摘要: 考察燃?xì)猓ㄖ攸c(diǎn)是天然氣）計(jì)量流量計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，既要考察它們?cè)谠O(shè)備采購(gòu)成本和運(yùn)行維護(hù)成本方面的經(jīng)濟(jì)性，更要考察它們對(duì)于輸差的影響。本文針對(duì)目前多種燃?xì)庥?jì)量?jī)x表的特點(diǎn)，首先分析氣體超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)和孔板流量計(jì)等常見(jiàn)的天然氣計(jì)量?jī)x表的工作原理、適應(yīng)范圍、各自特點(diǎn)等。接下來(lái)，從不同的角度對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)計(jì)量輸差產(chǎn)生的因素進(jìn)行解析，分析不同種類(lèi)流量計(jì)對(duì)輸差可能造成的影響。非常后，結(jié)合常用流量計(jì)類(lèi)型的自身特點(diǎn)和輸差控制，對(duì)各類(lèi)型流量計(jì)做出了經(jīng)濟(jì)性的分析。

引言 

天然氣作為清潔能源在國(guó)內(nèi)能源消耗的占比逐年增長(zhǎng)，油氣田采集油氣后經(jīng)過(guò)油氣分離工藝，將天然氣通過(guò)加壓長(zhǎng)輸管道輸送到各城市門(mén)站，再到各種燃?xì)庥脩?hù)。天然氣輸送量由燃?xì)夤艿郎习惭b的流量計(jì)量?jī)x表上的測(cè)量數(shù)據(jù)決定。在高壓天然氣輸送工程中選擇一款高精度、高穩(wěn)定性、壓力損失小，同時(shí)又具有經(jīng)濟(jì)性的計(jì)量?jī)x表具有重要的意義[1]�？疾烊�?xì)庥?jì)量流量計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，既要考察它們?cè)谠O(shè)備采購(gòu)成本和運(yùn)行維護(hù)成本方面的經(jīng)濟(jì)性，更要考察它們對(duì)于輸差的影響。

本文首先分析氣體超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)和孔板流量計(jì)等常見(jiàn)的天然氣計(jì)量?jī)x表的工作原理、適應(yīng)范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等。在此基礎(chǔ)上，從不同的角度對(duì)燃?xì)庥?jì)量輸差產(chǎn)生的因素進(jìn)行解析，分析不同種類(lèi)流量計(jì)對(duì)輸差可能造成的影響。非常后，結(jié)合常用流量計(jì)類(lèi)型的自身特點(diǎn)和輸差控制，對(duì)各類(lèi)型流量計(jì)做出經(jīng)濟(jì)性的分析。

1 燃?xì)饬髁苛髁績(jī)x表 

流量計(jì)是燃?xì)庥?jì)量的一個(gè)重要設(shè)備，它提供了貿(mào)易計(jì)量或內(nèi)部管理的數(shù)據(jù)。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用的燃?xì)庥?jì)量?jī)x表有氣體超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、羅茨流量計(jì)以及孔板流量計(jì)等。研究分析這些氣體流量計(jì)的性能特點(diǎn)、適用范圍，可以幫助找到一種更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定和合理的計(jì)量手段。 

1.1 氣體超聲流量計(jì) 

主流的氣體超聲流量計(jì)是基于時(shí)差法開(kāi)展的流量測(cè)量，其原理是測(cè)量超聲波信號(hào)在氣體介質(zhì)中順向流和逆向流的時(shí)間差 Δt，在已知一對(duì)探頭間的距離 L 時(shí)，計(jì)算出流速 V，然后乘以測(cè)量管段的截面積 S=π*D2/4，獲得非常終的流量值(見(jiàn)公式 1 和 2)。超聲流量計(jì)工作原理見(jiàn)圖 1。

氣體超聲流量計(jì)非常大的特點(diǎn)是能在高壓和中低壓或條件下準(zhǔn)確地測(cè)量氣體的單、雙向流量，測(cè)量范圍寬，量程比大；直接測(cè)量氣體的流速，測(cè)量精度不受介質(zhì)組分變化的影響；能測(cè)量穩(wěn)態(tài)及低頻脈動(dòng)氣體的流量；無(wú)阻流機(jī)械部件，壓力損失極小，且不會(huì)因固體雜質(zhì)導(dǎo)致阻流部件損壞；一般采用多聲道的測(cè)量，可有效地減小因流場(chǎng)不均勻分布對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并能在一個(gè)聲道出現(xiàn)故障時(shí)繼續(xù)用其它正常的聲道進(jìn)行有效測(cè)量，從而提高儀表的準(zhǔn)確度和可靠性；適合于壓力變化范圍大，流量波動(dòng)大的應(yīng)用場(chǎng)合。該種流量計(jì)目前正在高、中、低壓各種天然氣計(jì)量應(yīng)用中逐步替代渦輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)和差壓式孔板流量計(jì)[2]。

1.2 氣體渦輪流量計(jì) 

在渦輪流量計(jì)測(cè)量表體中裝有一個(gè)葉輪，上面的葉片與被測(cè)介質(zhì)流向成一定角度。有流體通過(guò)時(shí)，它的沖力帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，這個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)速度與流體的流速成正比關(guān)系，而這種葉片本身具有磁性，它在由用yongjiu磁鋼和線(xiàn)圈組成的信號(hào)檢測(cè)器中旋轉(zhuǎn)并切割磁力線(xiàn)，由此感應(yīng)出與流速成一定比例的脈沖信號(hào)，通過(guò)脈沖信號(hào)放大器獲得流量信息。渦輪流量計(jì)的脈沖頻率 f 與流經(jīng)測(cè)量表體的流體的瞬時(shí)流量 Q 成正比，流量方程為：Q=3600×f/k （3）式中：k 為流量計(jì)的儀表系數(shù)，3600 為換算系數(shù)。

渦輪流量計(jì)由其機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其具有測(cè)量精度高、重復(fù)性好、基本無(wú)零點(diǎn)漂移等優(yōu)點(diǎn)。但是，渦輪流量計(jì)對(duì)氣體介質(zhì)的清潔度要求較高，氣體的溫度、粘度和密度對(duì)儀表的示值誤差也有較大的影響；對(duì)氣流脈動(dòng)和漩渦流敏感，防氣流沖擊能力差，容易損壞；量程范圍相對(duì)有限；且在使用一段時(shí)間后軸承間隙加大，測(cè)量精度呈現(xiàn)變負(fù)的趨勢(shì)。

1.3 羅茨流量計(jì)

羅茨流量計(jì)也稱(chēng)腰輪流量計(jì)，它是利用 2 個(gè)橢圓形的機(jī)械測(cè)量元件把被測(cè)介質(zhì)分割成單個(gè)已知的體積部分，通過(guò)計(jì)量室逐次、重復(fù)地充滿(mǎn)和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)計(jì)算被測(cè)介質(zhì)的流量體積總量。

羅茨流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)是：計(jì)量腔保持一定的容積，很少受紊流及脈動(dòng)流的影響；無(wú)須前后直管段；受被測(cè)氣體介質(zhì)的粘度等物理性質(zhì)、流動(dòng)狀態(tài)的影響小，可測(cè)量不易測(cè)量的脈動(dòng)流量；適用的量程、溫度范圍寬，安裝要求不高。

但是，羅茨流量計(jì)對(duì)氣體的清潔度要求較高，含有油污和雜質(zhì)時(shí)要預(yù)先處理，加裝過(guò)濾器；當(dāng)流量增加時(shí)，壓力損失也增大；使用一定時(shí)間后，腰輪與計(jì)量腔體間的間隙會(huì)增大，影響測(cè)量精度；運(yùn)行維護(hù)工作量大；大口徑時(shí)價(jià)格較貴，經(jīng)濟(jì)性變差[3]。

1.4 孔板流量計(jì) 

孔板流量計(jì)是差壓式流量計(jì)，它是由一次檢測(cè)件（節(jié)流件）和二次裝置（差壓變送器和流量顯示儀）組成。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)通過(guò)節(jié)流件時(shí)局部產(chǎn)生收縮，流速增加，在節(jié)流件后面產(chǎn)生靜壓力，由此在節(jié)流件前后產(chǎn)生了壓差，而此壓差隨流量的變化而變化，流量大則壓差就大。作為二次裝置的差壓變送器測(cè)量節(jié)流件前后的壓差，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的流量值�？装辶髁坑�(jì)工作原理見(jiàn)圖 2。

孔板流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造、加工和使用方便。

但該種流量計(jì)對(duì)壓力、流量的適應(yīng)性差，特別是大口徑的孔板流量計(jì)由于靜壓力差測(cè)量的誤差，會(huì)造成流量計(jì)的綜合不確定度增大；對(duì)流場(chǎng)的要求比較苛刻，需要的前直管段非常長(zhǎng)；壓損大；上游易積液；孔板損耗快，維修維護(hù)率高[4]。 2 燃?xì)庥?jì)量輸差產(chǎn)生的原因 輸差是燃?xì)庠谳斔瓦^(guò)程中輸入和輸出在量值上產(chǎn)生的差異，即 Q 差=Q 進(jìn)-Q 出。從理論上講，在一個(gè)全封閉的輸送管網(wǎng)中，只要輸送管道沒(méi)有泄漏，就沒(méi)有輸差產(chǎn)生。但在實(shí)際的油氣計(jì)量過(guò)程中，在輸入的流量和輸出的流量之間會(huì)出現(xiàn)一些偏差量。細(xì)分下來(lái)主要是由以下幾方面造成的。

2.1 測(cè)量?jī)x表引出的偏差 

燃?xì)庥?jì)量的量值確定是靠測(cè)量?jī)x表完成的，而測(cè)量?jī)x表的測(cè)量誤差值不會(huì)是 0%，在計(jì)量?jī)x表選型的初期，如果沒(méi)有仔細(xì)考慮計(jì)量的流量范圍（用氣量的多少）、工作壓力的適用范圍、氣體介質(zhì)的工藝處理結(jié)果及使用現(xiàn)場(chǎng)的工況條件等影響因素，使流量測(cè)量?jī)x表工作在一個(gè)不適合的工況條件下，就會(huì)造成計(jì)量誤差值。另外，各種原理的流量計(jì)對(duì)安裝條件的要求也是不同的，如前后直管段長(zhǎng)度要求、流量計(jì)前端過(guò)濾器的要求、新管道吹掃流程的要求、單向流流量計(jì)的流向要求、儀表潤(rùn)滑油的選擇要求等等。如果沒(méi)有按照要求進(jìn)行安裝，就會(huì)影響燃?xì)獾挠?jì)量準(zhǔn)確度。選擇量程寬、對(duì)工況適應(yīng)能力更強(qiáng)的流量計(jì)類(lèi)型，如超聲波流量計(jì)，有助于避免這一問(wèn)題[5]。

另外，目前在天然氣主干網(wǎng)的門(mén)站均已采用高精度的氣體超聲流量計(jì)，而面向中小用戶(hù)的流量計(jì)很多仍是采用孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)或羅茨流量計(jì)�？装辶髁坑�(jì)的測(cè)量精度本身就不高，渦輪或羅茨流量在使用一段時(shí)間后由于軸承的磨損或氣體介質(zhì)中污物的影響，往往造成測(cè)量精度的大幅下降。也就是說(shuō)，由于在輸入和輸出端采用了準(zhǔn)確度不同的流量計(jì)，也會(huì)加劇燃?xì)廨敳頪6]。

2.2 管存氣體量值的偏差 

天然氣管輸系統(tǒng)中由于環(huán)境溫度、輸氣壓力和溫度的變化，被測(cè)天然氣的組分也會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)導(dǎo)致管道中的管存天然氣的量值發(fā)生變化，如式（4）所示：

因此，在不同的溫度、壓力和組分條件下，管存天然氣的量值 Q 存也會(huì)不同，由此也會(huì)造成了管網(wǎng)輸入和輸出的量值發(fā)生了偏差 Q 差： Q 差=Q 進(jìn)-Q 出-Q 存 （5）

2.3 管網(wǎng)泄露 

燃?xì)夤芫W(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中，由于溫度的變化和應(yīng)力的作用，不可避免地發(fā)生滲漏，這種滲漏主要發(fā)生在管道及法蘭密封處；管網(wǎng)老化銹蝕破損，在改造施工過(guò)程中的野蠻操作，也可能會(huì)造成燃?xì)獾男孤��?/p>

2.4 流量計(jì)運(yùn)行維護(hù)的影響 

機(jī)械式的流量計(jì)，包括渦輪、羅茨、孔板等，需要定期進(jìn)行維護(hù)。如果疏于維護(hù)，沒(méi)有按照規(guī)范加注潤(rùn)滑油，沒(méi)有更換磨損的部件，或者沒(méi)有定期清理或排放過(guò)濾器中的油水雜物等，也會(huì)使儀表隨著時(shí)間的推移，準(zhǔn)確度逐步下降。而超聲流量計(jì)基本上可以免維護(hù)，有效避免了這一問(wèn)題[7]。

2.5 經(jīng)營(yíng)管理方面產(chǎn)生的偏差 

有些輸氣管網(wǎng)還未實(shí)現(xiàn)計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)化的管理，設(shè)備停運(yùn)或維修信息不夠及時(shí)和完善；天然氣氣體組分發(fā)生變化時(shí)沒(méi)有及時(shí)準(zhǔn)確地更新各類(lèi)計(jì)量?jī)x表中的組分信息；量值計(jì)算和統(tǒng)計(jì)時(shí)間的節(jié)點(diǎn)不完全一致，造成流量計(jì)量?jī)x表的統(tǒng)計(jì)周期不完全統(tǒng)一；未按規(guī)定的時(shí)間對(duì)計(jì)量以及相關(guān)聯(lián)的溫度和壓力等儀表進(jìn)行周期檢定或校準(zhǔn)等等，均會(huì)造成一定程度的輸入和輸出量值的偏差。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械式流量計(jì)，超聲流量計(jì)具有代際優(yōu)勢(shì)，智能化程度高，便于進(jìn)行計(jì)量系統(tǒng)的智能化管理[8]。 

3 流量計(jì)經(jīng)濟(jì)性分析 

3.1 設(shè)備采購(gòu)成本 

在設(shè)備采購(gòu)價(jià)格方面，雖然超聲流量計(jì)近年來(lái)的價(jià)格已大幅下降了超過(guò) 50%，但傳統(tǒng)的機(jī)械式流量計(jì)仍然具有一定優(yōu)勢(shì)。在小口徑時(shí)，羅茨和渦輪價(jià)格具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，而在大口徑時(shí)，孔板更有優(yōu)勢(shì)。但是，通過(guò)第 2 節(jié)的內(nèi)容我們已經(jīng)了解到，超聲流量計(jì)在精度等級(jí)，量程范圍，對(duì)工藝條件的適應(yīng)性等方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。因此，在作出采購(gòu)決策時(shí)切不能以初始的設(shè)備采購(gòu)成本作為主要考量。況且，由于超聲流量計(jì)沒(méi)有機(jī)械部件損耗，不會(huì)因?yàn)楣腆w雜質(zhì)導(dǎo)致阻流部件損壞，因而使用壽命長(zhǎng)因此如果按一定時(shí)期內(nèi)折舊成本來(lái)看的話(huà)，超聲流量計(jì)更具有綜合性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)[9]。

3.2 運(yùn)行維護(hù)成本 

渦輪和羅茨流量計(jì)等機(jī)械式流量計(jì)由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，需要定期加注潤(rùn)滑油；隨著使用時(shí)間變長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)機(jī)械磨損；由于存在阻流部件，容易因固體雜質(zhì)造成流量計(jì)損壞。超聲流量計(jì)沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，沒(méi)有阻流部件，不易損壞，且超聲流量計(jì)本身的智能、自動(dòng)化程度高，具有免維護(hù)、少維護(hù)的特點(diǎn)，維護(hù)成本極低。因此在運(yùn)行維護(hù)成本方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.3 輸差控制 

相比于設(shè)備采購(gòu)成本和運(yùn)行維護(hù)成本，輸差的金額有可能會(huì)大得多，因此在分析流量計(jì)經(jīng)濟(jì)性時(shí)一定不能忽略其在輸差控制方面的影響。從第三節(jié)的內(nèi)容我們可以看到，輸差產(chǎn)生的原因主要有五個(gè)方面：1）測(cè)量?jī)x表引出的偏差；2）管存氣體量值的偏差；3）管網(wǎng)泄露；4）流量計(jì)運(yùn)行維護(hù)的影響；5）經(jīng)營(yíng)管理方面產(chǎn)生的偏差。其中，第 1）、4）、5）項(xiàng)都與流量計(jì)直接相關(guān)[10]。做為更新型的流量計(jì)，超聲流量計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械式流量計(jì)來(lái)說(shuō)具有代際優(yōu)勢(shì)，因測(cè)量?jī)x表引出的偏差而導(dǎo)致輸差的可能性更低；由于其幾乎免維護(hù)，因流量計(jì)運(yùn)行維護(hù)的影響而導(dǎo)致輸差的可能性也更��；由于超聲流量計(jì)智能化程度高，也有助于減少因經(jīng)營(yíng)管理方面產(chǎn)生的偏差。

4 結(jié)語(yǔ) 

與渦輪、羅茨、孔板等傳統(tǒng)流量計(jì)相比，超聲流量計(jì)更具經(jīng)濟(jì)性，理由是：1）雖然一次性采購(gòu)成本較高，但性?xún)r(jià)比好，且按一定時(shí)期內(nèi)折舊成本來(lái)看的話(huà)可能更具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)；2）不易損壞，維護(hù)非常簡(jiǎn)單，維護(hù)成本極低，因此在運(yùn)行維護(hù)成本方面具有明顯優(yōu)勢(shì)；3）作為更新型的流量計(jì)，超聲流量計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械式流量計(jì)更有利于輸差控制。