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燃气仪表选型

1前言

　　天然气的计量按用途分为气田计量、输气干线贸易计量、城市门站和城市天然气用户贸易计量等部分。

2002年至2004年北京市公用事业科研所通过对北京市天然气用户在用的贸易计量流量计进行抽样检测，分析数据，提出有关城市天然气贸易计量流量计的选型建议。

　　城市天然气用户计量所使用的流量计是多种多样的，主要有涡轮、旋进漩涡、腰轮、膜式（包括商用和民用）。

燃气用户多种多样，既有工业企业用户，又有城市公用事业用户、商业用户，还有居民用户，它是一个复杂的用户群，使用情况各不相同。

贸易计量是天然气供需双方结算的凭证，因此，面对如此众多品种的流量计，如何选择合适的流量计，如何安装和维护管理流量计，对供需双方都很重要。

2常用各类天然气流量计的选型依据

2．1城市天然气用户流量计选型需要考虑的因素

　　由于流量计的种类多、且性能各不相同，安装现场各不相同，因此，选型时必须同时考虑各种因素，具体如下：

　　首先，了解各类流量计的计量特点，包括其原理、精度、范围度、压力损失、是否具备温度压力修正、所配套的智能积算仪的功能等；其次，明确工况，包括环境的温湿度、周围设备的噪声、电磁干扰情况、安装空间以及天然气介质的压力、温度、清洁度、组分等；同时还得考虑经济因素。

2．2选型步骤

　　要想选型合适，必须了解流量计性能质量和被测量介质工况，即熟悉各类常用流量计的特性和适用范围，并掌握被计量燃气设备的有关参数及工况条件。

图1为选型步骤。

图1选型步骤图

2．3流量计类型的选择

　　表1列出了各类流量计有关特性对比表，流量计选型可供参考。

选型必须同时考虑到多种因素，并且还得分清主次，综合分析，才能找到合适的流量计类型。

3流量计规格的选择

3．1几种流量计典型特性曲线

　　所谓误差特性，就是流量计的误差值与流量测量值之间的关系。

讨论误差特性，就是讨论和研究测量误差值随流量测量值变化而变化的趋势。

3．2涡轮流量计规格的选择

3．2．1流量范围上限

　　该种流量计一般使用在锅炉房，锅炉最大流量选在流量计进入精度的最大流量（Qmax）的0．6倍～0．8倍之间，因为锅炉一般有大小火之分，小火一般为大火的三分之一到二分之一之间（最低到十分之一），如果锅炉最大耗气量为涡轮流量计Qmax的0．6倍，那么锅炉最小耗气量就在Qmax的0．2倍～0．3倍之间，正好避开了特性曲线的拐点；从另一方面来说，锅炉最大耗气量选在涡轮流量计Qmax的0．8倍左右，在设备启动或管路流量、压力发生脉动时，可避免超量程使用，从而延长流量计的使用寿命。

因此，根据涡轮流量计的特性曲线，用气设备的常用流量段最好处于0．3Qmax～0．8Qmax之间。

3．2．2流量范围下限

　　选型时要满足涡轮流量计进入精度的最小流量（Qmin）小于设备最小用气量，这样才能保证小流量的计量精度。

　　在涡轮流量计的设计选型中，要兼顾用气设备的最大（额定）流量与进入精度的最大流量（Qmax）之间的匹配和最小用气量与流量计进入精度的最小流量（Qmin）之间的匹配，即确保计量结果稳定可靠，需满足以下条件：

设备额定流量／Qmax=0．6～0．8；Qmin≤设备最小流量。

3．3旋进旋涡流量计规格的选择

　　旋进旋涡流量计选择规格时参照的原则与涡轮流量计相似，但由于其流量计实际进入精度的最小流量通常较大，因此满足下限要求尤为重要。

另外由于其压力损失与涡轮等其它流量计相比很大，因此建议将其使用在供气压力高于8kPa的工况下。

厂家的产品说明书上有详细的不同口径、不同流量、不同工况下有关其压力损失的图表和计算公式，设计中要保证供气压力减去压力损失应大于燃气设备的使用压力，否则燃气设备将无法正常工作。

表1各类流量计有关特性对比表

旋进旋涡

涡轮

腰轮（国产）

腰轮（进口）

公福膜式

民用膜式

精度

1.5

0.5～1.0

1.5～2

10：

30：

10：

1～20：

100：

160：

压力损失

D80，200m3／h

较大

约2000Pa

一般

约300Pa

一般

约300Pa

一般

约240Pa

一般

＜400Pa

小

＜200Pa

小流量精度

低

一般

高

可测最大流量（m3）

3600

25000

1000

介质最大压力（MPa）

4MPa

10MPa

1.2MPa

0.05MPa

介质温度

-20℃～+80℃

-10℃～+60℃

-40℃～+60℃

-20℃～+50℃

环境湿度

-30℃～50℃

-20℃～+70℃

-30℃～+50℃

-10℃～+40℃

检定周期（年）（优于0.5级）

0.5

检定周期（年）（低于0.5级）

0.5

使用寿命

长

重量

中

重

轻

含杂质

不行

是否需要过滤器

需要

故障率

一般

低

高

一般

低

结垢影响

大

粘附影响

大

测量原理

速度

容积

补偿方式

温度、压力

温度、压力、压缩系数

温度、压力

无

瞬时显示

智能型

无

安装方法

任意

口径200mm及以下水平/垂直

安装；大于则只能水平安装

垂直或水平

水平

流量计前后直管段

需要

不需要

价格

中

高

低

表2各类流量计的特性曲线

　　为了解决旋进旋涡易受干扰的问题，通常厂家会把流量计的灵敏系数设置得较低，这是以牺牲小流量精度为代价的，其结果是不仅使小流量精度降低，而且经常是小流量根本不计量。

因此，选用该表必须确定燃气设备的最小使用流量大于旋进旋涡流量计实际进入精度的最小流量。

3．4腰轮流量计规格的选择

　　根据腰轮流量计的特性曲线，用气设备常用流量段应该使用在0．2Qmax～0．8Qmax之间。

　　腰轮流量计一般使用在食堂或小型锅炉房，如前所述的原因，一般希望锅炉的最大流量选在流量计进入精度的最大流量Qmax的0．6倍～0．8倍之间，这样既能保证用气设备大流量时运行稳定，也能保证小流量时运行稳定。

　　如果用户是锅炉房，按0．6Qmax～0．8Qmax选型是可以的，如果用在食堂里，则需要进行一些分析：

　　从表3中可以知道食堂中两种灶具的耗气流量点，食堂中还有其它各种灶具，选型时应仔细核算灶具的使用工况，大小流量点兼顾，如一个流量计不行，如有必要建议大小灶具用不同规格的流量计分别计量。

表3食堂灶具耗气流量点及流量计规格选型要求

工作情况

实际流量Q（m3/h）

Q/Qmax

仅使用1个低汤灶

2.35

2.35/Qmax

仅使用1台双眼灶、1台蒸箱、一台低汤灶

15.29

15.29/Qmax

所有灶具满负荷

≤0.8

　　因此，在今后腰轮表的设计选型中，要仔细核算用气设备的最大、最小流量，确保计量精度的稳定可靠，额定流量／Qmax=0．6～0．8。

　　下限要求应满足：

Qmin≤设备最小流量。

3．5膜式流量计规格的选择

3．5．1商用膜式表

　　流量计在设计选型时应该考虑其在实际使用中的常用流量点情况，保证流量计运行稳定，计量准确。

本课题中通过对流量计及其使用现场情况的调查研究，分析流量计选型是否合理。

　　目前使用较多的商用膜式煤气表主要是JMB-100、JMB-40和JMB-253种规格，流量的对比情况如表4所示。

表4食堂灶具耗气流量点及膜式表规格选型要求

工作情况

JMB-100

（Qmax=160m3/h）

（Qmin=1m3/h）

JMB-40

（Qmax=65m3/h）

（Qmin=0.4m3/h）

JMB-25

（Qmax=40m3/h）

（Qmin=0.25m3/h）

实际流量Qm3/h

Q/Qmax

实际流量Qm3/h

Q/Qmax

实际流量Qm3/h

Q/Qmax

仅使用一个低汤灶

2.35

0.015

2.35

0.036

2.35

0.059

仅使用一台双眼灶、

一台蒸箱、一台低汤灶

15.29

0.096

15.29

0.235

15.29

0.382

所有灶具满负荷

≤0.8

　　从表4所列情况进行分析，一般厨房最小流量是低汤灶工作，此时计量误差是偏负的；到营业时间开始使用一台双眼灶、一台蒸箱、一台低汤灶，流量点均在0．1Qmax以上，示值误差相对稳定；到营业高峰时间灶具满负荷使用，流量点落在大流量段，示值误差相对稳定。

因此选用流量计时应仔细核对工作流量情况，选择合适的规格，如果最大、最小流量相差较大，可考虑使用两台不同规格的膜式表对不同流量段的燃气设备分别计量。

3．5．2民用膜式表

　　对于民用户来讲，大部分用气设备为：

一台双眼民用灶、一台热水器（或壁挂炉），目前使用较多的民用膜式煤气表主要是JMB-3、G4两种规格，JMB-3膜式表实际就是G2．5膜式表。

G2．5、G4表的流量对比情况如表5所示。

表5居民用气设备使用情况

工作情况

G2.5（Qmax=4m3/h）

（Qmin=0.025m3/h）

G4（Qmax=6m3/h）

（Qmin=0.04m3/h）

实际流量Qm3/h

Q/Qmax

实际流量Qm3/h

Q/Qmax

小火保温

0.09

0.023

0.09

0.015

双眼灶单眼工作

0.41

0.103

0.41

0.069

双眼灶双眼工作

0.82

0.205

0.82

0.137

双眼灶+热水器

3.18

0.795

3.18

0.530

　　从表5中所列情况进行分析，一般厨房最小流量是小火保温情况，此时计量误差大多是偏负的；经常使用的是一个火眼或两个火眼，G2．5表的流量点均在0．1Qmax以上，示值误差相对稳定；G4表的流量点分布在0．1Qmax前后。

如果灶具与热水器同时使用，G2．5的流量点落在0．8Qmax左右；G4的流量点落在0．5Qmax左右。

由此可见普通居民用户选用G2．5膜式表比较合理。

　　因此，在今后民用表的设计选型时，应根据用户具体设备情况，如果是普通居民住宅，选用G2．5膜式表比较合适；如果是高档住宅区，需考虑灶具和其他用气设备的运行情况，进行合理选择。

4结论

4．1流量计选型建议

4．1．1不同用户建议使用流量计的类型如表6所示。

4．1．2同一流量计不同使用情况下流量计规格的选型原则

　　通过分析知道各类城市天然气流量计的选型存在一个共同的问题：

小流量段使用不当。

流量计在选型阶段往往考虑的是设备最大流量不超出流量计的上限流量，而对于用气设备各个流量段的使用概率及其误差区域未加考虑，这样导致流量计使用中均未超出其流量上限，但是小流量段或常用流量段误差偏大。

　　今后的流量计选型应仔细了解用气设备各流量点与流量计的匹配程度，选择合适的流量计、合适的规格，保证使用流量点均落在误差稳定区域。

涡轮、旋涡、腰轮使用在锅炉用户时最大流量点选在0．6Qmax～0．8Qmax；普通居民用户（双眼灶加热水器）使用的膜式表选用G2．5膜式表比较合适；对于燃气设备较多、且耗气量差异很大的商业公福用户，应仔细核算使用流量与流量计量程，当一台流量计无法兼顾大小流量时，可采用分路计量供气。

4．2对现有流量计的建议

4．2．1温度、压力修正

　　贸易结算是用标准参比条件下（压力为101325Pa，温度为293．15K，即20℃）的体积值。

目前北京燃气集团使用的膜式表、部分腰轮表、少数涡轮表是机械表，没有进行温压修正。

　　不进行压力修正所造成的偏差肯定为负，且实际工况压力越大造成的偏差也越大，燃气集团亏损越大。

不进行温度修正，当环境温度高于20℃时，所造成的偏差为正；当环境温度低于20℃时，所造成的偏差为负，冬季采暖锅炉所用流量计所测天然气介质的温度通常均低于20℃，这时不进行温度修正所造成的偏差为负。

因此，进行温度压力修正对于维护燃气公司利益十分重要。

　　对于安装了温压传感器的智能涡轮表、旋涡表、腰轮表，虽然使用中进行实时修正，但是也存在问题：

检定规程只是规定出温压传感器的配置精度，并未要求进行检定，实际上也没有进行检定，因此智能表温压传感器的计量精度是不知道的。

建议对智能流量计使用的温压传感器进行明确的检定，从而在流量计的使用温度、压力变化范围内，温度、压力传感器的测量值准确，以保证流量计的整体计量精度。

表6各类用途选型参考表

用户种类

建议使用表型

采暖

涡轮流量计

制冷

涡轮流量计

供热厂

涡轮流量计

工业

涡轮流量计、腰轮流量计、商用膜式流量计（视具体情况而定）

商用（公福）

腰轮流量计、商用膜式流量计

家庭

民用膜式表

4．2．2信号远传

　　通过调查我们知道大部分流量计具有信号远传的功能，但都未使用。

用于锅炉房的计量流量计主要是涡轮流量计和旋涡流量计，如果燃气集团利用流量计的信号远传功能，就可以通过流量计随时了解锅炉的用气情况，记录流量计的工作状况，及时发现问题，避免发生漏计的故障情况。

另外每个锅炉房经过一段时间的运行，也可摸清其运行规律，如有异常，可及时发现问题，保证燃气系统安全、高效益地运行。

4．2．3提高加工质量

　　目前，国内流量计质量与国外同类产品相比，差距还是比较大的，主要原因是国内的产品机械加工水平较低，材料质量也不如人家，使得原理相同、结构相似，但性能差别较大，而高质量的进口流量计其价格又较贵，因此迫切需要提高国产流量计质量。

4．2．4天然气的能量计量

　　天然气是一种混合气体，它含有甲烷、乙烷、丙烷等烃类组分和氮、二氧化碳、一氧化碳等非烃类组分，各组分含量并不相同，不同地区产的天然气组分含量可能有所不同。

作为燃料天然气的商品价值是其所含的发热量，即天然气销售使用的实质是天然气的能量，而不是体积。

当天然气作为燃料时，能量计量显然比体积计量（或质量计量）更科学、更公平。

传统的天然气发热量的计量方法：

（1）直接法：

热量计；

（2）间接法：

气相色谱仪。

通过组分分析计算天然气的热值和相对密度。

　　国外新型天然气发热量的计量方法有超声法和红外热传法两种。

其特点是用不同于气相色谱的分析法，测出燃气中烃类的碳原子、CO2和N2各自的组分含量，并依据烃类中碳原子与声速、气体的摩尔质量、发热值之间的线性关系，算出发热值。

方法简单，设备投资低，运行费用也低。

具体产品如下：

　　一种是instrometinternational的产品：

ENSONIC——超声能量计，采用超声法；另一种是：

RuhrgasAGEssen的产品：

gas—labQ1——红外热传燃气质量测定仪采用红外热传法。

　　目前在国外，能量计量也是处于理论研究阶段，尚未实现贸易计量上的实际应用。

为了今后在我国逐步实行按能量进行贸易交接，还需在法规上、计量体系上、标准上、配套设备上等方面做许多相关的准备工作。

参考文献

1苏彦勋，李金海．流量计量．中国计量出版社，1991（10）

2石油液体和气体计量的标准参比条件GB／T17291—1998国家技术监督局发布

3膜式煤气表计量检定规程JJG577—1994国家技术监督局发布

膜式燃气表户外挂实验研究

2010-12-21尚旭柴峰付峰利

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1前言

郑州市自1986年开始使用天然气以来，经历23年的发展，年供气规模已达到近5亿m3，民用户近90万户。

家用燃气表过去一直采用户内安装方式，近几年为方便用户，也为了便于管理、防止偷盗气等原因，郑州燃气大力推行户外挂表安装方式，目前户外挂表已经占有近20%的比例。

温度参数对气体计量的影响十分敏感，计量时的燃气温度是由燃气的原有温度、表前管道和表体与周围环境温度的换热程度所决定的，表前管道越长越接近于周围环境温度，必然影响到计量，周围环境温度对计量的影响有多大？

而且，不同厂家不同型号的燃气表的哪一种对温度的反应最为敏感？

另外，现已有部分厂家为适应户外挂表的需求，开始推出机械温度补偿表这一新产品，其计量效果如何？

以上这些问题是值得我们进行研究的。

2研究目的

此次实验，我们无意将任何一个品牌的燃气表分出性能优劣，仅是希望通过此次实验我们能够对以下问题得到解答：

（1）选取典型表，经过模拟不同流量点运行后，各表的计量特性有无变化及特点。

（2）以户外挂的方式，经过一个自然年份的温度变化，各种仪表其计量结果的差异。

（3）在户外不同温度条件下，各类燃气表的计量特性或误差。

（4）户外挂表计量所造成的燃气购销差。

3规程依据

《膜式煤气表检定规程JJG577—2005》

4实验方法与计划步骤

（1）实验气源压力，模拟用户灶前压力2700Pa。

（2）选取典型表型作为测试对象，该典型表应十分普及。

表1

生产厂家

规格型号

数量

甲公司

补偿表2.5m3/h

4台

J型表2.5m3/h

6台

乙公司

G型表2.5m3/h

5台

改进型2.5m3/h

5台

（3）实验前，在实验室对所选表具进行误差和重复性测试。

（4）将被检表分为A、B、C、D4个实验组。

每组5台表，其中作为参照标准表的一台，放入实验室内，另外4台表置于室外表箱，模拟户外挂表。

（5）使用多路温度巡检仪，分别记录：

实验室室内温度、户外温度、户外表气体进口温度。

（6）测量每块表的进气压力。

（7）将流量调节装置设在户外实验表末端，参照普通居民用气量，分别将4组实验表的流量按表2进行设定：

表2

组别

流量（m3/h）

对应流量点

流量选取说明

0.8

0.2Qmax

模拟家用双眼灶同时工作时的最大流量

0.6

0.15Qmax

模拟家用双眼灶同时工作时一大一小火力时的燃气流量

0.4

0.1Qmax

模拟家用双眼灶只使用单眼时的最大流量

2.5

0.6Qmax

模拟家用双眼灶与8L燃气热水器同时工作时的最大流量

（8）每日抄表一次，间隔24小时，抄表时间固定为8:

30。

（9）实验时间2008年12月～2009年11月。

（10）实验结束后，在实验室对参加实验的表再次进行误差和重复性检测

（11）数据分析。

5试验组别分类

共分为4组，每组表型的配合与代号见表3

表3试验组别

组别

户内表

户外表

改进型2.5

J型2.5

改进型2.5

补偿型2.5

G型2.5

J型2.5

改进型2.5

补偿型2.5

G型2.5

J型2.5

改进型2.5

补偿型2.5

G型2.5

J型2.5

改进型2.5

补偿型2.5

G型2.5

6实验数据统计与分析

6.1数据统计

（1）温度统计

通过一个自然年份的温度记录（2008.12～2009.11），我们得知，在这一年度内，日最高气温出现在6月25日，37.2℃，日最低气温出现在1月24日，-1.6℃；月平均最高气温为7月，30.9℃，月平均最低气温为1月，3.15℃。

此模拟实验目的在于模拟燃气表在户外的实际工作状态，由于缺少燃气实际温度数据和燃气与周围环境的热交换数据，故只对压力的影响进行修正。

（2）流量统计

由于选取样本有限，我们在进行流量统计时，分别对4种表型的计量误差进行了修正。

我们将流量数据按照以月为单位进行分类统计。

每块表的累计流量同本组第一块表（即参照标准表）的累计流量相比较，进行误差计算，并绘制出曲线图（其中最后一个点为全年流量总的累计误差）。

6.2数据分析

（1）同种型号不同流量点的比较，见图1。

由图1可以看出，这4种表型在流量不同时，误差是不一样的。

总体来看，小流量（0.1Qmax）误差最大，大流量（0.6Qmax）误差最小，且与温度变化相关，如在第2点（对应1月份），都有一个骤然下降过程，尤其是小流量误差曲线最为明显，主要原因是温度下降导致。

同时也可以看出，小流量时对温度最为敏感，随着流量的增大，曲线越平缓，对温度的敏感度越低，这是一个值得关注的现象。

通过表4我们看到，补偿表在低温时确实具有温度补偿功能，最低不超过-18%，随着温度升高，其仅在温度最高时的7月份且在流量点0.15Qmax时变为正误差，其余时间和各流量点均在零轴以下运行。

相对来说，G型2.5型波动区间最大，对温度变化最敏感。

表44种表型的温度对流量的影响

J型2.5

改进型2.5

补偿型2.5

G型2.5

波动区间

-20%～+3%

-19%～+4%

-18%～+0.2%

-20%～+5%

误差变化率/度

0.82%

0.65%

0.89%

（2）同一流量点不同表型的比较，见图2。

很明显，补偿表（第3台表）相对普通表曲线波动平缓，对温度最不敏感，但其流量点的累计误差表现的不尽人意。

相较而言，改进型2.5型表（第2台表）的误差是4种表中最好的，其各流量点的误差均小于其他3台表。

同时也可看出，各表型随着流量的增大，其误差呈现减小趋势。

另外，补偿表在0.2Qmax以上流量条件下，随着温度升高有背离趋势，尤其在春秋季更为明显，这一点需要向厂家进一步了解，分析。

不同流量条件下对温度的敏感度是不一样的，一年中流量误差随温度波动的区间范围有很大差别。

流量越小，峰谷差越大，对温度敏感度越高，流量在0.2Qmax以上时，对温度的敏感度相近。

表54种表型的全年流量误差

全年误差

J型2.5

改进型2.5

补偿型2.5

G型2.5

0.1Qmax

-10.33%

-9.45%

-9.7%

-10.43%

0.15Qmax

-2.74%

-2.29%

-2.6%

-3.39%

0.2Qmax

-5.42%

-4.32%

-4.71%

-5.01%

0.6Qmax

-2.78%

-2.04%

-2.39%

-2.76%

表64种表型的温度

0.1Qmax

0.15Qmax

0.2Qmax

0.6Qmax

波动区间

-20%～+2%

-8%～+5%

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