我國(guó)過(guò)去能源以煤為主,石油和天然氣產(chǎn)量很低,解放前油品大部分是進(jìn)口,上世紀(jì)60年代以降石油產(chǎn)量有所增加而能自給,但能源結(jié)構(gòu)仍以煤為主。改革開(kāi)放以來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,能源需量增長(zhǎng),本國(guó)油資源已不能滿足,進(jìn)口比重不斷上升,能源結(jié)構(gòu)隨著供應(yīng)多樣化和環(huán)境保護(hù)的要求逐步調(diào)整,近年天然氣用量增長(zhǎng)頗速,然而到2000年亦僅上升到3%(天然氣全球平均占24%,亞洲8.8%,發(fā)達(dá)國(guó)家30%~40%)。天然氣在國(guó)內(nèi)應(yīng)用,將進(jìn)一步增長(zhǎng)。
天然氣管網(wǎng)流量測(cè)量的目的分為管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程控制和總量交接計(jì)量?jī)纱箢?lèi)。運(yùn)行過(guò)程流量控制和一般流程工業(yè)要求相似,只是要適應(yīng)天然氣易燃易爆氣氛和沿途惡劣氣侯高溫差等條件,交接計(jì)量?jī)x表亦應(yīng)適應(yīng)上述要求。天然氣交接貿(mào)易計(jì)量有質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量?jī)煞N方式,我國(guó)天然氣貿(mào)易計(jì)量方式是規(guī)定在法定要求品質(zhì)指揮下以體積或能量的方式進(jìn)行交接計(jì)量。
從全球整體上考察管線天然氣流量?jī)x表應(yīng)用,上世紀(jì)70年代及以前除一部分容積式儀表外,幾乎為孔板式所壟斷,80年代形成渦輪流量計(jì)高潮,90年代中后期則掀起超聲流量計(jì)熱潮。從地域國(guó)別選用習(xí)慣上看,歐洲主要使用渦輸式和容積式中腰輪流量計(jì),如在荷蘭兩者使用約占80%;加拿大渦輪式占90%;美國(guó)則以孔板為主,約占80%。國(guó)內(nèi)天然氣應(yīng)用發(fā)展之前,燃?xì)庥霉芫€交接儀表絕大部分用孔板流量計(jì),近十余年才有新型流量?jī)x表渦輪式和超聲式應(yīng)用,據(jù)估計(jì)孔板式國(guó)內(nèi)仍占90%以上,而國(guó)外因較多采用新型儀表,孔板式僅占6%。
1.孔板流量計(jì)
輸送管干線流量?jī)x表主要用孔板式、渦輪式和超聲式,原來(lái)孔板式因范圍度小只適用于流量變化小的管線,但現(xiàn)在若配有雷諾數(shù)修正功能的智能積算儀范圍度可從3︰1擴(kuò)展到10︰1??装辶髁坑?jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于復(fù)制,價(jià)格低廉;缺點(diǎn)是范圍度窄,壓損大,現(xiàn)場(chǎng)安裝直管的要求高等。此外還有入口直角銳利度易被流體沖刷鈍化的缺點(diǎn),嚴(yán)重鈍化可導(dǎo)致流出系數(shù)偏離1%~2%,采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴則可克服這一缺點(diǎn)。近年許多應(yīng)用場(chǎng)所漸為渦輪式和超聲式所代替。
2.臨界流文丘里(音速)噴嘴流量計(jì)
城市路邊汽車(chē)加油機(jī)傳統(tǒng)用容積式流量計(jì),壓縮天然氣(CNG)加氣機(jī)則被音速噴嘴流量計(jì)和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)所代替。加氣機(jī)用音速噴嘴流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度較高(0.5%R[ R為測(cè)量值]),但運(yùn)行能耗較大。
3.容積式流量計(jì)
適用于中小流量范圍,精度適中,范圍寬度(150︰1)。膜式流量計(jì)除用于家用燃?xì)庥?jì)量外,還用于小流量計(jì)量的商業(yè)用戶,百大量度;腰輪流量計(jì)應(yīng)用于城市流量較大的工業(yè)和商業(yè)用戶收費(fèi)計(jì)量。
4.渦輪流量計(jì)
渦輪流量應(yīng)用于天然氣在歐美居于第二位,包括輸送管交接計(jì)量和城市分配中等流量工商業(yè)用戶收費(fèi)計(jì)量,常用口徑范圍DN50~DN600mm。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高(0.5%~1.5%R),短期重復(fù)性好,中大口徑范圍度寬(10︰1~40︰1);缺點(diǎn)是對(duì)流體清潔度要求高,易受流體物性影響,還受來(lái)流速度分布影響和流動(dòng)脈動(dòng)影響,有活動(dòng)件,軸承磨損使特性偏移。
5.超聲流量計(jì)
超聲流量計(jì)90年代始用于氣體,是天然氣輸送管繼孔板式,渦輪式居第三位常用儀表。在中大口徑應(yīng)用有先天性優(yōu)點(diǎn),可用口徑為100~1600mm;測(cè)量準(zhǔn)確度高,多聲道儀表達(dá)0.5%R;適用極低流速(0.5m/s),與渦輪式相比此優(yōu)點(diǎn)突出,因此范圍度特寬(200︰1~40︰ 1);無(wú)活動(dòng)件;無(wú)阻力損失。雖然天然氣應(yīng)用超聲式比孔板式/渦輪式歷史短,許多應(yīng)用上問(wèn)題尚在探索和完善之中,但有很大潛力,具后來(lái)居上之勢(shì)和我國(guó)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18604-2001《用氣體超氣流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》,是參考美國(guó)煤氣協(xié)會(huì)1998年頒布的報(bào)告AGA9《用多聲道超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》制訂的。
正十余年國(guó)際上推出居民適用超聲家用燃?xì)獗恚?0年代中期已達(dá)到取代壟斷150余年的膜式流量計(jì)的態(tài)勢(shì),英國(guó)某燃?xì)夤疽堰_(dá)年訂購(gòu)100萬(wàn)臺(tái)家用超聲燃?xì)獗淼囊?guī)模。
6.旋渦流量計(jì)
旋渦流量計(jì)包括渦街式和旋進(jìn)式,是屬于流體振動(dòng)型流量計(jì)。它們的共同特點(diǎn)是無(wú)活動(dòng)件;渦街式壓損?。贿m用于中小管徑,口徑范圍渦街式為15~300mm,旋進(jìn)式15~400mm,常用40~300mm;準(zhǔn)確度高(渦街式±1%R,旋進(jìn)式±0.5%R);范圍度寬(小口徑除外,渦街式10︰1~15︰1,旋進(jìn)式10︰1~25︰1)。渦街式的缺點(diǎn)是對(duì)應(yīng)用較多的應(yīng)力檢測(cè)渦街流量計(jì)敏感于管道等機(jī)械振動(dòng);對(duì)來(lái)流流速分布要求較高,需較長(zhǎng)前置直管段(15~25D),與之相比旋進(jìn)式則要求較短(3D);旋進(jìn)式的缺點(diǎn)是壓力損失較大,以DN100為例常壓空氣流量1000m3/h,壓損為4kPa。
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