北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)目前在用各類計(jì)量?jī)x表逾200×104臺(tái)，每年還在以約20×104臺(tái)的增長(zhǎng)量發(fā)展，且用氣結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，出現(xiàn)了越來越多的大型用戶，需采用區(qū)域用戶計(jì)量系統(tǒng)，即向各種不同類型用戶供氣或向最大耗氣量在(1～5)×104m3/h范圍內(nèi)且下游用氣設(shè)備不另設(shè)貿(mào)易計(jì)量裝置的大型用戶供氣，并進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量系統(tǒng)。此系統(tǒng)的管道布置與其他城市民用、商用及鍋爐用戶均存在差異，此類用戶的供氣壓力高，耗氣量也大，其計(jì)量的準(zhǔn)確程度關(guān)系著燃?xì)饧瘓F(tuán)及用戶雙方的經(jīng)濟(jì)利益。本文就目前實(shí)際應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行研究，并提出合理的建議。
1存在的問題

流量計(jì)直徑過大，流量計(jì)工作狀況下的最大流量(qg,max)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃?xì)庠O(shè)備的工況最大耗氣量(qgh,max)，即流量計(jì)工作在更接近于其工作狀況下的最小流量(qg,min)的狀況下，計(jì)量誤差偏大，且往往為負(fù)值。

計(jì)量系統(tǒng)往往還有不計(jì)量的旁通管道，不僅容易造成糾紛，而且常常使燃?xì)饧瘓F(tuán)蒙受經(jīng)濟(jì)損失。

2 設(shè)計(jì)計(jì)量系統(tǒng)考慮的若干因素

① 不確定度

對(duì)于單臺(tái)流量計(jì)的不確定度，渦輪流量計(jì)依據(jù)GB/T 18603—2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》附錄C4中提供的方法進(jìn)行估算，超聲波流量計(jì)依據(jù)GB/T 18604—2001《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》第10條進(jìn)行估算，可得單臺(tái)流量計(jì)所顯示瞬時(shí)體積流量qi的相對(duì)不確定度ur(gi)。

用同直徑并聯(lián)組合流量計(jì)的方法不僅可擴(kuò)大流量，而且并聯(lián)流量計(jì)組所顯示總瞬時(shí)體積流量q的合成相對(duì)不確定度ucr(q)與ur(qi)值相比更小，其原因如下：

n條管道的瞬時(shí)流量總和q見式(1)[1]：



式中q——并聯(lián)管道的總瞬時(shí)體積流量

n——并聯(lián)管道的條數(shù)

qi——并聯(lián)管道中第i條上流量計(jì)的流量

n條管道的流量總和口的合成相對(duì)不確定度為[2]：



式中ucr(q)——總瞬時(shí)體積流量q的合成相對(duì)不確定度

Cr,i——并聯(lián)管道中第i臺(tái)流量計(jì)的相對(duì)靈敏系數(shù)

ur(qi)——并聯(lián)管道中第i臺(tái)流量計(jì)的相對(duì)不確定度

由于



因此



了便于分析，可簡(jiǎn)化為通過各臺(tái)流量計(jì)的流量基本相同：

q1=q2=…=qi=…=qn

則式(3)變形為：



各臺(tái)流量計(jì)流量示值的不確定度中的最大值設(shè)為ur,max(qi)，則可得：



只要n≥2，則

ucr(q)＜ur,max(qi)

并聯(lián)后各臺(tái)流量計(jì)流量之和的合成相對(duì)不確定度小于并聯(lián)系統(tǒng)中相對(duì)不確定度最大的那臺(tái)流量計(jì)的相對(duì)不確定度。因此，多管道、小直徑并聯(lián)的計(jì)量方案比單一管道、大直徑的計(jì)量方案計(jì)量的不確定度更小，即精度更高。在實(shí)際工作中，為了保險(xiǎn)起見，通常取ur,max(qi) 作為總流量的不確定度。

② 檢定費(fèi)用

如果流量計(jì)的規(guī)格不超過DN 300mm，最大流量不超過4 000m3/h，則周期檢定費(fèi)用通常不超過3000元；若流量計(jì)的規(guī)格超過DN 300mm，最大流量超過4000m3/h，需用天然氣進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，周期檢定費(fèi)用約(4～5)×104元。

從檢定所花費(fèi)的時(shí)間、金錢、人力、物力等因素考慮，設(shè)計(jì)計(jì)量管道時(shí)宜選多路小直徑并聯(lián)計(jì)量方式，不宜選單一大直徑計(jì)量方式。

③ 管網(wǎng)壓力級(jí)制的提高

目前，北京市的天然氣管網(wǎng)運(yùn)行壓力偏低，將來如果天然氣管網(wǎng)增壓，則依據(jù)現(xiàn)行壓力級(jí)制選定的流量計(jì)直徑、規(guī)格將會(huì)偏大，即天然氣工況流量向流量計(jì)的最小流量靠近，當(dāng)工況流量低于流量計(jì)分界流量時(shí)，計(jì)量精度將會(huì)降低，通常會(huì)造成負(fù)偏差。

④ 期間核查

流量計(jì)在無重新檢定的情況下，其不確定度會(huì)隨時(shí)間的推移而加大，因此通過期間核查來監(jiān)控不確定度。對(duì)多條管道并聯(lián)方式，可將其中一條管道上的流量計(jì)當(dāng)作核查流量計(jì)，在兩次檢定的間隔中對(duì)其他流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)核查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

3 解決辦法

① 采用多管道、小直徑并聯(lián)的計(jì)量方案代替單一管道、大直徑的計(jì)量方案。渦輪流量計(jì)最大、最小工況流量與直徑的關(guān)系見表1，超聲波流量計(jì)最大、最小工況流量與直徑的關(guān)系見表2。設(shè)計(jì)時(shí)首先需了解燃?xì)庠O(shè)備標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的最大耗氣量和其工作壓力，從而換算出燃?xì)庠O(shè)備工況下的最大耗氣量(qgh，max)，其次再考慮流量計(jì)最大工況流量(qg,max)、最小工況流量(qg,min)與燃?xì)庠O(shè)備工況下的最大耗氣量(qgh,max)之間的相對(duì)關(guān)系。




② 舍去設(shè)置不計(jì)量旁通的設(shè)計(jì)方法，改為在并聯(lián)多路管道上安裝備用流量計(jì)，且備用流量計(jì)的規(guī)格應(yīng)與計(jì)量系統(tǒng)中最大的工作流量計(jì)一致。當(dāng)計(jì)量系統(tǒng)中的1臺(tái)工作流量計(jì)停止工作時(shí)，啟用備用計(jì)量，就可保證燃?xì)庠O(shè)備的工作不受影響。

③ 多路管道并聯(lián)布置使得備用流量計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)備用功能，而且具備核查功能。流量計(jì)的不確定度會(huì)隨時(shí)間的推移而增大，在流量計(jì)2次周期檢定的間隔中，安排期間核查，可對(duì)工作流量計(jì)的計(jì)量精度進(jìn)行監(jiān)控。備用流量計(jì)最好選用精度較高、性能穩(wěn)定的渦輪流量計(jì)。

選用渦輪流量計(jì)作為計(jì)量?jī)x表時(shí)，渦輪流量計(jì)規(guī)格最大不宜超過DN 300mm。如果燃?xì)庠O(shè)備用氣量較大，最大工況流量qgh,max超過2500m3/h時(shí)，宜采用多臺(tái)流量計(jì)并聯(lián)的方法。表3列出了幾種典型工況下計(jì)量系統(tǒng)的管道布置推薦方案。



超聲波流量計(jì)宜用于壓力超過0.4MPa、公稱直徑大于300mm、流量較大且流量變化較大的計(jì)量系統(tǒng)上。表4列出了幾種典型工況下計(jì)量系統(tǒng)的管道布置推薦方案，備用流量計(jì)選用渦輪流量計(jì)。



④ 對(duì)于規(guī)模很大的計(jì)量站(標(biāo)況流量超過35000m3/h)，或供需雙方有合同約定時(shí)，應(yīng)預(yù)留在線實(shí)流檢定接口用于在線檢定。在線檢定標(biāo)準(zhǔn)表宜安裝在被檢表的下游，并留有適宜的空間。

4 結(jié)論

① 設(shè)計(jì)區(qū)域用戶計(jì)量系統(tǒng)時(shí)，宜采用直徑較小且相同的多路并聯(lián)計(jì)量管道的設(shè)計(jì)方案，來應(yīng)對(duì)用戶耗氣量變化范圍較大、大直徑流量計(jì)檢定費(fèi)用很高等實(shí)際情況。

② 摒棄不計(jì)量的旁通，改為在并聯(lián)多路管道上設(shè)置備用流量計(jì)，使其不僅在工作流量計(jì)維修、檢定時(shí)代替工作流量計(jì)，提供貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，而且還兼作期間核查的流量計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王自和，范砧.氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2005.

[2] 王池.流量測(cè)量不確定度分析[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2002.