目前，天然氣貿(mào)易交接中采用質量流量進行計量的非常少，國內(nèi)幾乎所有的天然氣貿(mào)易交接均采用體積量進行結算，但伴隨著GB/T22723-2008《天然氣能量的測定》的頒布，能量計量將會得到更多的關注。能量計量是通過兩個不相關的測量來完成的，即體積或質量流量的測量和體積或質量發(fā)熱量的測量，將這兩種測量合成，計算出燃氣的能量。本文主要介紹城市燃氣體積計量用渦輪流量計，無論是目前的體積計量方式或將來的能量計量，氣體渦輪流量計都是天然氣計量系統(tǒng)中的重要組成部分。
市場上使用的氣體渦輪流量計主要有兩種：一種為不帶機械計數(shù)器的電子式氣體渦輪流量計（也稱一體式氣體渦輪流量計、智能渦輪流量計等）；另一種為帶機械計數(shù)器的氣體渦輪流量計。
一、氣體渦輪流量計的國內(nèi)外標準：
1.渦輪流量計的國際標準
國際上關于氣體渦輪流量計的標準主要有如下幾類：
——ISO9951-1993Measurementofgasflowinclosedconduits—turbinemeter及其1994年的修訂版。
——國際法制計量組織（OIML）OIMLR137-1：2006《氣體流量計》。
——美國天然氣協(xié)會AGANo7Measurementofflowgasbyturbinemeters（1981）。
——歐共體標準PrEN12261Gasmeters-Turbinegasmeters及其2005年的修訂版。
——日本工業(yè)標準JISZ8765-80《タ-ヒシ"流量計"じよろ流量測定方法》等。
在上述國際、國外標準中，有一個共同點就是所有關于氣體渦輪流量計的描述都是以純機械的氣體渦輪流量計為基礎的。如在EN12261和AGANo7中，所有關于氣體渦輪流量計的描述都未涉及電子部分，而在目前國際間貿(mào)易結算比較推崇的OIMLR137-1：2006的附錄C中明確提出，氣體渦輪流量計為純機械儀表。
注：更多關于氣體渦輪流量計技術標準的資料請查閱2009年4月《中國計量》雜志刊發(fā)的國內(nèi)外氣體渦輪流量計的技術標準對比。
2.渦輪流量計的國內(nèi)標準及檢定規(guī)程
目前，國內(nèi)可供參考的氣體渦輪流量計的標準及檢定規(guī)程如下：
——GB/T21391-2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》。
——JJG1037-2008《渦輪流量計》檢定規(guī)程。
關于GB/T21391-2008，首先它是一個性標準；其次，它關注的重點是如何用氣體渦輪流量計來測量天然氣流量及技術要求，而很少涉及渦輪流量計本身。
關于JJG1037-2008，筆者有如下看，供大家討論：
（1）氣體渦輪流量計必須符合技術法規(guī)。
（2）它創(chuàng)造性地把氣體和液體渦輪流量計的技術要求結合到一起，單從這點來說，屬于國際首創(chuàng)。
?。?）從技術角度來說，一般液體的測量僅需關注液體的流量即可；而以天然氣為例的氣體流量的測量，不僅涉及流量的測量，還涉及溫度、壓力、組分、相對密度甚至發(fā)熱量等諸多參數(shù)的測量。
（4）從生產(chǎn)制造的工藝來說，液體渦輪流量計能夠達到的準確度要遠高于氣體渦輪流量計；而且液體渦輪流量計標準裝置的擴展不確定度也要遠高于氣體渦輪流量計的標準裝置。
?。?）在目前機械式氣體渦輪流量計計量系統(tǒng)中的體積修正儀被從《中華人民共和國依法管理的計量器具目錄》（型式批準部分）中刪除的前提下，JJG1037-2008巧妙地回避了氣體計量過程中溫度、壓力等參數(shù)測量準確度的問題。但作為在一次能源比重中不斷上升的天然氣，氣體渦輪流量計在其工業(yè)計量中約占50%的市場份額，由于JJG1037-2008不關注天然氣溫度、壓力等參數(shù)測量，可以說給天然氣這一重要能源的計量帶來了諸多不便，使氣體渦輪流量計的周期檢定遇到很大的問題。
二、氣體渦輪流量計的檢定：
1.電子式氣體渦輪流量計的檢定
電子式氣體渦輪流量計的出廠檢定和周期檢定均參照JJG1037-2008，其主要存在以下問題：
?。?）參照一、2中對JJG1037-2008的看法，這樣做忽略了天然氣計量是一個多參數(shù)測量的本質，未定義溫度、壓力等參數(shù)的準確度要求。
?。?）電子式氣體渦輪流量計在生產(chǎn)過程中，其內(nèi)置的溫度、壓力傳感器應該是經(jīng)過分別檢驗合格之后安裝到表體上的。但考慮其溫度、壓力傳感器需要在不同的溫度及壓力條件下進行檢定，而電子式氣體渦輪流量計溫度、壓力傳感器為內(nèi)置的，無法拆開，從目前渦輪流量計的第三方檢定機構的現(xiàn)有檢測能力看，帶壓或全溫度范圍的渦輪流量計檢定是不可能實現(xiàn)的。
從實際的第三方標定和周期檢定的情況來看，電子式氣體渦輪流量計的檢定和純機械的氣體渦輪流量計的檢定基本相同，所檢測的參數(shù)和項目也基本一致，即僅檢測電子表頭輸出的工況流量的準確度，無法實現(xiàn)其他參數(shù)測量準確度的檢測。即在電子式氣體渦輪流量計的使用過程中，除工況流量之外的溫度、壓力等參數(shù)的測量準確度基本處于無法控制的狀態(tài)，所以貿(mào)易交接用的基準狀態(tài)下氣體體積量的準確度也不完全可靠。
同時，由于受制造工藝、生產(chǎn)水平等因素的影響，電子式氣體渦輪流量計的機械部件線性較差，電子表頭輸出的表征工況流量的輸出信號多是經(jīng)過非線性誤差修正過的，其產(chǎn)品使用一段時間后，誤差漂移非常明顯。
2.機械式氣體渦輪流量計的檢定
由于機械式氣體渦輪流量計需要和體積修正儀組成完整的天然氣計量系統(tǒng)，所以機械式氣體渦輪流量計的檢定需要和體積修正儀一起考慮。
但由于體積修正儀不屬于計量器具（考慮到體積修正儀暫未列入計量器具型式檢定目錄，這種說法不合理但合法），一般不建議客戶送體積修正儀進行第三方檢定。但部分客戶堅持提出體積修正儀也要送第三方檢定（這種要求合理不合法），一般送檢參考JJG1003-2005《流量積算儀》檢定規(guī)程。關于JJG1003-2005，筆者在此也提幾點看法，供大家一起討論：
?。?）單從流量積算儀這個產(chǎn)品來說，JJG1003-2005沒有任何問題。
（2）JJG1003-2005規(guī)定的流量積算儀僅定義一個信號采集、計算、存儲、顯示的儀表，本身未定義任何類型變送器需要達到的準確度。
?。?）一般來說，體積修正儀都自帶溫度、壓力傳感器，JJG1003-2005卻未對體積修正儀自帶的溫度、壓力變送器的準確度進行要求。
?。?）從嚴格意義上來說，JJG1003-2005不能作為體積修正儀的檢定依據(jù)。
針對體積修正儀標準不健全的現(xiàn)狀，體積修正儀的生產(chǎn)廠家都會對體積修正儀的準確度有內(nèi)控的指標及檢定方法。
儀表參數(shù)
1.基本參數(shù)
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執(zhí)行標準
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封閉式管道中氣體流量的測量—氣體渦輪流量計（GB/T8940-2003）
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儀表口徑及連接方式
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25、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300采用法蘭連接
25、40、50可采用螺紋連接
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精度等級
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±1.5%R（±1%R需特制）*
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量程比
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1:10；1:20；1:30
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儀表材質
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表體：304不銹鋼或鑄鋁；葉輪：防腐ABS或優(yōu)質鋁合金；轉換器：鑄鋁
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使用條件
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介質溫度：-20℃～+80℃ 環(huán)境溫度：-30℃~+60℃
相對濕度：5%～90% 大氣壓力：86～106KPa
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工作電源
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A.外電源：+24VDC±15%，紋波≤±5%，適用于4-20mA輸出、脈沖輸出、RS485等
B.內(nèi)電源：1組3.0V10AH鋰電池，電池電壓在2.0V~3.0V時均可正常工作。
當電壓低于2.0時出現(xiàn)欠壓指示。
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整機功耗
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A.外電源：＜1W；
B.內(nèi)電源：平均功耗≤1W，可聯(lián)系使用三年以上。
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輸出信號功能
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脈沖信號①、4 ~ 20mADC電流信號②、控制信號③
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通訊輸出功能
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RS485通訊④
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實時記錄功能⑤
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起停記錄、日記錄、定時間間隔記錄
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信號線接口
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內(nèi)螺紋M20×1.5或其他
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防爆等級
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ExdIIBT6或ExdIICT4
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防護等級
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IP65
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2.流量范圍及性能指標
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公稱通徑
(mm)
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型號
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標準量程
（m3/h）
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擴展量程
（m3/h）
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耐壓等級
（MPa）
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特制高壓等級
（MPa）
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安裝方式
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DN25
|
LWQ-25□
|
S
|
2.5-25
|
W
|
4-40
|
1.6
|
2.5,4.0
|
法蘭（螺紋）
|
|
DN40
|
LWQ-40□
|
S
|
5-50
|
W
|
6-60
|
1.6
|
2.5,4.0
|
法蘭（螺紋）
|
|
DN50
|
LWQ-50□
|
S1
|
6-65
|
W1
|
5-70
|
1.6
|
2.5,4.0
|
法蘭
|
|
S2
|
10-100
|
W2
|
8-100
|
|
DN65
|
LWQ-65□
|
S
|
15-200
|
W
|
10-200
|
1.6
|
2.5,4.0
|
法蘭
|
|
DN80
|
LWQ-80□
|
S1
|
13-250
|
W
|
10-160
|
1.6
|
2.5,4.0
|
法蘭
|
|
S2
|
20-400
|
|
DN100
|
LWQ-100□
|
S1
|
20-400
|
W
|
13-250
|
1.6
|
2.5
|
法蘭
|
|
S2
|
32-650
|
|
DN125
|
LWQ-125□
|
S
|
20-800
|
W
|
20-800
|
1.6
|
2.5
|
法蘭
|
|
DN150
|
LWQ-150□
|
S1
|
32-650
|
W
|
80-1600
|
1.6
|
2.5
|
法蘭
|
|
S2
|
50-1000
|
50-1200
|
|
DN200
|
LWQ-200□
|
S1
|
150-2000
|
W
|
50-1000
|
1.6
|
——
|
法蘭
|
|
S2
|
130-2500
|
|
DN250
|
LWQ-250□
|
S1
|
130-2500
|
W
|
80-1600
|
1.6
|
——
|
法蘭
|
|
S2
|
200-4000
|
|
DN300
|
LWQ-300□
|
S
|
200-4000
|
W1
|
130-2500
|
1.6
|
——
|
法蘭
|
儀表選型
|
型號
|
說明
|
|
LWQ—
|
□
|
/□
|
/□
|
/□
|
/□
|
/□
|
/□
|
/□
|
|
儀表類型
|
N
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|
|
|
|
|
|
|
傳感器型：+12V或24V供電，輸出三線制脈沖信號
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|
A
|
變送器型：+24V供電，輸出二線制4～20mA
|
|
B
|
智能型：鋰電池供電，現(xiàn)場顯示無信號輸出
|
|
C
|
智能型：+24V供電，現(xiàn)場顯示并輸出二線制4～20mA
|
|
D1
|
全智能型：溫壓補償一體化，現(xiàn)場顯示并遠傳信號（方形轉換器）
|
|
D2
|
全智能型：溫壓補償一體化，現(xiàn)場顯示并遠傳信號（圓形轉換器）
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公稱通徑
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25
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DN25mm
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|
40
|
DN40mm
|
|
50
|
DN50mm
|
|
65
|
DN65mm
|
|
80
|
DN80mm
|
|
100
|
DN100mm
|
|
125
|
DN125mm
|
|
150
|
DN150mm
|
|
200
|
DN200mm
|
|
250
|
DN250mm
|
|
300
|
DN300mm
|
|
量程范圍
|
W(x)
|
擴展量程范圍，請參照Px頁表2選擇
|
|
S(x)
|
標準量程范圍，請參照Px頁表2選擇
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|
表體材質
|
S
|
不銹鋼
|
|
L
|
鋁合金
|
|
機芯材質
|
S
|
防腐ABS
|
|
L
|
鋁合金
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防爆等級
|
N
|
不防爆
|
|
E1
|
ExdIICT4
|
|
E2
|
ExdIIBT6
|
|
耐壓等級
|
N
|
常規(guī)
|
|
H（X）
|
高壓參照表2
|
|
精度等級
|
N
|
常規(guī)型，1.5級
|
|
G（X）
|
客戶指定精度1.0級，0.75級等
|
然氣渦輪流量計的溫度補償電阻
天然氣渦輪流量計的冷線溫度起到參考標準作用，使進氣溫度的變化不會影響其測量精度，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域。
天然氣渦輪流量計的溫度補償電阻，當熱線式天然氣渦輪流量計工作時，控制電路向冷線提供的電流使冷線溫度始終低于熱線溫度100℃。這樣冷線溫度起到參考標準作用，使進氣溫度的變化不會影響熱線式天然氣渦輪流量計的測量精度。溫度補償電阻，負溫度系數(shù)的電阻（冷線）；精密電阻，該電阻上的電壓即為傳感器的輸出信號電壓；電橋電阻，安裝在控制線路板上。以上電阻和熱絲電阻RH共同構成惠斯頓電橋的四個臂。
天然氣渦輪流量計的兩種測量方式區(qū)別
旁通測量方法與干流測量方法的首要區(qū)別是，它把鉑金熱線和抵償電阻（冷線）裝置在旁通空氣道上。熱線和溫度抵償電阻用鉑線纏繞在陶瓷螺旋管上。在進氣道上放置一熱線RH，當空氣流經(jīng)熱線時，熱線的熱量被空氣帶走，使其冷卻。熱線周圍流過的空氣質量越大，被帶走的熱量越多。天然氣渦輪流量計即是使用熱線與空氣之間的熱傳遞景象，進行空氣質量流量測定的。鉑金絲由控制電路供給的電流加熱到120℃左右，為解決進氣溫度改變使熱線溫度發(fā)生改變而影響進氣量的測量精度，所以在熱線鄰近安置一根溫度抵償電阻。該電阻被安置在進氣口一側，所以又稱之為冷線，它的電阻也隨進氣溫度改變而改變。當空氣質量增大時，因為空氣帶走的熱量增多，為堅持熱線溫度，集成電路應使熱線式氣體流量傳感器作業(yè)安穩(wěn)。
鉑金絲由控制電路提供的電流加熱到120℃左右，為解決進氣溫度變化使熱線溫度發(fā)生變化而影響進氣量的測量精度，所以在熱線附近安置一根溫度補償電阻。
相關產(chǎn)品：
三、結束語：
通過上述對氣體渦輪流量計產(chǎn)品標準、檢定及使用過程的問題分析，可以明顯地看出機械式氣體渦輪流量計不僅在技術上處于比較的地位，在實際使用過程中也存在無可比擬的優(yōu)勢。
目前，國內(nèi)市場上氣體渦輪流量計基本上是均分天下的局面，但不少燃氣公司已經(jīng)注意到電子式體積修正儀存在的問題，在采購的過程中逐步傾向于使用機械式氣體渦輪流量計+體積修正儀組成的天然氣計量系統(tǒng)。
針對目前的現(xiàn)狀，建議由標準及檢定規(guī)程的制定部門召集市場上比較有技術實力的廠家，共同對相關的標準和檢定規(guī)程進行修訂，進一步完善天然氣計量標準體系，使之更為貼近國際標準。從源頭上促進國產(chǎn)流量計生產(chǎn)技術水平的提升，淘汰市場上質量低劣、以次充好的產(chǎn)品，實現(xiàn)由中國制造到中國創(chuàng)造的跨越。
