第一篇、第六章 燃气的计量

第六章燃气的计量

在燃气输配工程中，需要测量与控制的参数很多，如压力、温度、流量、物量等。其中对流量的测量是一件最重要的工作之一，通常我们把对流量的测量称为计量。本章将在介绍有关测量和测量仪表的基本知识基础上，介绍流量的测量方法及其相应的测量仪表。

第一节测量基本知识

一、测量过程与测量误差

所谓测量就是使用专门的工具用实验的方法来到被测对象的量值。测量的过程其实质是将被测多数与其相应的标准单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具，各种测量仪表不论采用哪一种原理，他们都要将被测参数经过一次或多次的信号能量的转换，最后获得便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。

在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、观测者的主观性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确，由仪表显示的示值与被测参数的真实值之间，总是存在一定的差距，这种差距就称为测量误差。

测量误差按其产生的原因不同，可分为：

1、系统误差（规律误差）：相同条件下同一台仪表多户测量同一个参数产生的误差，其大小、方向均不变。产生的原因，主要是仪表本身的缺陷、测量者固有的习惯造：成的。由于这种误差是有一定规律的，所以在测量过程中容易消除或加以修正。

2、偶然误差：相同条件下同一台仪表多次测量同一个参数产生的误差，其大小、方向均不相同。产生的原因，主要是在测量过程中的偶然因素，如人、环境、仪表产生物具有随机性，它不易被发觉和修正。偶然误差的大小反映了测量过程的精度。

3、疏忽误差（粗大误差）：被测参数与真实值相差较大，违反常规。发生的原因，主要是测量者的疏忽大意造成的。这种误差比较容易发现，只要我们在测量过程中认真仔细，就可以避免产生这种误差。

测量误差通常有以下几种表示法：

1、绝对误差（△）：被测值与真实值X t之差：△ = X - X t

真实值Xt是实际上，理论上存在的，但在工程上要知道真实值Xt是很困难的，因此我们用精度较高仪表（标准表）的示值代替真实值。称为约定真值。用L表示。绝对误差可用下式表示：

△ = X - X0（1-1）

式中：----绝对误差

X----被校表的示值

X0----标准表的示值

2、相对误差（Y）：某一被测量的相对误差等于这一点的绝对误差与被测值的真实值之比。表示为:

Y = △ / X t = △ / X0 (1-2)

式中:Y----仪表在X0处的相对误差

3、相对百分比误差（δ）：绝对误差Y与仪表的量程之比，用百份数表示：

δ=△/(X max-X min)×100% = △/(上限值-下限值)×100% (1-3)

二、测量仪表的性能指标

仪表的精确度、恒定度、灵敏度、线形度等是直接衡量仪表忧、劣的性能指标。

1、测量仪表的精确度（允许误差、基本误差）

事实k仪表的绝对误差在测量范围内各点上是不相同的。根据仪表的使用要求，规定在正常情况下允许误差用相对百分误差来表示，即

δ允=±△max/(上限值-下限值)×100% (1-4)

仪表的δ允越大，表示它的精确度越低，反之仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越高。国家规定：将仪表的允许误差，去掉“±”号及“％”号，即为仪表的精度等级，例：某仪表的允许误差为±15％，则该仪表的精度等级符号为15级。

2、测量仪表的恒定度(S)

仪表的恒定度用变差来表示，在相同条件下，用同一仪表测量同一参数时，正反行程测量所产生的差值，即为变差。产生变差的原因很多，如机构的间隙，运动件间的摩擦，弹性元件的老化等。变差的大小，用仪表测量同一参数，正、反行程示值间的最大绝对差值与仪表的量程之比的百分数表示：

δ6=(X正-X反)max/(上限值-下限值)×100% (1-5)

必须注意；在测量中，仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时抢修。

3、测量仪表灵能度与灵能限

测量仪表反映彼测量变化的灵能程度。数值上等干仪表指针移动的距离（线位移，角位移）与引起该位移所需的被测参数变量之比。

S = △ /△X (1-6)

S----仪表的灵敏度

△ ----指针的线位数式向位移

△X----引起AD所需的被测参数的变化量

灵能限：仪表指针动作的被测参数的最小变化量

4、线性度（E）

线性度用来说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离理论直线的程度，通常用实际值与理论值之差的量大值△f max与仪表量程之比的百分数来表示，即：

E =△f max/(上限值-下限值)×100% (1-7)

E----线性度

△max ----实际值与理论值之差的最大值

5、反应时间

当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化后，仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来，反应时间长短就是用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化这一动态特性的好坏。

三、测量方法的分类

按测量结果的获得过程，测量方法可分为直接测量，间接测量。

第二节流量的测量及测量仪表的分类

流量是指单位时间内通过流断面上流体的数量，或称瞬时流量。而在某一段时间内通过流断面的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值，称为流体总量。

通常流量有三种表示方法：

L、体积流量：单位时间内流过的流体的体积。单位：米3/秒升/秒

2、质量流量：单位时间内流过的流体的质量。单位；千克/秒吨/秒

3、重力流量：单位时间内流过的流体的重力。单位：牛顿/秒

以上三者之间关系：M＝Qρ G＝ρgQ

目前在燃气输配过程中，所用的流量仪表，都是亘接得到的体积流量。

测量流体流量的仪表，一般叫流量计，测量流体总量的仪表称为计量表，然而二者并不是截然划分的，在流量计上配以累积机构，也可读出总量。流量与总量的关系是：Q总= ∑Q t

t=1

测量流量按测量原理可分为以下几种；

1、速度式流量计：这是一种以测量流体的流速作为测量依据来计算流量的仪表，常用的有涡轮流量表。

2、容积式流量计：这是一种单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的，常用的有膜式流量表，罗洪流量表。

3、差压式流量表：这是一种利用流体流经节流装置时产生的压力差。以压力差的大小作为测量依据来计算流量的仪表，常用的有孔板、喷嘴、文丘里管。

4、旋涡式流量计：这是一种应用流体振荡原理，以单位时间所排出的旋涡数目作为测量依据来计算流量的仪表；常用的有旋进旋涡流量表、涡街式流量计。

第三节常用燃气计量表及技术管理要求

一、膜式燃气表

膜式表又称为皮膜表，适用于居民、机关、团体、宾馆、小型供热等用气计量，具有精度高，动态范围宽，压损小，环境要求低等优点。但它体积大，承受压力低。

1、结构原理：

结构如图所示：

工作原理：

被测量的燃气从表的人口进入表内空间，经开放的球阀座进入计量室2及4，推动计量室的薄膜运行，迫使计量室l、3内的气体从出口流出，当薄膜运动到尽头，依靠传动机构的惯性力使球阀反方向运动，计量室1、3和人口相通，2、4和和出口相通，薄膜往返一次，完成一个回转，这时表的读数值应为表的一回转流量，累积流量即为一回转流量和回转数的乘积。

2、膜式表的规格型号及性能指标（以山城表为例）

流量——误差特性曲线：

3、技术管理要求

1）允许误差范围：额定流量的10％，允许误差范围为士3％

额定流量的25％，允许误差范围为土2％

额定流量的50％，允许误差范围为士2％

额定流量的100％，允许误差范围为土2％

2）压损波动：额定流量时不大于20Pa。

3）超压：表能承受10kPa的内部空气静压。

4）灵能限在压力为500Pa，流量为额定流量的1％时，能连续稳定地运行。

5）密封性：在5000Pa压力下，稳压3分钟。

6）超负荷运转：当流量超过额定流量50％，连续运行2小时后，性能不变。

7）震动：能承受正常的运输震动。

8）皮膜表在搬运、存放过程中应保持直立，切勿卧放、倒置及碰撞，避免阳光长时间直射。

9）皮膜表安装在不含有腐蚀介质的干燥场所，远离火源，不易碰也不受震动。

10）皮膜表必须按壳体箭头方向联结说出气日，且直立安装。

11）皮膜表前必须安装一个能关闭燃气的阀门。

12）进入皮膜表的压力不得超过规定的最大压力值。

13）燃气皮膜表必须有权威部门检验、认可的合格证书。

14）皮膜表必须安装在无污垢、无积水的管道上，并确保管道无泄漏。

二、罗茨式燃气表

罗茨式燃气表又称腰轮表，适用于工业及大型公事业用户的气体计量，这种流量计的优点是体积小，流量大，能在较高的压力下计量，缺点是加工装配精度要求高，使用介质要求高，日常维护较难。

1、结构原理

结构如图所示：

1----外壳；2----转子；3----计数机构；4----差压计；5----计量室工作原理：

随着气体的通过，仪表入口和出口间产生的差压作用在由高精度同步轮联结在一起的一对腰轮上，从而驱动腰轮旋转，在这期间，腰轮与壳体内壁形成的计量室周期地充气和排气。腰轮转动一周，输出4倍计量室内流量，其转数与通过仪表的气体体积量成正比，腰轮的旋转由多级齿轮系减速，然后经磁性藕合传送到计数器，累计流过的气体总量。

2、罗茨表的规格型号及性能指标（以检测厂生产的罗茨表为例）

流量一一笑差特性曲线：

3、管理要求

（1）安装流量计前必须用汽油或煤油清洗计量室，并严格清除管道杂质。

（2）流量计前端应安装过滤器，以防止锈渣、碳渣及其它杂质进入计量室，卡死腰轮造成停转。

（3）流量计投入运行一段时间后，如发现过滤器压降增高，应清洗过滤器或更换滤网，如发现流量计压降增高，灵能限下降时，科用干净汽油、煤油冲洗计量室。

（4）流量计安装时应保持表头处于水平位置。

（5）流量计前后端必须设置阀们，便于维修、保养。

（6）流量计运行前，应从注油口注人润滑油，根据运行情况定期添加或更换润滑物在添加润滑油时必须关闭流量计前后阀们，释放流量计内气体压力。

（7）流量计投入运行时，所有阀们应缓慢开闭，防止突然冲转、冲坏表内腰轮。

（8）流量计长期停用时，应将润滑油放空，将计量室用汽油冲洗干净后，涂防锈抽，并封住进出口，置于干燥处。

（9）流量计用于计量的燃气，其杂质含量应符合国家“城市燃气设计规范”标准。

（10）流量表安装高度应距地面0.5—1.5米，以便维修。

4、流量核算及修正

罗茨表常用于燃气压力较高的流体计量，因此，在进行流体计量时，必须将实际工作压力和实际温度状况下的体积流量换算成标准状况（101.325KPa·20℃）下的体积流量Q标=293.15/101.325·(P表+P′)/T·Q实 (3-1)

Q标----标准状况下的体积流量(m3/h)

Q实----当时实际工作状况下的体积流量(m3/h)

P表----时压力表显示的气体平均压力（KPa）

P′----当时当地的大气压力（KPa）

T----当时管道中气体的实际绝对温度

通常要得到标准修正的体积流量，方法有两种；

（1）自动修正——使用温度、压力校正仪对计量表读数进行自动修正，直接得到标准状况下对应的气体体积流量。

（2）人工修正——将计量表的读书乘上“修正系数”后得到标准状态下对厦的气体体积流量。

由于温度变化对气体体积影响相对较小，故在进行人工修正时，一般忽略温度的影响,只对压力引起的体积变化进行修正：

Q标=C×Q实(3-2)

其中修正系数：C =（平均供气压力(KPa)+实际大气压力(KPa)）/ 标准大气压力(KPa) 一般情况下，实际大气压力与标准大气压力相差不大，两者近似相等，所以在计算时，常取实际大气压力等于标准大气压力。若当实际大气压力与标准大气压力相差较大时，则须将当地实际大气压力代入上述公司j 求出修正系数。

三、涡轮流量计

涡轮流量计适用于工业及大、中型公用事业用户，及供气门站主体计量，它具有压力损失小，计量精度高，启动流量低，抗振动性能好等特点，是目前使用较多的计量仪表之一。

1、结构原理

结构如图：

1----涡轮；2----导流器；3----磁电感应转换器；4----外壳；5----前置放大器

工作原理：

当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，由于叶片前后的压差产生的力推动叶片；使涡轮旋转，在涡轮旋转的同时，高导磁性的涡轮，就周期性地扫过了磁钢，使线圈中的磁量发生周期性变化，同时感应出交流电信号，其交变信号的频率与涡轮的转速成正比，即与流量成正比，这个电信号经前置放大器放大后，送经电子计数器，以累积或指示流量。

1、规格与性能参数（埃儿斯特θ型涡轮计量计为例）

流量—一误差特性曲线：

3、管理要求

（1）为了保证测量精度，涡轮表入口端直管段长度不小于管道内径的10倍，出口端直管段长度不小于管道内径5倍。

（2）涡轮表前端必须设置过滤器，以防管道内杂质进人表内，影响测量精度或损坏机件。

（3）涡轮表在投入使用前，必须经当地权威部门检验认可。

（4）涡轮表必须设有可靠的接地电线，以防止静电干扰影响计量精度。

（5）严禁在装有涡轮表的管道上施工．动焊。

（6）涡轮表前后应加设球阀，便于维修保养。

（7）涡轮表投入运行一段时间后，应定期进行清洗。

（8）涡轮表可超载运行，一般可超载最大流量的160％，运行时间不超过2小时，

短时间可承受更高压力。

4. 体积修正仪

体积修正仪可与各种流量仪表配合，实现对被测体积的精度修正，修正将采集来自气体流量仪表的脉冲信号，根据设定的脉冲当量值计算出来未经修正的实际体积，同时根据测得的压力（或引入的被测压力）、温度、压缩系数（自动计算或设定为常数）及实际体积，计算出标准体积。另外修正仪均具有数据存储功能，可存储未经修正的体积，标准体积，压力、温度等。

修正伙有多种数据接口，可与计算机联网，实现远程控制。

涡轮表未配置修正仪，必需修正，按公式3－3或查表计算标准体积流量。

重庆地区常用供气压力修正系数C值

表1——l

第四节计量表的故障判断及处理

在燃气输配过程中，计量表是十分重要的供气设施，它的好坏不仅直接供、销双方的经济利益，也对生产过程实现优化控制及安全生产带来影响，因此计量表是我们抄表收费管理员现场重点管理的设施，一般情况下，计量出现的故障不外乎三种情况；表停、表慢、表快。对于表停的故障，抄表员在现场很容易判断；而对表慢。

表快的故障则需要通过一定的检测手段来判断。下面介绍两种现场检测气表性能的方法。

一、估算法

在一定时间内记录满负载情况下计量表显示的数值，与理论上供气设备的耗气量作比较，可粗略判断计量表的快慢，此方法得出的结论只作为参考，不作为认定的标准。

例：一台民用双眼灶，满负荷情况下流量为0.678m3／h，试时将两火头全开，观察1分钟，记录下J2.5计量表走了0.15m3／h，预测气表快慢

理论值：0.678m3／h＝0.678m3／60分钟=O.ll3m3／min

V实-V理/4×100％＝0.15-0.113/4×100%=3.4675％

结论：此表偏快

二、标表法

采用精度等级较高的计量表作为标准表，该表的规格型号与被测表一致，两表串联在一起，如图：

被测表标准表

检测时应先检查联结系统有无泄漏，记录两表示值，打开出气阀（或用气设备），观测3分钟，再次记录下两表的示值，代人公式计算基本误差，为了使测量结果接近真实，一般选择不少于3个测试点 Q min、Q、Q max进行多次检测。

采用此方法测得结果，若供、销双方认可，可作为最终判别标准，否则将不能作为认定标准。判别计量表是否正常，最终还需送国家认可的测试部门检测。

对于故障表的处理，一般都是采取更换。

三、计量仪表的日常管理

根据有关规定：对于特殊仪表如；涡轮、腰轮、旋进旋涡等类型气表在投入运行前，必须送检测部门测试检验后才可使用，并已在运行中，每两年送检一次。除此之外，还应按月进行保养，定期添加更换润滑油，定期清洗。

对于用于公、营用气计量的G10以上的气表，也必须每两年定期送检，对于J2.5、J4、J6类型气表，按10％的比例抽检。

对于家用气表，可随机抽检。使用10年后必须强制更换。