摘要:20世紀由于能量計量、城市公用事業(yè)等對流量測量的需求急劇增長，促使儀表迅速發(fā)展。常用的流量儀表種類有轉子流量計、質量流量計、容積式流量計、速度式流量計、靶式流量計、明渠堰槽流量計等。主要的燃氣計量儀表有容積式流量計、速度式流量計和流體振動式流量計。工業(yè)氣體流量計發(fā)展歷史較久，品種也較多，燃氣經(jīng)營企業(yè)要想取得合理的、良好的選型效果，必須對各種流量計分別從流體特性、流量計的性能、安裝條件、投資費用、生產(chǎn)實際、標準設計六個重要方面綜合考慮。用戶在選擇時，不可能面面都照顧到，要權衡利弊。不過，最后的抉擇往往是在成本費用和儀表性能之間。
一、燃氣計量儀表的種類
(一)燃氣的計量方法
燃氣的計量主要是測出其體積流量，由于采用不同的測量原理和方法，燃氣流量計(簡稱燃氣表或煤'(表)又有容積式流量計、速度式流量計和電磁流量計等幾類。
燃氣流量檢測中有三種方法可供選擇:體積流量測量、質量流量測量和能量流量測量。.上述三種測量方法可分為間接測量方式和直接測量方式。國外根據(jù)上述三種方法制造的儀表不下數(shù)十種之多，然而每一一種方法極其儀表都有它指定的使用對象和使用范圍。
1、體積流量測量方法。
我國目前天然氣工業(yè)中采用的最主要的測量方法為體積流量測量。由于氣體的可壓縮性，它受溫度、壓力的變化影響，主要有以下兩種測量儀表。
a、間接體積流量測量儀表。
這種類型的儀表是通過測量體積相關參量，再從它們之間的關系式計算出體積流量。典型的流量儀表如孔板流量計，它具有結構簡單、維修方便、成本低廉、壽命長及無需標定就能直接使用的特點;旋渦流量計具有口徑大、耐壓高、大流量無活動部件、壽命長、測量準確度高的特點;渦輪流量計則具有精度高、重量性好、量程寬、能作為標準儀表使用的特點:新近發(fā)展投入使用的超聲波流量計最大的特點是無轉動部件、無壓損虧，具有量程寬的優(yōu)點。但是，這類儀表的不足之處主要是由于間接測量。影響計量精度因素較多，需要進行補救修正:某些儀表(如孔板流量計)量程較窄:渦輪流量計由于轉動部件易受污染，影響使用壽命。
b.直接式體積流量測量儀表
這種類型儀表如腰輪等體積流量計，由于是利用一個精密的標準容器對被測流體連續(xù)計量，具有準確可靠、量程比較寬、無嚴格直管道要求的特點。但這類儀表的不足之處是大都具有可動部件，在測小流量和低精度流體時誤差較大;易受污染影響，一般需在上游安裝過濾器，因而造成附件壓損:難以適用大口徑、高壓的使用。
2、質量流量測量方法
3、能量流量測量方法
后兩種流量測量方法在管道供氣、管網(wǎng)輸配經(jīng)營企業(yè)還沒有廣泛采用，在此就不詳細介紹了。
(二)計量儀表的發(fā)展
流量測量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬愷撒時代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀由于能量計量、城市公用事業(yè)等對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術和計算機技術的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。我國開展近代流量測量技術的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進口。
流量測量是研究物質量變的科學,質量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，.因此其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測參數(shù)。對于一定的流體，只要知道這三個參數(shù)就可計算其具有的能量,在能量轉換的測量中必須檢測此三個參數(shù)。能量轉換是一切生產(chǎn)過程和科學實驗的基礎，因此流量和壓力、溫度儀表一一樣得到最廣泛的應用。
(三)常用計量儀表的分類
按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計。
總量表測量一.段時間內流過管道的流量，是以短暫時間內流過的總量除以該時間的商來表示，實際上流量計通常亦備有累積流量裝置，做總量表使用，而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴格意義來分流量計和總量表已無實際意義。按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。
按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質量流量計和插入式流量計、探針式流量計，來分別闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內外的發(fā)展情況。
按流量計機構原理分有容積式流量計、葉輪式流量計、差壓式流量計、變面積式流量計、動量式流量計、沖量式流量計、電磁流量計、超聲波流量計、質量流量計、流體振蕩式流量計、轉子流量計。
(四)燃氣計量的主要計量儀表
燃氣計量主要選用以下兩類計量儀表
1、容積式流量計
容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度最高的一一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。.
容積式流量計按其測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉簡式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。
燃氣計量主要選用膜式燃氣表和腰輪流量計。
選用的優(yōu)點:
a.計量精度高;
b.安裝管道條件對計量精度沒有影響;
c.可用于高粘度液體的測量;
d.范圍度寬;
e.直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計總量，清晰明了，操作簡便。缺點:
a.結果復雜，體積龐大:
b.被測介質種類、口徑、介質工作狀態(tài)局限性較大;
c.不適用于高、低溫場合;
d.大部分儀表只適用于潔凈單相流體;
e.產(chǎn)生噪聲及振動。
應用概況:
容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量最大的流量計，常應用于昂貴介質(油品、天然氣等)的總量測量。
工業(yè)發(fā)達國家近年PD流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%23%;我國約占20%，1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計為34萬臺，其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。
2、速度式流量計
速度式流量計按葉輪的形式分為平葉輪式和螺旋葉輪式兩種,前者為葉輪表，后者為渦輪表。速度式流量計的敏感元件是葉輪，其工作原理是利用被測流體的動能;當流體速度大時，葉輪轉數(shù)高，當流體速度小時，葉輪轉數(shù)低，而葉輪轉數(shù)和流量有恒定的比例關系。該類儀表的特點是結構緊湊、準確度高、重復性好、量程較寬、反應迅速、壓力損失較小，但安裝使用和軸承耐磨性的要求較高。速度流量計一般由流量變速器、放大器、過濾器、整流器、流量顯示儀表組成。
渦輪式流量計的主要部件是沿管道軸線支撐一個螺旋形葉輪，葉輪的兩端裝有軸承，為了減少流體渦流的影響，渦輪的前后均裝有導流架。當流體流入渦輪后，將推動葉輪旋轉，渦輪轉速和流體速度成正比，也就是和流量成正比。渦輪流量計的特點有:精度高;量程寬。
渦輪流量計根據(jù)其音譯國內又稱為透平流量計。渦輪流量計根據(jù)其測量介質的不同又分為氣體渦輪流量計和液體渦輪流量計。在各種流量計中渦輪流量計是重復性高、精確度最佳的產(chǎn)品。如結構簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大(同樣口徑可通過的流量大)和可適應高參數(shù)(高溫、高壓和低溫)等。渦輪流量計廣泛應用于以下一些測量對象:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣、煤氣和低溫流體等。在國外液化石油氣、成品油和輕質原油等的轉運及集輸站，大型原油輸送管線的首末站都大量采用它進行貿(mào)易結算。
3、流體振動式流量計
常用的有旋渦式流量計,按照其形成旋渦的方式又分為旋進式和渦街式兩種。旋進式旋渦流量計是一種旋渦進動型流量計，它的旋渦流譜為螺旋型旋渦旋進運動。渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體，流體在發(fā)生體兩側交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。
渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，但其發(fā)展迅速，目前已成為通用的一類流量計。
優(yōu)點:
(1)結構簡單牢固;
(2)適用流體種類多;
(3)精度較高;
(4)范圍度寬:
(5)壓損小。
缺點:
(1)不適用于低雷諾數(shù)測量;
(2)需較長直管段:
(3)儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計相比);
(4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經(jīng)驗。
(五)流量儀表的發(fā)展趨勢
1、結構日趨簡潔、方便
早期流量儀表為純機械就地顯示，如容積式流量計。不僅結構復雜笨重，重量/口徑比很大;且其中的轉動件因磨損需經(jīng)常維修。隨著工業(yè)管道口徑日益增大，插入式儀表以其結構簡單、輕巧、拆裝簡便，日益受到用戶青睞，而近十年發(fā)展最快的電磁、超聲流量儀表，管道中更是沒有任何轉動件、阻力件，結構更為簡潔，且壓損小，準確度高，是最有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表。
2、功能力求完善多樣
早期流量儀表為就地顯示(如容積、轉子),隨著工業(yè)水平的不斷提高，已不能適應工藝要求數(shù)十臺儀表集中顯示、調節(jié)、控制。有必要將傳感器(也稱一次表，如孔板、噴嘴、內錐)與變送器(也稱二次表)分離開。并將流量參數(shù)轉換為電參數(shù)，遠傳至中央控制室。隨著工業(yè)規(guī)模再擴大，模擬信號已無法適應，輸出信號需轉換為數(shù)字信號,以適應現(xiàn)場總線系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)(即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))的要求。
為增加儀表的可靠性，不少儀表已增加多達10余種自診斷功能。電磁流量計，可自診斷如氣泡、電極腐蝕、積垢、電極短路、流體導電率、非滿管、襯里損壞、外部磁場等多方面的儀表狀況。
儀表功能的多樣化也是一種發(fā)展趨勢，如超聲除測流量外，還可測流體成分，.聲速;科氏除測流量外，還可測流體密度。
(六)新一代萬能流量計畢托巴流量計
畢托巴流量計是唯一一一種傳感器適用多種介質的流量計，它可以廣泛應用于氣體、蒸汽和液體流量的測量。氣體:一次風速(量)、二次風速(量)、(負壓)空氣、氧氣、氫氣、干氣、轉爐煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、液化氣、煙氣、化工物料氣等;汽體:過熱蒸汽、飽和蒸汽、濕蒸汽、干蒸汽、雙向蒸汽等。液體:水、不滿管水、洗油、貧油、輕油、焦油、重油、原油、腐蝕性液體、各種溶液、化工物料液、石蠟等。畢托巴流量計有如下特點:
1、精度高:
在3%~100%的量程范圍準確度為0.2%。
2、節(jié)能:
一次測量元件畢托巴傳感器是φ20~中50不銹鋼制成，截面積很小，在介質管道中兒乎無壓力損失，使運行成本大大減小，與孔板等節(jié)流裝置相比較有明顯的節(jié)能效果。
3、安裝簡便:
只需在管道合適位置上打一相當?shù)目�，把一次元件畢托巴插入管道中心，即可方便地進行安裝。
4、無需維護:
一次測量元件畢托巴本身無需維護，只需按計量器具定期檢定要求對差壓變送器進行零點和滿度的檢驗以及二次表輸入相應的電流進行檢驗。
5、測量流量范圍廣
氣體流速在4m/s以上，液體流速在0.2m/s以上的介質都可以精確測量。對低流速、小流量、大管徑測量效果尤佳。
6、介質管道橫截面形狀適用范圍廣
本流量計對介質管道截面的幾何形狀無要求，圓形、橢圓形、長方形、方形、棱形、三角形、梯形等均適用。
7、可靠性商
因畢托巴傳感器的構造非常簡單，結構設計合理，導壓管內介質不流動，雜物不容易進去，所以能長時間保持測量精度。
8、耐高溫高壓
可耐介質最高溫度650℃噴涂A1203涂層可耐最高溫度1300℃，耐介質最高壓力32MPa。
9、不要求直管段
實驗積累了各種工況下彎管段到15倍管徑之間修正系數(shù)數(shù)據(jù)庫，只要用戶提供直管段長度，即可在風洞實驗室模擬現(xiàn)場工況，并配選相應的數(shù)據(jù)計算模型，以保證測量精度。
10、配有智能化二次儀表
既可數(shù)顯各項參數(shù)，又可進行遠程通訊，構成網(wǎng)絡，便于集中管理。
11、可在線安裝和檢修
部分無法停產(chǎn)安裝的測點和雜質含量過多的介質可不停產(chǎn)在線安裝測量，并可不停產(chǎn)進行清理和維護。畢托巴流量計是國內外目前最先進的流量測量儀器，國外的儀表公司在網(wǎng)站上發(fā)表認同和推廣畢托巴流量計。
二、燃氣計量儀表的選型標準:
流量是工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的過程控制參數(shù)。目前，市場上大約有超過100種不同的流量儀表，其中有一些屬于實驗室儀表，不適合工業(yè)應用。隨著科學技術的發(fā)展，新型的流量儀表還在不斷涌現(xiàn)。然而，沒有一種流量儀表是“放之四海而皆準”的。為此，用戶應當首先了解流量儀表的性能特點，再結合所應用場合的工況條件，選擇性能價格比較高的產(chǎn)品。
流量儀表的選型對儀表能否成功使用往往起著很重要的作用，由于被測對象的復雜狀況以及儀表品種繁多、性能指標各使得儀表的選型感到困難。沒有一種十全十美的流量計，各類儀農(nóng)都有各自的特點，選型的目的就是在眾多的品種中揚長避短選擇自已最合適的儀表。
(二)燃氣儀表選型的考慮因素
一般選型可以從六個重要方面進行考慮，這六個方面為流體特性方面、流量計的性能方面、安裝條件方面、投資費用方面、生產(chǎn)實際和標準設計方面。六個方面的詳細因素如下:
1、流體特性方面
氣體流量測量中的流體特性因素包括:壓力、溫度、密度、黏度、壓縮性等，
需要特別提出的是對于氣體的計量，因其密度隨溫度及壓力變化而變化，應仔細考慮并加以補償修正。對于天然(的測量中，特別是含硫天然(中硫化物及二氧化碳、氯離子的存在，都將對流量計的運行造成不良影響，應予以特別重視。
2、流量計的性能方面
流體計的性能指標因素包括精度、重復性、線性度、量程比、壓力損失、輸出信號特性及影響時間等。
3、安裝條件方面
管道布置方向，流動方向，檢測件上下游側直管段長度、管道口徑，維修空間、電源、接地、輔助設備(過濾器、消氣器)、安裝等。安裝不符合要求，主要是引起對流態(tài)的干擾，影響流速的正常分布，降低流量計精度和使用壽命。
4、投資費用方面
投資費用包括流量計購置費用、安裝費用、操作維護費用、檢驗費用、流量計壽命、可靠性及備品備件等。購置時，應綜合考慮初期投資和長期運行可靠性問題。購置高性能儀表初期投資費用增加了，但減少了運行的操作、維護、校驗等費用，總體來說是合算的。.
流量計就是在一種計量產(chǎn)品，它符合一一般的價值規(guī)律，精度越高，價格越高，重量越大，價格越高，功能越多，價格越高，進口的產(chǎn)品比國產(chǎn)的貴。
5、生產(chǎn)實際方面
要結合生產(chǎn)實際情況，根據(jù)供氣管網(wǎng)設施的當前能力、中期能力及長遠發(fā)展的目標，做好燃氣供氣管網(wǎng)設施的規(guī)劃工作，其中包括工、商業(yè)用戶的規(guī)劃來選擇儀表的型號規(guī)格，中包括備用流量儀表的型號規(guī)格。
6、標準設計方面
要嚴格按照國家標準或部頒標準進行設計制造和安裝。
(三)燃氣計量儀表選型的步驟
選型的步驟如下:
a.依據(jù)流體種類及六個方面考慮因素初選可用儀表類型(要有幾種類型以便進行選擇);
b.對初選類型進行資料及價格信息的收集，為深入的分析比較準備條件;
c.采用淘汰法逐步集中到1~2種類型，對六個方面因素要反復比較分析最終確定預選目標。
結束語
燃氣流量計量儀表種類繁多，應根據(jù)實際情況選用。由于我國油氣田的大量開采，促進了城市燃氣化的進程，城市燃氣化已成為改善城市環(huán)境的重要標志之一，隨著生產(chǎn)工藝復雜程度和自動化程度的提高，會對流量測量及控制提出更新、更高和更多的要求，對燃氣流量測量儀表準確度的要求也會不斷提高。
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