幾種可能取代孔板用于三氣計量的測量手段

之前我們談過在計量煤氣、天然氣和水蒸氣領(lǐng)域中，孔板的不足之處。鑒于孔板計量的諸多嚴重弊病，隨著流量測量技術(shù)的發(fā)展，近十幾年來，若干新型或改進型流量測量儀表已陸續(xù)進入了三氣測量領(lǐng)域。然而，由于三氣計量條件的特殊性，也由于這些儀表計量與使用性能的局限性，雖然它們在某些計量場合也取得了較好的計量效果，但就三氣測量領(lǐng)域而言，“孔板唱主角戲”的局面一直未能改變。下面就幾種可能取代孔板用于三氣計量的測量手段予以簡要分析。

1、熱（線）式氣體質(zhì)量流量計

    恒溫差式氣體質(zhì)量流量計，從原理上講可以用于各種氣體，包括煤氣、天然氣的流量測量，但實際它只適宜測量工況穩(wěn)定、干燥的清潔氣體，特別不適宜測量臟污和高含濕氣體。

• 首先，測量原理決定了，被測介質(zhì)的熱物性差異，對測量結(jié)果影響極大。為此儀表需用實測介質(zhì)進行標定。實際使用時，因被測介質(zhì)組分變化而造成的使用附加誤差在所難免，并難以定量評估。
• 其次，它不適宜測量臟污氣體，氣體中的含水不能太大，介質(zhì)中也絕對不能出現(xiàn)液體。如果在實測氣流中一旦出現(xiàn)有可能將探頭敏感元件糊住的糊狀物質(zhì)、特別是出現(xiàn)水滴或其他冷凝液，因介質(zhì)對敏感元件冷卻效應(yīng)的驟然變化，將造成難以估量的測量誤差，甚至使儀表無法正常工作。
• 再次，傳感器直接測出的是管道內(nèi)某一點或某幾點位置上的氣體流速，將其換算成管內(nèi)流體的流量時，與管內(nèi)氣體的流速分布狀況有關(guān)——取決于雷諾數(shù)和管壁粗糙度，如采用固定不變的計算因子，由此而帶來的誤差也是在所難免的。

    2、阿牛巴流量計

    阿牛巴也稱均速管，當然還有其它名稱，該流量計的測量原理與測速畢托管完全相同，是實現(xiàn)了多點同時測量的畢托管，它結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便、壓損小，用于大管徑測量時，相對價格便宜，除用于測量水，也用于測量氣體和蒸汽。

    阿紐巴的測量原理及流量計算方法，決定了它不可能有理想的測量準確度（流量系數(shù)不確定度為1%），工況條件變化較大時，實際測量誤差會遠遠超出設(shè)計標定值。流體對迎面取壓孔的邊緣磨損也會使流量系數(shù)逐漸發(fā)生改變，這與孔板銳邊磨蝕相似，造成性能不穩(wěn)定。測量臟的氣體時，取壓孔容易堵塞，這不但使流出系數(shù)發(fā)生改變，有時還會難以正常工作。近年來改進型的阿牛巴雖然在抗磨損、抗堵塞方面有了一定進步，但仍難以從根本上解決問題，焦爐煤氣和非潔凈天然氣等臟污氣體測量是絕對不宜使用的。阿牛巴只適用于測量介質(zhì)比較干凈、工況比較穩(wěn)定且勿需高準確計量的場合。另外，和孔板等差壓式流量計一下，阿牛巴也需要配套差壓變送器來實現(xiàn)壓力信號向電流信號的轉(zhuǎn)變，再通過流量積算儀等二次儀表轉(zhuǎn)換成流量信號。

    3、旋進旋渦流量計

    旋進旋渦式流量計，結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便，耐用并可測高含濕氣體和其他較臟污的氣體，但測量精度較低，不含溫度、壓力修正為1.5%左右。旋進旋渦由于有螺旋形葉片構(gòu)成的起旋器，氣體流過起旋器造成的壓損太大，工況壓力低、對壓損要求較嚴的場合不便使用：其次測量的氣體流速不能太低，否則起旋器不能起動會形成測量盲區(qū)，目前用于天然氣計量的旋進旋渦流量計就存在著小流量不計量的計量缺陷。用于測量煤氣等臟污氣體時，污物有可能在起旋器中積垢和將振動頻率檢測器糊住也是一個很大的問題。

    4、渦街流量計

    渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便，測量精度（不含溫度、壓力修正），液體為0.5-1%，氣體、蒸汽為1-1.5%，量程比較寬，一般為20：1，近幾年來渦街用于測量蒸汽，在DN200mm以下，發(fā)展較快，也有將其用于天然氣計量的。

    渦街流量計使用的局限性主要有以下幾點：

• 受檢測原理限制，要求測量的流動雷諾數(shù)下限較高，氣體流速一般應(yīng)大于4m/s，流速低了測量精度降低甚至?xí)斐尚×髁坎挥嬃?。再有，在靠近強烈振動場的環(huán)境下，工作可靠性也有問題。
• 受檢測原理限制，測量管徑不能太大。這是因為大管徑在較低流速下，振動旋渦頻率過低會造成頻率信號丟失，目前制造廠家成熟技術(shù)的產(chǎn)品，均在DN300mm以下，對于DN300以上的管道，雖然可以用插入式渦街流量計進行測量，但是精度往往要低一些。
• 受信號檢測器耐溫能力限制，被測介質(zhì)溫度不能太高，宜在350℃以下。
• 不適宜測量煤氣、非潔凈天然氣等可能對頻率信號檢測器造成嚴重污染的臟污流體。
• 對入口管路直管段長度的要求高（稍高于孔板的要求），達不到安裝條件則要產(chǎn)生較大的附加測量誤差。

    5、氣體渦輪流量計

    精密氣體渦輪流量計具有0.2-0.5%的測量精度，可用于各種清潔氣體，包括潔凈天然氣的計量，國外也有將其用于天然氣貿(mào)易結(jié)算計量的。

    由于渦輪流量計的測量元件是轉(zhuǎn)動的葉輪，并使用了軸承，故要求所測流體必須潔凈，在使用過程中還應(yīng)勤于校準。顯然，渦輪流量計用于非潔凈天然氣和煤氣的計量是不可行的，用于潔凈天然氣的計量時，必須保證氣體清潔，用于新開通不久的天然氣管道時，因管路不干凈，渦輪流量計往往難以保持正常運轉(zhuǎn)。

    6、氣體超聲波流量計

    氣體超聲波流量計近幾年在國外有了較快的發(fā)展，并已開始試用于中大管徑天然氣的貿(mào)易結(jié)算計量，我國對DN200mm-400mm的進口氣體超聲流量計也有了少量的試用。中大口徑的多聲道氣體超聲流量計，精度可優(yōu)于0.5%，但價格過于昂貴，計量的可靠性也有待于實踐的檢驗。較小口徑的單聲道氣體超聲流量計測量精度偏低，價格不便宜。

    除價格問題以外，氣體超聲流量計在使用條件上也有其局限性，主要有以下幾點：

• 被測氣體必須清潔，保證不能對探頭造成污染，所以它不宜用作煤氣和非潔凈天然氣的計量。
• 被測氣體的密度及管內(nèi)操作壓力不能太低，較大管徑時尤為如此，所以它也不宜用于低壓大管道氣體的計量。
• 在具有高頻振動噪聲的場合，超聲流量計有時會不能正常工作。

    綜上，從性能、價格兩方面考慮，在我國將多聲道氣體超聲流量計逐步地用于大管徑和較大管徑的清潔天然氣的貿(mào)易結(jié)算計量具有一定的現(xiàn)實性，但是要將其普遍用于天然氣的集輸與工業(yè)用氣計量則是不實現(xiàn)的。

    7、彎頭流量計

    彎頭流量計又稱彎管流量計，它是利用流體通過彎頭弧形通道時在彎頭外側(cè)半徑與內(nèi)側(cè)半徑之間形成的靜壓力差（差壓）與平均流速之間的定量關(guān)系而測量流體流量，因而也是一種差壓式流量計，多用于測量氣體。近幾年來在我國有了一定的發(fā)展。彎頭流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、價格便宜等優(yōu)點，其主要缺點是測量精度低，流量系數(shù)不確定度一般為4%，且不宜測量低壓低流速流體。彎頭流量計測量精度低是由其測量原理決定的：流體在彎頭處的流場速度分布異常復(fù)雜，且易老化，流量系數(shù)對流動雷諾數(shù)及管壁粗糙度的變化非常敏感，流體流入彎道前的非軸對稱速度分布對流量系數(shù)的影響也遠大于標準孔板。

    另外，用于測量氣體時，取壓截面上的密度變化如何修定，也是一個難以確切掌握的變量。對流量系數(shù)實流標定并采用計算機軟件修正技術(shù)，可以提高彎頭流量計的測量精度，但是，除了雷諾數(shù)變化便于動態(tài)修正以外，上述其它變量因素都很難用軟件的修正方法予以解決。從理論上說，如用實測介質(zhì)在實測工況范圍內(nèi)進行實流標定實際測量時，再按標定結(jié)果回歸出的經(jīng)驗公式進行實時修正，這樣可獲得滿意的測量精度，然而，就一般的工業(yè)計量而言，這往往是難以辦到的。因此，彎頭流量計只適合用于工況變化幅度不大、對測量精度要求不高、能有較好測量重復(fù)性即可的場合。