摘要：文章根據(jù)流量計(jì)的分界流量與量程比、最大允許誤差之間的緊密關(guān)系，成功地進(jìn)行了流量計(jì)的選型，在保證流量計(jì)計(jì)量精度的前提下降低了分界流量，符合了標(biāo)準(zhǔn)要求。通過案例可以了解到合理地利用分界流量，不僅可以擴(kuò)大流量計(jì)的測量范圍，還可以降低流量計(jì)的起步流量。對涉及到分界流量的速度式流量計(jì)，在流量計(jì)選型時(shí)應(yīng)充分考慮、利用分界流量，使得流量計(jì)的能力在現(xiàn)場實(shí)踐中得到充分發(fā)揮。
1概述
自GB/T21391—2008《用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量》開始實(shí)施以來，氣體渦輪流量計(jì)在天然氣工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。渦輪流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，具有精度高（現(xiàn)多為0.5級或1.0級），結(jié)構(gòu)簡單，耐壓高，量程比大（一般量程比Qmin：Qmax＝1：10，最大可達(dá)Qmin：Qmin＝1：50），重復(fù)性好，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于石油、化工、工業(yè)鍋爐、燃?xì)庹{(diào)壓站、天然氣輸配氣管網(wǎng)、城市燃?xì)獾阮I(lǐng)域，且被廣泛使用于貿(mào)易計(jì)量。在歐洲和美國渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)之后的第二個(gè)法定天然氣流量計(jì)，已經(jīng)發(fā)展為多品種、多規(guī)格、批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也十分完備。
在我國現(xiàn)行有效的氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，對渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能技術(shù)要求是量程范圍內(nèi)高區(qū)和低區(qū)的最大允許誤差要有所區(qū)別，因此標(biāo)準(zhǔn)不可避免地都涉及到分界流量。不同的氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對分界流量的定義和規(guī)定有所不同，如何利用分界流量選擇合適的流量計(jì)是設(shè)計(jì)者、使用者應(yīng)該關(guān)注的問題。
2現(xiàn)行氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于分界流量的規(guī)定
我國現(xiàn)行有效的的氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有GB21391—2008《用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量》、GB/T18940—2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計(jì)》、JJG1037—2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》，在以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對分界流量的規(guī)定分別如下。
2.1GB21391—2008《用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量》
在GB21391—2008《用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量》對分界流量有明確的定義，即低于該流量要采用擴(kuò)展誤差限的流量值。標(biāo)準(zhǔn)第5.2條從最大允許誤差和量程比兩方面對分界流量做出了規(guī)定，且明確了量程比是在最大允許誤差范圍內(nèi)流量計(jì)的最小流量和最大流量之比。該標(biāo)準(zhǔn)中對渦輪流量計(jì)要求的最大允許誤差如表1所示，量程比與分界流量9，的關(guān)系如表2所示。
2.2GB/T18940—2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計(jì)》在GB/T18940—2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計(jì)》中沒有明確定義分界流量，僅在標(biāo)準(zhǔn)第8.1條規(guī)定：所有流量計(jì)在其指定的流量范圍內(nèi)，最大允許誤差應(yīng)為±1％。當(dāng)最小流量qmin小于0.2qmin時(shí)，在qmin~0.2qmin范圍內(nèi)的最大允許誤差為±2％。這表明該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為0.2qmin是氣體渦輪流量計(jì)最大允許誤差的分界點(diǎn)，即流量計(jì)的分界流量為0.2qmin。
2.3JJG1037—2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》
JJG1037—2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》適用于液體渦輪流量計(jì)和氣體的渦輪流量計(jì)的檢定，該標(biāo)準(zhǔn)對分界流量也有明確的定義，即在最大流量和最小流量之間的流量值，它將流量范圍分割成最大允許誤差的不同的兩個(gè)區(qū)，即“高區(qū)”和“低區(qū)”。規(guī)程第5.1.1條規(guī)定：氣體渦輪流量計(jì)在規(guī)定的流量范圍內(nèi)精度等級、最大允許誤差應(yīng)符合表3的規(guī)定，對分界流量＆的規(guī)定如表4所示0
從表3、表4可知，精度等級高于0.5級的渦輪流量計(jì)，不設(shè)分界流量，在天然氣貿(mào)易計(jì)量中常用的精度等級等于或低于0.5級渦輪流量計(jì)，均采用分界流量分段處理，可根據(jù)分界流量判斷最大允許誤差的突變點(diǎn)，且分界流量和流量計(jì)的量程比也有緊密聯(lián)系。
從以上三個(gè)渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程分界流量的界定可知，流量計(jì)的分界流量屬于人為的劃分，其目的是為了擴(kuò)大渦輪流量計(jì)的量程比，同時(shí)又不讓最小流量偏離線性區(qū)太遠(yuǎn)，因此流量計(jì)的分界流量對渦輪流量計(jì)最大允許誤差的判定有著關(guān)鍵性的影響.
3分界流量在流量計(jì)選型中的應(yīng)用
渦輪流量計(jì)的分界流量和量程比、最大允許誤差有著緊密的關(guān)系，使得在選用渦輪流量計(jì)時(shí)分界流量起著至關(guān)重要的作用。例如，在選用渦輪流量計(jì)時(shí)，為確保流量計(jì)的最大允許誤差滿足GB/T18603—2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》表B.1不同等級的計(jì)量系統(tǒng)中精度等級的要求，需要考慮流量計(jì)在分界流量以下范圍運(yùn)行時(shí)流量計(jì)的允許誤差。通過以下案例，讀者更容易理解分界流量的重要性。
3.1配氣站流量計(jì)初次選型
某配氣站設(shè)計(jì)能力（標(biāo)準(zhǔn)參比條件）達(dá)到Ａ級計(jì)量系統(tǒng)的要求，根據(jù)GB/T18603—2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》附錄B.1，計(jì)量系統(tǒng)需要配備精度等級1.0級的流量計(jì)才可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
該配氣站在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的來氣量為450~7.5ｘ104Ｎｍ3/ｈ，流量量程比為1：167，量程比過大，無法選擇單一流量計(jì)用來計(jì)量全量程流量，最終采用計(jì)量系統(tǒng)多路并聯(lián)分段計(jì)量的方式。根據(jù)來氣壓力、溫度、組分，計(jì)算出流量計(jì)在工作條件下的計(jì)量范圍為100~3400ｍ3/ｈ。設(shè)計(jì)者考慮在小流量范圍時(shí)選擇兩套精度等級為1.0級、口徑為ＤＮ100、規(guī)格為G400的渦輪流量計(jì)，其計(jì)量范圍是32~650ｍ3/ｈ，其中一套做備用流量計(jì)（此處暫不涉及大流量情況）。
由表1可知，流量計(jì)在分界流量至最大流量之間時(shí)(q1≤q≤qmin)精度等級可達(dá)到1.0級，在最小流量和分界流量之間時(shí)(qmin≤q≤qt)流量計(jì)的精度等級降低至2.0級。選擇的兩套渦輪流量計(jì)量程比同為1：20，根據(jù)表2可以得出：
q1＝0.2qmax
計(jì)算得出該流量計(jì)的分界流量值為：
ｑ1＝130ｍ3/ｈ
流量計(jì)在工作條件下的計(jì)量范圍為100~3400ｍ3/ｈ，則流量計(jì)存在著在用氣量最低值和分界流量（100~130ｍ3/ｈ）范圍運(yùn)行的時(shí)間段。流量計(jì)在分界流量以下范圍運(yùn)行，精度等級只能保證在2.0級，無法達(dá)到精度等級1.0級的要求，不滿足GB/T18603—2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》對Ａ級計(jì)量系統(tǒng)的規(guī)定。
此時(shí)出現(xiàn)分界流量高于用戶用氣量最低值而導(dǎo)致流量計(jì)選型無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的問題，設(shè)計(jì)者需要重新考慮流量計(jì)的選型。
3.2流量計(jì)二次選型
查看流量計(jì)的選型數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，ＤＮ100渦輪流量計(jì)有三類G160、G250、G400，其流量范圍分別為：G160（13~250）ｍ3/ｈ、G250（13/20~400）ｍ3/ｈ、G400（20/32~650）ｍ3/ｈ。此三類流量計(jì)在分界流量至最大流量之間（9ｌ專9在都可達(dá)到精度等級為1.0級的要求。其中規(guī)格為G250和G400的渦流量計(jì)除量程比為1：20的常用規(guī)格外，還有量程比為1：30的規(guī)格，此時(shí)這兩類流量計(jì)的流量范圍分別為13~400ｍ3/ｈ、G400（20~650）ｍ3/ｈ。
根據(jù)表2、表4可知，渦輪流量計(jì)在量程比為1：30時(shí)，分界流量為0.15qmax，因此從此處著手，可以重新選擇既符合標(biāo)準(zhǔn)要求，又能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求的渦輪流量計(jì)。
在此次小流量范圍的流量計(jì)選型中如果將量程比為1：20的渦輪流量計(jì)G400（32~650）ｍ3/ｈ換為量程比為1：30的渦輪流量計(jì)G400（20~650）ｍ3/ｈ，其分界流量qt將由0.20qmax降低至0.15qmax，可大幅度地降低分界流量值，使得重新選型后的流量計(jì)可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
根據(jù)表2，選用量程比為1：30的渦輪流量計(jì)后分界流量為：
qt=0.15qmax
計(jì)算得出此時(shí)流量計(jì)的分界流量值為：
qt=97.5m3/h
流量計(jì)經(jīng)過重新選型后的流量計(jì)分界流量值由原來的130ｍm3/h降低至97.5ｍm3/h，此時(shí)流量計(jì)計(jì)量范圍既可以覆蓋用戶小流量用氣，也可以滿足標(biāo)準(zhǔn)對Ａ級計(jì)量系統(tǒng)的規(guī)定，在用戶最小用氣量100m3/h以上時(shí)流量計(jì)精度等級可達(dá)到1.0級。而且，選擇量程比為1：30的渦輪流量計(jì)后流量計(jì)的起步流量由32m3/h降低至20m3/h，起步流量計(jì)更低，更有利于流量計(jì)在小流量范圍的準(zhǔn)確計(jì)量。
3.3價(jià)格的差別
通過生產(chǎn)廠家了解到，在相同口徑、相同壓力等級的條件下，量程比為1：20的渦輪流量計(jì)與量程比為1：30的渦輪流量計(jì)價(jià)格相差無幾。從用戶角度而言，選擇量程比為1：30的流量計(jì)遠(yuǎn)較選擇量程比為1：20的流量計(jì)更能解決問題，更值得投資。
4結(jié)束語
針對該配氣站流量計(jì)初次選型失敗，根據(jù)流量計(jì)的分界流量與量程比、最大允許誤差之間的緊密關(guān)系，將量程比1：20流量計(jì)換為量程比1：30的流量計(jì)，成功地在保證計(jì)量精度的前提下降低了流量計(jì)的分界流量數(shù)值，符合了標(biāo)準(zhǔn)要求。
（1）通過案例，可以了解到合理地利用分界流量，不僅可以擴(kuò)大流量計(jì)的測量范圍，還可以降低流量計(jì)的起步流量。
（2）通過案例，可以充分了解到分界流量的重要性，分界流量和量程比、最大允許誤差之間的緊密關(guān)系，使得在選用渦輪流量計(jì)時(shí)分界流量能得到更多關(guān)注。
（3）對速度式流量計(jì)而言，不論是渦輪流量計(jì)還是超聲流量計(jì)都涉及到分界流量，因此在流量計(jì)選型時(shí)應(yīng)充分考慮、利用分界流量，使得流量計(jì)的能力在現(xiàn)場實(shí)踐中能得到充分發(fā)揮。
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