浅谈能源计量中的流量计量

摘 要：该文综述了流量计量在能源计量中的重要性和特点，以及常用的流量计量仪表，对影响流量测量准确度的若干因素进行了分析，最后对蒸气、天然气、人工煤气目前的流量计量技术作了介绍和讨论。

关键词：能源 计量 流量

1、流量计量概述

1.1 常用的流量仪表（流量计和配套二次仪表）

流量计量一般是通过安装各类流量计和二次仪表来实现的。流量计根据其工作原理可以分为容积式流量计、速度式流量计、差压式流量计和质量流量计等，配套的二次仪表为温度、压力测量仪表和流量积算仪（或计算机数据控制系统）等。

a. 容积式流量计

椭园齿轮流量计、腰轮流量计（罗兹流量计）、园盘流量计、往复式或旋转式活塞流量计、刮板流量计、加油（气）机、膜式表等。它是利用机械元件把连续流量分隔成固定体积量进行累加计量的流量计。由于直接通过体积进行计量，故基本上可不受流体流动状态的影响和雷诺数的限制，较适合于粘稠液体（油、饮料）和各类气体计量，量程比较大（通常可大于10∶1），准确度视制造精度而定，一般可达0.1%～2.5%。但易磨损，精度下降，容易产生机械故障。

b. 速度式流量计

涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计、热式流量计、水表等。它是通过测量流速来得到流体流量的流量计。这类流量计的计量准确度除了流量计本身的准确度外，在很大程度上还取决于流体流动时的流速分布情况，希望是典型的层流分布或紊流分布，流场平稳，这就对流量计安装时前后直管段有一定要求。

c. 差压式流量计

标准孔板流量计、标准喷嘴和标准文丘里管流量计、其它非标准型的节流装置流量计，包括V-Cone（V锥）流量计、弯管流量计，有时把浮子流量计也归入这类。它是利用一个节流件，当流体流过时，在节流件的上、下游产生一个差压，该差压和流量之间可通过一个成熟的经验方式建立一个数值公式，即通过差压的测量来获得流量。这类差压式流量计由于无活动部件，另外可直接计算孔板等的流出系数，无需通过流量标准装置进行实流标定来溯源，故长期以来，一直广泛用于各类气体流量的计量。特别是近年来，由于一体化差压变送器技术的发展，使孔板流量计的量程有了明显的拓宽，而其它非标准的节流装置，尽管都有特点，但因无成熟的经验公式可以计算流量，仍需通过流量标准装置进行标定，使其应用受到一定限制。

1.2 使用流量计时应注意的问题

a. 选择的流量计及其配套设备进行流量计量时，应满足规定的准确度要求，通常各类流量计在出厂时均有准确度等级标志（0.1、0.2、0.5、1.0、2.0级）。例如0.5级通常代表在测量范围内，相对误差

b. 各类流量计通常会根据不同的流量测量范围定出不同的型号和使用口径，应选择满足流量测量范围的型号和相应的口径。这里要注意的是流量计给出的测量范围指的是实测的工况状态流量而不是标准状态下的流量。另外还要注意流量计的承压和使用温度的范围。

c. 选择合适的流量计二次仪表（温度压力仪表）和积算系统（流量积算仪、计算机系统），流量计给出的通常是工况下实时的瞬时流量和累积流量。对气体流量积算的往往是标态流量或约定流量，此时需要通过温度、压力测量进行温压补偿，并经过流量积算仪和计算机系统换算成标准流量。常用的测温仪表是Pt100铂电阻温度计和温度变送器，压力仪表为0.1级～0.5级压力传感器和压力变送器，流量积算仪和计算机控制系统的准确度等级为1.0级及以上。

d. 不少流量计特别是速度式流量计、差压式流量计对安装的前后直管段、安装的同轴度均有要求，有些流量计还要求在前端安装整流装置和过滤保护器，在安装流量计时应注意上述这些要求，以保证流量计的测量准确度。

e. 流量计的使用条件应尽量接近流量计的校准条件，当流量计工作介质的粘度和密度与校准介质不同时，流量计量会引起附加的测量误差，这与使用流量计的种类有关，有时往往不能忽略。

2、 蒸气计量

2.1 蒸气计量用的计量器具

GB17167-2006规定用于蒸气计量的计量装置的最大允许误差±2.5%，孔板流量计是一种传统经典的流量装置，无可动部件，比较经久耐用，故障率低，它可以用几何尺寸法进行检定溯源，避免进行实流标定。由于孔板流量计的不足，故在新建的热网中已用涡街流量计渐渐取代，它是一种速度式流量计，前后直管段要求比孔板流量计低，一般前直管段有10D左右就可以了，另外它的量程比可达10∶1，由于该流量计对粘度的影响较小，实验表明采用水和过热蒸气两种介质进行标定，计量结果的误差为0.3%左右，但当过热蒸气干度下降时（接近饱和蒸气）其误差会有所扩大。另外蒸气在输送过程中由于存在热损，压力、温度会下降，原先出厂端的过热蒸气逐渐变成饱和蒸气（或过饱和），在蒸气中形成水雾，水滴变成二相流，故一般要求在用户端计量器具的前面安装一个疏水阀进行水汽分离，以保证进入流量计的流体为单一蒸气。

2.2 计量器具的检定要求

由于进出单位的蒸气流量计都是蒸气贸易积算的依据，所以在“管理办法”中明确规定用于蒸气量积算的计量器具必须依法实施强制检定，新的蒸气流量计使用前须强检合格，并对检定周期作了如下规定：孔板流量计中的孔板每4年强检一次。涡街流量计每3年检定一次；对其它的配套计量器具，包括测温元件、压力变送器差压变送器、流量积算仪每年必须检定一次。

3、 天然气计量

3.1 常用的流量计

a. 涡轮流量计

它是引用一组悬置于流体中的叶轮，流体流动使叶轮转动，通过测量叶轮的转速来获得流体平均流速的信息，是一种管径中全截面流速测量的流量计，具有如下特点：

①测量准确度高，其基本误差±0.5%～±0.2%，可用于昂贵流体的测量；

②量程比较大，一般为10∶1，适用于流量变化幅度较大的测量场合；

③压损较小；

④耐高压，适用温度范围大，耐腐蚀，可适用于多种流体介质；

⑤重复性、稳定性高，动态响应快；

⑥结构紧凑，体积小，安装维护方便，通过电脉冲输出流量信号，便于远传和控制。

b. 气体超声波流量计

也是一种速度式流量计，但与涡轮流量计不同，它是通过测量截面上的线速度来获取流体流速信息（安装在管壁上下游一对超声波探头，利用正反向超声波传播时间差来获得流速信息）。由于它是一种线速度测量法，实际运用时，往往通过不同方向的线速度测量，对其数据进行综合分析来获得较为准确的流体平均速度，即多通道超声波流量计。主要特点：和孔板一样无可动部件，测量稳定可靠，适用于大口径，从原理上，它可进行双方向流量测量，这是其它流量计所不具备的；另一特点是量程比较大，通常可达20∶1～30∶1。

c. 孔板流量计 在上述二种流量计发展成熟以前，国外使用较多的是孔板流量计，但由于该流量计的量程比较小，故近年来逐渐被涡轮流量计、超声波流量计所替代，目前国内已较少使用。

4、人工煤气计量

用户端煤气流量计量

目前用户端的煤气流量主要采用容积式原理的膜式煤气表来进行计量，公称流量为（0.6～650）m3/h，可实现1000 m3/h以下流量的计量，准确度等级：B级为1.5级、A级为2级（在小于10%量程时，其基本误差可放宽到±3.0%），但这类流量计目前均无温压补偿功能，只能按实际流过的体积量进行积算。有部分用气大户已使用温压补偿功能的涡轮流量计来进行煤气流量积算，由于是用户端，煤气的沾污情况已明显改善，从几年的使用效果看，煤气的沾污对涡轮流量计影响不大。

参考文献：

[1]李建中《计量技术》（10）70-73 2008《差压流量仪表在能源计量中的应用》

[2]赫来福《工业计量》（A01）20-22 2007《能源计量中流量计量的设计选型及应用分析》