07 燃气流量计量表选型规程要点文档格式.docx

1、六、燃气流量计的选型配备原则 101一、总 则1、制定目的和依据为了加强我公司燃气流量计量监督管理，保证流量计量准确可靠，维护供需双方的合法利益，依据国家有关计量法律、法规、标准，同时考虑我公司的安全生产、保证供应、经济合理、保护环境和生产经营实际要求制定本规程。2、适用范围本规程适用于我公司燃气流量计量表的选型。3、规程引用文件中华人民共和国计量法天然气流量标准孔板计量标准 AGA No.3气体涡轮流量计标准 AGA No.7天然气及其他烃类气体的压缩性和超压缩性标准 AGA No.8用气体超声流量计测量燃气流量 GB/T 18604-2001用差压装置测量流体流量标准 ISO5167气体涡

2、轮流量计标准 GB/T 18840-2003/ISO9951气体超声波流量计标准 ISO/TR12765天然气压缩因子计算标准 ISO/DIS12213天然气流量的标准孔板计量方法 SY/T6143-1996天然气计量系统技术要求 GB/T 18603-2001汽车用压缩燃气加气机 GB/T 19237-20034、流量计量术语（1）流量 Flow rate单位时间内流过管道横截面的流体量。流体量以质量表示时称“质量流量”，流体量以体积表示时称“体积流量”。（2）脉动流 Pulsating flow流过测量横截面的流量以某一常数值为中心随时间有波动的流动。（3）雷诺数（Re） Reynolds

3、number雷诺数表征了流体流动时惯性力与粘性力之比的无量纲数。（4）气体压缩系数（z） Gas compressibility factor表示气体偏离理想气体性质的程度，一般是温度T和压力p的函数。（5）范围度turn down范围度为上限流量和下限流量的比值，其值愈大流量测量范围愈宽。（6）标准参比条件燃气体积计量的标准参比条件为绝对压力0.101325Mpa、温度293.15K（一个大气压，20）。二、国内外燃气流量表使用状况欧美等工业化水平较高的发达国家，对燃气计量技术的研究起步较早，投入的资金及科技力量较大，尤其是对贸易天然气的计量十分重视。从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、腰轮流

4、量计，如荷兰涡轮、腰轮流量计的使用约占80%，加拿大涡轮流量计的使用约占90%，而美国则以使用孔板为主，约占80%。从整体上来看，在流量计使用上，70年代形成了孔板使用高潮，80年代形成了涡轮流量计使用的高潮，90年代中后期则掀起了超声波流量计热潮。我国天然气计量起步较晚，气藏主要分布在四川、长庆、新疆，仪表的使用选型主要使用孔板，采用几何检定法。目前西气东输工程，贸易计量的首选流量计为超声流量计，口径DN250300mm；中小型站场选用DN50200mm涡轮流量计。随着我国天然气工业的发展，超声波流量计在天然气工业领域中的应用前景看好。超声波流量计与使用广泛的孔板流量计相比，有着更多的优点，

5、主要反映在有较低的系统基本投入，双向测量，大量程比，无压损，无可动部件和高精度等。三、燃气流量计简介适合燃气流量计量的流量计有：容积式流量计、差压式流量计、超声波流量计、涡轮流量计、涡街流量计、质量流量计和旋进旋涡流量计。下面分别阐述这些流量计的原理、特点及应用概况。1、差压式流量计 DPF差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据，根据节流原理，当流体流经节流件时（如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等），在其前后产生压差，此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中，因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的应用。差压式

6、流量计一般由节流装置（节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路）和差压计组成，对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）、流量计算机等，组分不稳定时还需要配置在线密度计（或色谱仪）等。优点：（1）应用最多的孔板式流量计结构简单、牢固,性能稳定可靠,使用寿命长、价格低廉 。（2）应用范围极广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比，全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可测量，部分混相流。（3）检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于经济生产。（4）标准型节流式DPF无需实流校准，即可投用，在流量计中也是唯一的。缺点：（1）测量重复性、精度普遍偏低

7、。（2）范围度窄，由于差压信号与流量为平方关系，一般范围度仅3:14:1。（3）现场安装条件要求高，需要较长的直管段。（4）压损大（指孔板、喷嘴等）。应用概况：差压式流量计应用范围特别广泛，在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用，如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等；工作状态方面：常压、高压、真空、常温、高温、低温等；管径方面：从几毫米到几米；流动条件方面：亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/41/3。2、涡轮流量计TUF当流体流经涡轮流量传感器时，在流体推力作用下涡轮受力旋转，其转速与流体平均流速成正比，涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中

8、的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量（雷诺数）范围内，该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。（1）高精度,在所有流量计中，属于最精确的流量计，国产的一般为1%R1.5%R ，特殊专用型可达0.5%R1.0%R（2）重复性好，短期重复性可达0.05%0.2%，如经常校准或在线校准可以得到极高的精确度 。（3）输出脉冲频率信号，适用于总量计量及与计算机连接，无零点漂移,抗干扰能力强。可获得很高的频率信号（34kHz），信号分辨力强。（4）范围度宽，中大口径可达40：110：1，小口径为6：15：（5）结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。（6）适用高压

9、测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表。（1）不能长期保持校准特性，需要定期检定。（2）流体物性（密度、粘度）对流量特性有较大影响。要根据他们对精确度影响程度采取补偿措施，才能保持高的计量精度。（3）流量计受来流流速分布畸变和旋转流的影响较大，传感器上下游侧需设置较长直管段。（4）不适于脉动流和混相流的测量。（5）对被测介质的清洁度要求较高，虽然可安装过滤器以适应脏污介质，但也带来压损增大、维护量增加等副作用。（6）小口径（DN50以下）仪表的流量特性受物性影响严重，故小口径TUF的仪表性能难以提高。涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、燃气和低温流体。

10、在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的燃气计量仪表。3、涡街流量计VSF在流体中安放非流线型旋涡发生体，流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。（1）结构简单牢固，维护方便、维护量少。（2）适用流体种类多，如液体、气体、蒸汽和部分混相流体。（3） 精度较高，一般为2%R（4）范围度宽，可达20：1（5） 压损小，约为孔板的1/41/2。（6）输出脉冲频率信号，适用于总量计量及与计算机连接，无零点漂移（7）在一定雷诺数范围内，输出频率信号不受流体物性（密度、粘度）和组分

11、的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质。VSF在各种流量计是一种较有可能成为仅需干式校验的流量计。（1）不适用于低雷诺数测量（ReD2104），在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。（2）旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响，需较长直管段。（3）VSF对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所。（4）仪表系数较低（与涡轮流量计相比），分辨率低，口径愈大愈低，一般用于DN300以下。（5）仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。4、旋进旋涡流量计当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器后，流体被强迫围绕中心线强烈地旋转形成旋涡流，通过

12、扩大管时旋涡中心沿一锥形螺旋形进动。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡流的进动频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积流量成正比。旋进流量计的特点与涡街基本相同，只是有三点区别：一是流量计压损大得多，其压损约为涡街的34倍；二是抗干扰的能力强，必要的直管段长度短，一般上游取5D，下游取1D；三是始动流量较大。5、时差式超声波流量计USF当超声波穿过流动的流体时，在同一传播距离内，其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度则不同。在较宽的流量（雷诺数）范围内，该时差与被测流体在管道中的体积流量（平均流速）成正比。（1）测量精确度高、范围度特宽（40：1200：1），适用于高压、大口径、高精度燃气流量计。（

13、2）可适应极低流速（0.5m/s），安装直管段短，使用期长。（3）为无流动阻挠测量，无压力损失，无可动部件、安装使用费用低（4）测量结果不受气体声速随成分、压力、温度变化的影响。（1）传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;（2）多普勒法测量精度不高。（1）超声流量计因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。（2）气体应用方面在高压燃气领域已有使用良好的经验;速度式气体流量计、超声波流量计一般由流量传感器和显示仪组成，对温度

14、和压力变化的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）、流量积算仪（温压补偿）或流量计算机（温压及压缩因子补偿）；对准确度要求更高的场合（如贸易燃气），则另配置在线色谱仪连续分析混合气体的组分或物性值计算压缩因子、密度、发热量等。6、容积式流量计 PD容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。在容积式流量计的内部，有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体，如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动，不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据一定时间内旋转体转动的次数，即

15、可求出流体流过的体积量。在标准状态下，容积式流量计的体积流量计算公式与速度流量计相同。气体容积式流量计属机械式仪表，一般由测量体和积算器组成，对温度和压力变化的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）、流量积算仪（温压补偿）或流量计算机（温压及压缩因子补偿）。容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、湿式气量计及膜式流量计等。（1）气体腰轮流量计（也称罗茨流量计PDF）其工作原理：随着气体的通过，仪表入口和出口间产生的差压作用在由高精密同步轮联结在一起的一对腰轮上，从而驱动腰轮轮流旋转。在这期

16、间，腰轮与壳体内壁形成的计量腔周期地充气和排气，腰轮的转数与通过仪表的气体体积量成正比。腰轮的旋转经由多级齿轮系减速，然后经磁性耦合传送到计数器，累计流过的气体总量。优点:A、计量精度高，坚固而不变的计量室，确保永久、非调整的高精度和良好的重复性，而且精度不受介子压力和流量变化的影响。具有15年以上的寿命。B、在旋转流和管道阻流件流速畸变时对计量精度没有影响，没有前置直管段要求。C、可用于高粘度液体的测量。D、始动流量小，测量范围度宽，一般为1：20，适合于计量负荷变动大的气体流量测量。E、直读式仪表无需外部能源可直接获得累计、总量，清晰明了，操作简便。A、结构复杂,体积庞大、笨重 ，一般只适

17、合中小口径。B、被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大。C、不适用于高、低温场合。D、大部分仪表只适用于洁净单相流体。E、产生噪声及振动。（2）膜式表（又称家用燃气表）膜式表的工作原理：被测量的燃气从表的入口进入，充满表内空间，经过开放的滑阀座孔进入计量室2及4，依靠薄膜两面的气体压力差推动计量室的薄膜运动，迫使计量室1及3内的气体通过滑阀及分配室从出口流出。当薄膜运动到尽头时，依靠转动机构的惯性作用使滑阀盖相反运动。计量室1、3和入口相通，2、4和出口相通，薄膜往返运动一次，完成一个回转，这时表的读数值就应为表的一回转流量（即计量室的有效体积），膜式表的积累流量值即为一回转流量和回转数的

18、乘积。皮膜表的最大优点是量程比较宽，可以达到1：160，特别适用于流量变化很大的用户。7、质量流量计CMF科里奥利质量流量计（以下简称CMF）是利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。优点可直接测量质量流量、很高的精度、可测量流体范围广、不要求直管段、测量值对粘度不敏感，流体密度变化对测量值的影响微小。缺点零点不稳定、不能测量低密度介质（低压气体）、对外界干扰较为敏感、压力损失大。不能用于较大管径，目前局限于200mm以下。另外价格昂贵。应用概况压缩天然气作为车用燃料将在城市中大力推广，在使用中必须解决汽车加气站的计量问题。科氏质量流量计用于

19、气体测量遇到难题为一般气体的密度低，不能适应仪表性能要求，高压（压缩）天然气使气体密度大幅度提高，恰好满足了这个要求，科氏质量流量计已经成为汽车加气站的主要计量仪表。但用于气体测量时性能（主要指测量精度）低于液体。四、流量计选型步骤和考虑因素1、流量计选型步骤（1）选择测量方式和测量方法选择测量方式：首先确定是否需要安装流量计，如果要求测量精度较低（10%），可以选用其它简易流量指示仪表；其次根据实际用气情况确定流量计的开、备、旁通的布置方案；选择测量方法：依据流量测量设备选配技术参数表详细了解使用要求和各种条件，按照流体类型和特性，采取排除法初选几种测量方案。（2）了解掌握流量表性能按初选确

20、定的各项方案，向有关流量表制造厂（已取得准入证的厂家）收集样本、技术数据和选用手册等，充分了解仪表规范和性能。（3）确定测量方案考虑的因素分别按照性能要求和仪表规范、流体特性、安装场所、环境条件方面和经济考虑五个方面因素，逐一分析、比较。简单的考虑方式按图A所示进行，复杂、全面的考虑方法按图B所示进行。图A：分析五方面因素程序 图B ：五方面因素相互关系（4）确定流量计型号根据各方面因素考虑和分析，确定测量方法、确定使用哪种流量计。然后根据具体流量范围、压力范围确定流量计的型号。2、流量计选型考虑因素燃气计量表种类很多，要根据计量技术发展趋势，选择技术先进、价格合理、质量优良的燃气计量表，同时

21、必须按照流量计的要求正确布置和安装才能保证实现测量目的。面对如此众多品种的燃气流量计，选型可考虑以下五个方面因素：性能要求和仪表规范、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素。（1）性能要求和仪表规范主要考虑的内容有：测量流量（瞬时流量）还是总量（累积流量）、精确度、重复性、线性度、范围度、压力损失、上下限流量、信号输出特性、响应时间等。按测量对象的各自测量目的，仪表性能方面的考虑有着不同侧重点。商贸核算对精确度要求较高；过程控制连续测量通常只要求良好的可靠性和重复性，而对测量精确度放在次要地位；批量配比生产除良好的可靠性和重复性外，还希望有好的测量精确度。A、精确度和重复性重复性是由仪表原理本

22、身与制造质量所决定的，而准确度是外加的特性。一台流量计准确度高首先要重复性高，然后用高准确度的量值传递系统进行校准求得高准确度的仪表系数（或流出系数）。对于流量计的准确度要注意这种仪表的特点，流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的准确度，但是在使用现场，一旦条件变化，准确度就会发生很大变化。仪表制造厂产品说明书上列举的准确度是指实验室校准的准确度，它称为基本误差，仪表在现场工作由于使用条件与实验室工作条件不同会产生附加误差，现场的准确度是基本误差与附加误差的合成。流量仪表规范所定的精确度等级是指在某一较宽流量范围内，如果使用条件在某一特定流量或很窄的流量范围，则使

23、用的精度可比规定值高，如能在此测量点专门标定，还可提高精确度用于商贸核算、储运交接要求较高精度时，还应考虑精确度的持久性，是否易于重新校验等关键因素，以及是否有在线校验的可能性。B、上限流量和范围度上限流量也称为满度流量，选择流量仪表的口径应按被测管道使用的流量范围和被选仪表的上限和下限流量来选配，而不是简单地按管道通径配用。范围度为上限流量和下限流量的比值，其值愈大流量范围愈宽。有些商贸核算用流量计要求较宽的范围度，例如公共事业昼夜和冬夏季节差很大，就要求很宽的范围度。C、压力损失按管道系统泵送能力和流量计进口压力等确定最大流量的容许压力损失，据此选定流量计。（2）流体特性方面流体压力、温度

24、、密度、粘度、润滑性、化学性质、磨损、腐蚀、结垢、脏污、气体压缩系数、等熵指数、比热容、电导率、声速、混相流、脉动流等；A、流体的温度和压力必须仔细地界定仪表内流体的工作压力和温度，特别在测量气体时温度和压力变化会造成密度很大变化，要考虑温度和压力补偿。测量气体时还要确认所提出的体积流量是在工况状态温度和压力下的还是标准状态下的。B、流体密度在气体应用场所，有些仪表的范围和线性度，取决于气体的密度。低密度气体对某些测量方法，特别是利用气体动量推动检测元件工作的仪表（例如涡轮流量计），呈现困难。C、压缩系数测量气体需要知道压缩系数值以求得工作状态下流体密度。成分固定的流体通过压力、温度和压缩系数

25、计算密度；成分变动的流体应考虑在线测量密度。D、多相和脉动经验表明用于多相或脉动，仪表的测量特性会大幅度改变，且有些情况还未知。（3）安装条件方面管道布置方向、流动方向、上下游管道长度、管道口径、维护空间、管道振动、接地、电源、辅属设备（过滤、排污）、防爆等；A、管道布置方向管道布置方向有时会影响仪表的选择，有些仪表水平安装和垂直安装在测量性能上会有差别，大部分仪表的安装方向均由制造厂做出规定，应予遵守。如安装方向与规定方向不一致，应与制造厂磋商，做进一步确认。B、流动方向有些流量仪表只能在一个流动方向工作，反向流动会损坏仪表。使用这类仪表还应注意在误操作条件下是否可能产生反向流动，必要时要安

26、装止回阀以保护仪表。C、上游和下游管道工程大部分流量仪表或多或少受进口流动状况的影响，最好有良好的流动（即无旋涡、无流速分布畸变）。选型时要考虑管道配件可能引入的流动扰动，流量计厂家说明书中规定的直管段长度都是在上、下游比较理想的条件下应该具备的条件。因此要特别重视上、下游工艺管线的布置对测量造成的影响，直管段要足够的长。D、口径尽量选择与管径尺寸一致的流量计口径，使流量计处在良好的流态中。E、维护空间维护空间的重要性常被忽视，一般来说仪表位置应使人们能在周围维修和调换整机。F、管道震动有些流量仪表（如用压电检测件的涡街流量计、旋进旋涡流量计、科里奥利质量流量计等）敏感于机械振动，易受管道振动

27、干扰，应考虑仪表前后管道作可靠支撑设计。脉动缓冲器虽可以消除泵和压缩机的影响，然而所有仪表还是应远离振动和脉动源为宜。（4）环境条件方面环境温度、湿度、安全性、电磁干扰等；A、环境温度仪表的电子部件和某些仪表流量检测部分会受环境温度变化影响。选择流量仪时要注意仪表外壳的结构强度和材质。在作流量测量总不确定度估算时，环境温度影响将是不确定度主要源之一。B、环境湿度高湿度会加速大气腐蚀和电解腐蚀并降低电气绝缘，低湿度则容易感生静电。环境温度或介质温度急剧变化会引起湿度方面的问题，如表面结露等。C、安全性应用于爆炸性危险环境，按照气氛适应性、爆炸性混合分级分组、防护电气设备类型以及其他安全规则或标准

28、选择仪表。有可燃性气体或可燃性粉尘时应采用特殊外壳的仪表，同时不能使用高压电平电源。D、电磁干扰电力电缆、电机和电气开关都会产生电磁干扰，成为产生误差的来源。（5）经济因素方面只考虑仪表购置费是不全面的，还应调查其他费用，如附件购置费、安装调试费、维护和定期流量校验（检定）费、运行费和备用件费等。用于储运交接和商贸核算还应比较测量误差造成经济损失，这常成为选择仪表的主导因素。A、安装费用有些流量计需要有长的上游直管段和良好流动状态以保证测量性能，正确安装可能还要额外管道布置或要配旁通管作定期维护。安装费还应包括运行所需截止阀、过滤器等辅助件的费用。B、运行费流量仪表的运行费主要是工作时的能量消

29、耗，包括电动仪表内部电力消耗或测量过程中推动流体通过仪表所消耗的能量，亦既克服仪表因测量产生压力损失的泵送能耗费。这是一个隐蔽性费用，往往被忽视。C、检定（校验）费用用于储运交接和商贸核算的流量计，定期校验（检定）是必须的，要考虑校验的方法和地点以及带来的检验费用。D、维护费和备用件费维护费用为仪表投入使用后保持测量系统正常工作所需费用，主要包括维护劳务和备用件费，备用件费用通常随着仪表性能提高的程度而增加。选购仪表时要考虑备用件价格和购置的可能性。从国外进口仪表的备用件价格与整台仪表的“功能价格”相比要贵很多，这一点要特别考虑。E、性能价格比和技术服务流量计结构功能越复杂，可靠程度越低。因此从实际需要出发考虑流量仪表的性能与功能，选择最优性能价格比的仪表才是正确的原则。供应厂商的技术服务水平和商业信誉也需要考虑。五、几种常用流量计选用考虑要点1、差压流量计DPF（1）仪表性能方面精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度：DPF的精确度在很大程度上决定于现场的使用条件，如果节流装置的制造质量符合要求，则影响因素主要为两个方面：流体的物性参数的确定和流体流动特性是否符合标准要求。整套流量计的精确度还决定于差压变送器和流量显示