隨著我國(guó)西氣東輸一、二、三期的建設(shè)及境外 天然氣輸氣管線建設(shè)的推進(jìn)，我國(guó)天然氣用量不斷增 長(zhǎng)，輸氣管網(wǎng)日趨擴(kuò)大、不同類型的配套流量計(jì)需求 增加；終端用戶有工礦企業(yè)、商業(yè)及民用用戶，情況 十分復(fù)雜，需求多種多樣。如此量大面廣的用戶，流 量計(jì)的選型就顯得特別重要，不僅要考慮儀表計(jì)量準(zhǔn) 確度等技術(shù)要求，還要考慮儀表的維護(hù)與校驗(yàn)的工作 量及成本。據(jù)國(guó)際儀表權(quán)威機(jī)構(gòu)綜合分析，天然氣輸 氣管線流量?jī)x表應(yīng)為3大主力儀表：孔板流量計(jì)，渦 輪流量計(jì)和氣體超聲流量計(jì)。理論分析和實(shí)踐證明， 這3種儀表各項(xiàng)性能指標(biāo)各有優(yōu)劣，由于氣體超聲波 流量計(jì)多用于輸氣門站的大流量計(jì)量，其用量相對(duì)較 少，不在此討論。本文僅對(duì)孔板流量計(jì)和渦輪流量計(jì) 儀表性能指標(biāo)比較，根據(jù)GB/T18603-2001《天然氣 計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》，提出天然氣流量計(jì)量?jī)x表若干 選型原則，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，向天然氣工業(yè)用戶、城市 燃?xì)饩W(wǎng)中的商業(yè)用戶，推薦采用具有檢定周期長(zhǎng)（4 年）、維護(hù)量小、測(cè)量范圍寬的新型標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì) 測(cè)量天然氣流量，與此同時(shí)推進(jìn)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定 工作。

        長(zhǎng)期以來(lái)，孔板流量計(jì)為天然氣輸氣管線上的主 要流量計(jì)，20世紀(jì)70年代后，渦輪流量計(jì)成為僅次于 孔板流量計(jì)的主力儀表，只是在本世紀(jì)初，氣體超聲 流量計(jì)才在國(guó)際上推廣?？装濉u輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī) 范已經(jīng)成熟，而氣體超聲流量計(jì)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚在擬議 中。由此可見，我國(guó)天然氣流量計(jì)量應(yīng)該選用孔板和 渦輪作為主要儀表。
孔板流量計(jì)在天然氣流量測(cè)量中的應(yīng)用己有一百 多年歷史，可以不夸張地說(shuō)，正是天然氣流量測(cè)量才 使孔板流量計(jì)達(dá)到今天的技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范豐 富，奠定了作為第一大類流量計(jì)的地位。20世紀(jì)70年 代以前，孔板流量計(jì)己發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)型流量計(jì)，其特點(diǎn) 有三：
（1）結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化；（2）標(biāo)準(zhǔn) 給出節(jié)流件的流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)及計(jì)算公式；
（3）現(xiàn)場(chǎng)影響量的試驗(yàn)廣泛深入，是國(guó)際上通用 的。正是借助這些特點(diǎn)引出兩大使用特性：（1）節(jié) 流件無(wú)須實(shí)流校準(zhǔn)，可根據(jù)節(jié)流件結(jié)構(gòu)形狀及技術(shù)要 求以及流體特性求得流量與信號(hào)的關(guān)系及其測(cè)量不確 定度；（2）流量計(jì)投用現(xiàn)場(chǎng)后，如果使用條件偏離 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可利用影響量試驗(yàn)研究資料進(jìn)行修正（或 補(bǔ)償）?？装辶髁坑?jì)作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置第一品種， 其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在ISO5167：2003（E）及AGAN03（HNSI/ API2530）中詳細(xì)列舉，在全部流量計(jì)中，它的標(biāo)準(zhǔn)及 規(guī)范是最豐富、最完善的，目前其它已有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 流量計(jì)，如渦輪、電磁、渦街、質(zhì)量等都沒(méi)有上述3個(gè) 特點(diǎn)，因此，亦不具有兩大使用特性。近年（20世紀(jì) 90年代后），由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、 新工藝的突破性進(jìn)展，新型流量計(jì)（渦輪、渦街、電 磁、超聲、質(zhì)量）有長(zhǎng)足發(fā)展，在市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)中， 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)市場(chǎng)份額有所下降，此類流量計(jì)的 缺點(diǎn)成為人們?cè)u(píng)價(jià)重點(diǎn)，如：測(cè)量準(zhǔn)確度不高、范圍 度窄、壓損大、安裝條件苛刻、故障多等等，使標(biāo)準(zhǔn) 節(jié)流式流量計(jì)似有被邊緣化危機(jī)。針對(duì)上述缺點(diǎn)，技 術(shù)工作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的改進(jìn)與創(chuàng)新，并借助二次儀表 （差壓變送器和流量計(jì)算機(jī)）的突破性進(jìn)展，使全 套標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)性能煥然一新，準(zhǔn)確度可以滿 足《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》GB/T18603-2001 A級(jí) （1.0 ）和《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》
GB17167-2006天然氣（2.0）的規(guī)定，范圍度達(dá)6： 1? 15： 1或更寬；結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為一體化，消除安裝瓶頸，故 障大幅下降；壓損大可考慮除孔板外的噴嘴或文丘里 管等節(jié)流件，己有業(yè)內(nèi)人士建議應(yīng)重新審視此類流量 計(jì)，給予其正確的評(píng)價(jià)。
在美國(guó)和歐洲渦輪流量計(jì)是僅次于孔板流量計(jì) 占第二位的天然氣流量計(jì)，渦輪流量計(jì)的主要特點(diǎn) 為：高準(zhǔn)確度，一般為±1%R?±1.5%R,特殊專用 的為±0.5%R?±1.0%R；高重復(fù)性，短期重復(fù)性可達(dá) ±0.05%?±0.2%,正是由于良好的重復(fù)性，若經(jīng)常校 準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)，可獲得高準(zhǔn)確度。范圍度寬，中大口徑 10： 1?40： 1,小口徑5： 1?6： 1。結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維 護(hù)方便，流通能力大。應(yīng)該指出，上述優(yōu)良特性只在 實(shí)驗(yàn)室參比工作條件下方能維持。在現(xiàn)場(chǎng)渦輪流量計(jì) 是一種易受現(xiàn)場(chǎng)影響量干擾的流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)影響量主 要為兩項(xiàng)：流動(dòng)特性和流體物性。流體流動(dòng)特性影 響主要是流體受管道配件（阻流件）干擾而引起的速 度分布畸變和渦流等，其它為非定常流干擾（脈動(dòng)流 等）。流體物性又分為流體物性（物理性質(zhì)）和流體 性狀，流體物性主要影響因素為密度和粘度，對(duì)于天 然氣應(yīng)特別注意密度的變化，密度影響在低流量區(qū)域 較大，若密度低（壓力下降），下限流量升高，亦即 范圍度變窄，線性度變差。在常壓空氣中校準(zhǔn)的渦輪 流量計(jì)應(yīng)通過(guò)相關(guān)公式進(jìn)行換算。流體性狀指腐蝕、 積垢、臟污、凍結(jié)、相變、混相等，它會(huì)改變管道壁粗 糙度，流通面積，渦輪葉片及通道狀況，流量計(jì)特性隨 之改變，不再維持實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的特性，給流量計(jì)的正 常工作帶來(lái)惡劣影響，一般應(yīng)增設(shè)過(guò)濾器，周期檢查 及校準(zhǔn)等才能正常工作。應(yīng)該指出我國(guó)天然氣流量計(jì) 量?jī)x表數(shù)量十分龐大，需要定期檢定的儀表以數(shù)十萬(wàn) 臺(tái)計(jì),而我國(guó)天然氣實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置每年僅可標(biāo)定千余 臺(tái)的儀表，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需求。因此，保證每臺(tái)儀表 的正常校準(zhǔn)是一個(gè)現(xiàn)實(shí)又迫切的問(wèn)題。
由上述孔板流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的簡(jiǎn)述中我們可 發(fā)現(xiàn)它們有以下一些差別。
（1） 孔板流量計(jì)具有流量?jī)x表標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的3項(xiàng) 特征，因此，其結(jié)構(gòu)及應(yīng)用是全世界通用的。渦輪流 量計(jì)不是標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件，產(chǎn)品性能隨企業(yè)而異，由此孔 板流量計(jì)的兩大使用特性渦輪流量計(jì)并不具備。渦輪 流量計(jì)必須逐臺(tái)校準(zhǔn)以得到儀表系數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)影響量的 修正，孔板流量計(jì)可采用全世界流量界積累的豐富資 料，而渦輪流量計(jì)只能依靠個(gè)別企業(yè)指導(dǎo)文件進(jìn)行， 兩者的差別不可同日而語(yǔ)。
（2） 孔板流量計(jì)在測(cè)量準(zhǔn)確度、范圍度、結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝等方面己有突破性進(jìn)展，可以滿足GB/ T18603-2001和GB17167-2006等國(guó)家法定規(guī)定的要 求。因渦輪流量計(jì)的儀表特性是在有條件場(chǎng)所才能保 證，一般而言，在輸配氣（門）站配備專用設(shè)備和專 業(yè)人員來(lái)滿足其要求，而普通用戶不具備這些條件， 定期的維護(hù)和檢定亦存在實(shí)際困難。

3 噴嘴流量計(jì)
3.1噴嘴流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)
在節(jié)流式流量計(jì)使用中一般總是優(yōu)先選用孔板 流量計(jì)，其實(shí)，在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，孔板流量計(jì)成為了標(biāo) 準(zhǔn)節(jié)流裝置的代表，其它標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件如：ISA1932噴 嘴（以下簡(jiǎn)稱噴嘴）、文丘里管等未引起足夠的重視 （早期噴嘴類的產(chǎn)品受到了加工工藝的限制），使其 特有的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分發(fā)揮。因此，我們更應(yīng)重視 噴嘴流量計(jì)的應(yīng)用。它具有孔板流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，但又 因噴嘴為廓形節(jié)流件，無(wú)尖銳棱角，結(jié)構(gòu)形狀耐高流

速?zèng)_擊與磨損，故其流量特性能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，無(wú)孔 板銳緣鈍化之虞，因而檢定周期長(zhǎng)（4年），且壓損 小。所以，噴嘴應(yīng)是比孔板更優(yōu)越的節(jié)流件。
近年來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)在其它領(lǐng)域（蒸汽和通 用氣體計(jì)量）得到廣泛的應(yīng)用，其工藝與結(jié)構(gòu)更為成 熟，同時(shí)也積累豐富的使用經(jīng)驗(yàn)。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化 委員會(huì)已于2012年批準(zhǔn)制定《用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)測(cè)量 天然氣流量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃號(hào)為20121951-T-515。 該標(biāo)準(zhǔn)將參考《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》 GB/T21446-2008等現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其制造、檢驗(yàn)、安裝及使用等做出規(guī)定。 3.2定值噴嘴流量計(jì)
噴嘴流量計(jì)應(yīng)用較少的一個(gè)重要原因是其廓形加 工工藝復(fù)雜，一只噴嘴應(yīng)準(zhǔn)備數(shù)塊模板，作為保證加 工準(zhǔn)確度及檢驗(yàn)用。
為使節(jié)流件商品化，多年前，一些專家就提出了 定值節(jié)流件的創(chuàng)意，所謂定值節(jié)流件就是在一個(gè)管道 公稱口徑下僅制造3種節(jié)流孔徑的節(jié)流件（6 =0.4、 0.5、0.6），這樣定值噴嘴如同標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械零件一樣， 可以形成批量生產(chǎn)，不僅易于保證加工精度，降低成 本，也便于計(jì)量管理和計(jì)量監(jiān)督。
還有一個(gè)值得重視的問(wèn)題，就是目前使用的大量 的孔板及噴嘴，其直管段長(zhǎng)度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且 在10D范圍內(nèi)，同心度、不圓度、粗糙度也不滿足標(biāo) 準(zhǔn)要求，引起較大的附加誤差，因此，帶上經(jīng)過(guò)精細(xì) 加工的直管段是很有必要的。
3.3不確定度分析
采用噴嘴流量計(jì)計(jì)量天然氣，其計(jì)量的不確定度 是多少？這是大家關(guān)心的問(wèn)題。確定流量測(cè)量不確定 度可在天然氣實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)標(biāo)，由于我國(guó)這類裝置 很少，難以滿足大量檢定的需求，所以，不在重點(diǎn)考 慮之列?，F(xiàn)對(duì)以下兩種方案做一介紹。
方案1：
按GB/T2624-2006.3計(jì)算噴嘴的流出系數(shù)及可膨 脹系數(shù)，按GB/T21446-2008 （或SY/T6143-2004）計(jì) 算天然氣的密度，其不確定度為

現(xiàn)分析各項(xiàng)誤差
（1） 牛:若節(jié)流孔徑比6<0.6則該項(xiàng)的不確定 應(yīng)為0.8%
（2） 普：按GB/T2624-2006中噴嘴的計(jì)算公式 其不確定度為
AI³
只需歹=￡0.05，這是很容易做到的，例如壓力 （絕壓）為0.2MPa,只需保證在最大流量下，差壓值
小于10 000Pa即可。
（3） 管徑及開孔徑所帶來(lái)的不確定度，可以通 過(guò)精確測(cè)量，使其降至可忽略程度。
（4） 與晉:根據(jù)GB/T21446-2008，提供的換算 公式，將變送器的滿度誤差換算為示值誤差
8AP _ 2 追 AP =砂而
式中：
Z：變送器精度等級(jí)
4巳：變送器量程
4P/:差壓示值
例如：變送器精度等級(jí)為0.075 （即誤差為
0.075%），差壓測(cè)量范圍為1：36,則：

（5）哆：根據(jù)GB/T21446-2008

祟:天然氣相對(duì)密度測(cè)量不確定度為0.3%
多：壓縮系數(shù)不確定度，按GB/G17747.2-1999 計(jì)算，其值為0.1%
下:設(shè)t由-20°C到80°C,溫度變送器量程為 -20°C?100°C，精度等級(jí)0.5

根據(jù) GB/T21446-2008

在差壓測(cè)量范圍為1： 36條件下，天然氣流量測(cè) 量不確定度為
 
 
就是說(shuō)：用一臺(tái)差壓變送器，量程范圍1： 36, 則流量量程范圍為1：6時(shí)，流量系統(tǒng)不確定度等級(jí)達(dá) 到1.5級(jí)。若用兩臺(tái)差壓變送器，則可使流量量程范 圍達(dá)1：36。
方案2：
在水標(biāo)準(zhǔn)裝置上標(biāo)定出噴嘴的流出系數(shù)，而可膨 脹系數(shù)按GB/T2624-2006計(jì)算。
現(xiàn)逐項(xiàng)分析誤差的大小
（1） 號(hào)：若水系統(tǒng)不確定度等級(jí)為0.1級(jí)，則 該項(xiàng)的不確定應(yīng)為0.3%。
（2） 其余各項(xiàng)不確定度與方案1相同
在差壓測(cè)量范圍為1： 36條件下，天然氣流量測(cè) 量不確定度為
就是說(shuō)，用水系統(tǒng)標(biāo)定出流出系數(shù)，則流量測(cè)量 范圍為1：6時(shí)，流量不確定度等級(jí)為1級(jí)，若用兩臺(tái) 差壓變送器，流量測(cè)量范圍為1：36。
4 結(jié)論
從以上分析可得出結(jié)論，在嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)加工、 安裝、使用的基礎(chǔ)上，引入定值節(jié)流件和必要的技術(shù) （寬測(cè)量范圍運(yùn)算，變送器數(shù)字通訊等）手段，噴嘴 流量計(jì)完全可以滿足天然氣流量計(jì)量包括準(zhǔn)確度在內(nèi) 各項(xiàng)技術(shù)要求，由于這種儀表的結(jié)構(gòu)牢固、檢定周期 長(zhǎng)，在減少維護(hù)量的同時(shí)，大大減少運(yùn)行成本；具有 較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，有理由認(rèn)為它可以作為計(jì)量天 然氣流量的重點(diǎn)選型儀表之一。這不僅已是專業(yè)人員 的共識(shí)，也將成為廣大用戶的共識(shí)。