然而流量表與調壓器之間的管道容積過大，仍可能產(chǎn)生竄流現(xiàn)象。當流量表安裝在燃氣調壓器后端，而且只有一臺流量表時，調壓器與流量表之間的安裝距離不受限制。

②當流量表獨立安裝時，應在表前或表后安裝止回閥。

本文作者：許國方

作者單位：蕪湖新興鑄管有限責任公司