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終端流量計在燃氣工程中的應用

來源: 中國市政工程西北設計研究院有限公司  甘肅  蘭州  作者:馬君 發布日期:2020-06-20 15:37:40

 摘要:我國城鎮化建設的不斷推進,社會經濟的不斷發展,人民生活質量的不斷提高,燃氣在居民生活以及工商業中的應用越來越廣泛,因此城鎮燃氣終端用戶的計量就越來越重要。首先,燃氣工程設計工作者要掌握不同類型燃氣計量儀表的原理和特性,根據各種終端用戶的用氣需求,配置與之相應燃氣流量計。

 
           隨著城市人口的不斷增長,城市能源消耗中燃氣的需求量不斷升高,因此用戶端的燃氣計量環節十分重要,燃氣計量的準確度不但關乎到燃氣供應商的公司利潤,一旦發生燃氣表計量表選型失誤,就會引發供需雙方的經濟糾紛。盡管目前國內外各種燃氣計量表自身已經具備很高的精準度,但如果設計環節選型不當,安裝的環境不符合計量表的使用要求,用戶使用時的燃氣流量不在計量表的有效量程范圍之內,就會出現計量誤差的問題。
 
1  城市燃氣用戶流量計簡介
           由于現代科技和工業技術的不斷發展,氣體流量計的品種出現了多樣化,有差壓式孔板流量計渦輪流量計超聲波流量計旋渦流量計、質量流量計、容積式流量計等。但由于城鎮燃氣用戶的特性:①城區居民及商業用戶普遍為中、低壓供氣(4bar以下)、流量小、用戶安裝工程費用承受能力低、用戶數量大導致計量表日常維保成本高;②城市工業園區工廠及企業用戶多為中、高壓供氣(4~16bar)、流量偏大、用戶安裝工程費用不宜過高。所以目前我國城鎮燃氣終端用戶普遍使用的流量計有兩種類型,分別是:容積式流量計、速度式流量計。下面通過分析這兩種流量計的工作原理及特性,并結合燃氣工程設計工作中的一些經驗做一些簡單的闡述。
 
2  容積式流量計
           容積式流量計是利用表殼內固定容積的計量室作為測量單元進行測量流體的通過量,一般其計量室內都有利用壓力差推動旋轉或往復運動的構件來帶動計量表的緊密齒輪來記錄流量數據。典型的容積式流量計有兩大類:燃氣皮模表和腰輪表。
 
2.1  燃氣皮膜表
           燃氣皮膜表是城鎮燃氣工程中用量非常大的一種流量計,其工作原理是:被測量的燃氣從表進口進入,燃氣充滿表腔,經過表內的滑閥控制進入計量室,表內共有兩個計量室,每個計量室內由皮膜分割為兩部分,依靠皮膜兩側的氣體壓力差推動計量室內的皮膜往復運動,壓迫計量室內皮膜一側的氣體通過滑閥由表出口流出,同時依靠轉動機構的慣性作用使滑閥來回運動,并撥動計量單元的齒輪轉動來完成記錄氣體流量。
 
2.2  腰輪流量計
           燃氣腰輪流量計也稱羅茨流量計,分為單腰輪和雙腰輪結構。其工作原理是:氣體通過流量計時,在流量計的進出口產生壓差作用在高精度齒輪聯結在一起的一個或兩個相互咬合的腰輪轉子上,從而推動腰輪轉子旋轉。在這期間,腰輪轉子與表殼內壁之間形成的密閉空間就是一個計量室,腰輪轉子旋轉的周期就是計量室內一個充氣和排氣的周期,腰輪旋轉的次數與圈數由高精度齒輪傳送至計數單元,由此來計量通過氣體量。
 
2.3  容積式流量計的應用
           燃氣皮膜表由于其價格低、準確度高、結構簡單等特點,普遍使用于小流量(20m3/h以下)、低壓(0.5bar以下)供氣的城市居民和商業用戶的燃氣計量。城鎮燃氣工程中現采用的都是電子式燃氣皮膜表,主要是在傳統的機械滾輪計量單元上增加了電子計量方式和電子顯示。腰輪流量計因為其加工精度高,計量準確度高,結構較為復雜,價格較高,多用于中、低壓(4bar以下),小時非常大流量不超過3500m3的工商業用戶。城鎮燃氣工程中應采用立式安裝的雙腰輪結構的腰輪流量計,主要是因為其腰輪轉子很容易被介質內的雜質污染后卡住,立式雙腰輪轉子在重力的作用下可以在一定程度上消除這種情況的發生,避免給用戶造成停氣事故。
 
3  速度式流量計
           速度式流量計主要是測量介質通過計量表腔內界面上的流速來測量流體的通過量。測量介質流速的方法有很多,有葉輪式、渦街式、電磁式和超聲波等測量法,城鎮燃氣工程中應用的典型測量方法有兩種,即渦輪流量計(葉輪式)、超聲波流量計。
 
3.1  渦輪流量計
           渦輪流量計主要有表殼、前導流器、葉輪、支撐軸承、后導向器以及磁電傳送器等組成。其工作原理是:當流體通過時,經前導流器將介質均勻分散沖擊每一片葉輪,對葉輪產生驅動力推動葉輪旋轉。由于葉片是用磁性材料制成,旋轉時葉片將磁感應信號通過磁電傳送器傳送出來,該信號的周期性變化即脈沖信號的頻率與流體流量在一定范圍內接近正比。渦輪流量計內還配置了溫度、壓力傳感器,采集介質的瞬時壓力值和溫度值,通過積數儀不僅可以測出通過介質的瞬時工況流量,還能通過微型計算機的換算測得介質的瞬時標況流量。
 
3.2  超聲波流量計
           超聲波流量計主要有一對或多對能發送和接收超聲脈沖的超聲波換能器、脈沖信號處理電路、單片機控制器等組成。其測量原理是:超聲波流量計的表殼就是一段直管段,超聲波換能器等原件均安裝在此直管段,換能器一般沿管壁安裝,且直接同流體接觸。超聲波換能器發射的超聲波脈沖穿過管道如同船只渡河。如果管道內沒有介質流動,聲波將以相同速度來回在一對換能器之間傳播,當管道中的有介質流動時,沿介質流動方向相同的超聲波脈沖將加快速度,反之,逆向傳播的超聲波脈沖將減慢速度。并且流過管道的介質速度越快,超聲波脈沖的順流與逆流的時間差就越大,該時間差值得大小正好與介質流速成正比,通過記錄超聲波脈沖在管道介質中的時間差值,就能換算成介質流量。超聲波流量計同渦輪流量計相同,表殼內可配置溫度、壓力傳感器,測量介質工況流量的同時換算測得其標況流量。
 
3.3  速度式流量計的應用
           渦輪流量計因其具有高精度、量程大、耐高壓、結構緊湊、體積小等優點,但也因為其要求被測介質清潔、無雜質,則需要安裝過濾器;小流量時準確度降低;小口徑(DN50以下)的流量計性能較差;上、下游分別需長度10D和5D的直管段(部分廠家技術革新后把直管段的長度要求有所降低,但仍然需要一定長度的直管段)等原因。所以城鎮燃氣工程中渦輪流量計被廣泛的應用于大口徑(DN50以上),中、高壓(4bar以上)供氣,小時非常小流量不小于40m3的工廠企業用戶。這部分用戶的用氣設備燃氣接口尺寸大、供氣壓力要求高、小時流量基本在50m3以上,而且燃氣管道安裝工程不受空間限制,具備了使用渦輪流量計的先決條件。
 
           超聲波流量計的性能特點是:零壓損、不受氣體中固、液態微顆粒影響、量程比寬、重復性強、準確度高、具備自檢功能、易實現數據遠傳等優點,但現階段該表暫未能實現完全國有化加工生產,需要進口導致其價格昂貴。所以該表在天然氣長輸管道工程和城市門站中使用的較多,在城鎮終端用戶中的占比極低,只有小時用氣量超過1萬立方米大型用戶才會考慮安裝,比如燃氣作為能源和原料使用的發電廠、化工廠等。
 
4  結束語
           通過對燃氣計量表工作原理和應用特點的了解,我們可以基本掌握在城鎮燃氣工程設計工作時,要注意的一些技巧和方法。在滿足城鎮燃氣經營者對燃氣用戶計量的同時,我們還要考慮燃氣使用者的用氣要求。不僅要讓經營者的燃氣市場得到發展、公司利益不受損失,也要保障使用者的合理需求和自身利益。所以,作為燃氣工程設計人員就要在工程前期充分了解用戶需求和基本參數,在工程設計環節把燃氣計量表的選型方案做到非常佳,讓城鎮燃氣供需雙方的權益和利益得到有效的保障,只有這樣我們才能成為一個合格的設計人員。

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