分界流量在氣體渦輪流量計選型中的應(yīng)用
1、概述：
自GB/T21391 2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》開始實施以來，氣體渦輪流量計在天然氣工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。渦輪流量計是一種速度式流量計，具有精度高(現(xiàn)多為0.5級或1.0級)，結(jié)構(gòu)簡單，耐壓高，量程比大(一般量程比Qmin:Ymax-1:10，***大可達Y min:Qmaz=1:50)，重復(fù)性好，維修方便等優(yōu)點。它廣泛應(yīng)用于石油、化工、工業(yè)鍋爐、燃氣調(diào)壓站、天然氣輸配氣管網(wǎng)、城市燃氣等領(lǐng)域，且被廣泛使用于貿(mào)易計量。在歐洲和美國渦輪流量計是繼孔板流量計之后的第二個法定天然氣流量計，已經(jīng)發(fā)展為多品種、多規(guī)格、批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計，標準規(guī)范也十分完備。
在我國現(xiàn)行有效的氣體渦輪流量計標準中，對渦輪流量計的計量性能技術(shù)要求是量程范圍內(nèi)高區(qū)和低區(qū)的***大允許誤差要有所區(qū)別，因此標準不可避免地都涉及到分界流量。不同的氣體渦輪流量計標準對分界流量的定義和規(guī)定有所不同，如何利用分界流量選擇合適的流量計是設(shè)計者、使用者應(yīng)該關(guān)注的問題。
2、現(xiàn)行氣體渦輪流量計標準中關(guān)于分界流量的規(guī)定：
我國現(xiàn)行有效的的氣體渦輪流量計標準有GB21391-2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》、GB/T18940-2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計》、JJG1037-2008((渦輪流量計檢定規(guī)程》，在以上三個標準中對分界流量的規(guī)定分別如下。
2.1、GB21391 2008((用氣體渦輪流量計測量天：
然氣流量》 在GB21391-2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》對分界流量9，有明確的定義，即低于該流量要采用擴展誤差限的流量值。標準第5.2條從***大允許誤差和量程比兩方面對分界流量做出了規(guī)定，且明確了量程比是在***大允許誤差范圍內(nèi)流量計的***小流量和***大流量之比。該標準中對渦輪流量計要求的***大允許誤差如表1所示，量程比與分界流量9，的關(guān)系如表2所示。
表1***大允許誤差
表2分界流量q1
2.2、GB/T18940-2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計》：
在GB/T18940-2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計》中沒有明確定義分界流量，僅在標準第8.1條規(guī)定:所有流量計在其指定的流量范圍內(nèi)，***大允許誤差應(yīng)為士1%。當(dāng)***小流量9m ,小于0.2q,U、時，在qmin 0.2q,a、范圍內(nèi)的***大允許誤差為士2%。這表明該標準認為0.2qm。是氣體渦輪流量計***大允許誤差的分界點，即流量計的分界流量為0.2qm。
2.3、JJG1037 2008《渦輪流量計檢定規(guī)程》：
JJG1037-2008《渦輪流量計檢定規(guī)程》適用于液體渦輪流量計和氣體的渦輪流量計的檢定，該標準對分界流量9:也有明確的定義，即在***大流量和***小流量之間的流量值，它將流量范圍分害J成***大允許誤差的不同的兩個區(qū)，即“高區(qū)”和“低區(qū)”。規(guī)程第5.1.1條規(guī)定:氣體渦輪流量計在規(guī)定的流量范圍內(nèi)準確度等級、***大允許誤差應(yīng)符合表3的規(guī)定，對分界流量9。的規(guī)定如表4所示。
從表3、表4可知，準確度等級高于0.5級的渦輪流量計，不設(shè)分界流量，在天然氣貿(mào)易計量中常用的準確度等級等于或低于0.5級的渦輪流量計，均采用分界流量分段處理，可根據(jù)分界流量判斷***大允許誤差的突變點，且分界流量和流量計的量程比也有緊密聯(lián)系。
從以上三個渦輪流量計標準和規(guī)程分界流量的界定可知，流量計的分界流量屬于人為的劃分，其目的是為了擴大渦輪流量計的量程比，同時又不讓***小流量偏離線性區(qū)太遠，因此流量計的分界流量對渦輪流量計***大允許誤差的判定有著關(guān)鍵性的影響。
3、分界流量在流量計選型中的應(yīng)用：
渦輪流量計的分界流量和量程比、***大允許誤差有著緊密的關(guān)系，使得在選用渦輪流量計時分界流量起著至關(guān)重要的作用。例如，在選用渦輪流量計時，為確保流量計的***大允許誤差滿足GB/T18603 2014《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》表B.1不同等級的計量系統(tǒng)中準確度等級的要求，需要考慮流量計在分界流量以下范圍運行時流量計的允許誤差。通過以下案例，讀者更容易理解分界流量的重要性。
3.1、配氣站流量計初次選型：
某配氣站設(shè)計能力(標準參比條件)達到A級計量系統(tǒng)的要求，根據(jù)GBIT18603-2014《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》附錄B.1，計量系統(tǒng)需要配備準確度等級1.0級的流量計才可滿足標準要求。
該配氣站在標準參比條件下的來氣量為450-7.5x104Nm3/h，流量量程比為1:167，量程比過大，無法選擇單量計用來計量全量程流量，***終采用計量系統(tǒng)多路并聯(lián)分段計量的方式。根據(jù)來氣壓力、溫度、組分，計算出流量計在工作條件下的計量范圍為100一3400m3/h。設(shè)計者考慮在小流量范圍時選擇兩套精度等級為1.0級、口徑為DN100、規(guī)格為6400的渦輪流量計，其計量范圍是32一650m3/h，其中一套做備用流量計(此處暫不涉及大流量情況)。
由表1可知，流量計在分界流量至***大流量之間時(qt≤q≤qmax)精度等級可達到1.0級，在***小流量和分界流量之間時(qmin＜q＜q1)流量計的精度等級降低至2.0級。選擇的兩套渦輪流量計量程比同為1:20，根據(jù)表2可以得出:
q1=0.20qmax計算得出該流量計的分界流量值為:
qt=130m³/h 流量計在工作條件下的計量范圍為1003400m3/h，則流量計存在著在用氣量較低值和分界流量(100一130m3/h)范圍運行的時間段。流量計在分界流量以下范圍運行，精度等級只能保證在2.0級，無法達到精度等級1.0級的要求，不滿足GB/T18603-2014《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》對A級計量系統(tǒng)的規(guī)定。 此時出現(xiàn)分界流量高于用戶用氣量較低值而導(dǎo)致流量計選型無法滿足標準要求的問題，設(shè)計者需要重新考慮流量計的選型。
3.2、流量計二次選型:
查看流量計的選型數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，DN100渦輪流量計有三類6160,G250,G400，其流量范圍分別為:G160(13一250)m'/h、6250(13/20一400)m3/h、6400(20/32一650)m3/h。此三類流量計在分界流量至***大流量之間(qt}q}qm})都可達到精度等級為1.0級的要求。其中規(guī)格為6250和6400的渦輪流量計除量程比為1:20的常用規(guī)格外，還有量程比為1:30的規(guī)格，此時這兩類流量計的流量范圍分別為13一400m3/h,G400(20一650)m3/h.
根據(jù)表2、表4可知，渦輪流量計在量程比為1:30時，分界流量為0.15qm}，因此從此處著手，可以重新選擇既符合標準要求，又能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求的渦輪流量計。
在此次小流量范圍的流量計選型中如果將量程比為1:20的渦輪流量計64.00(32-650)m'/h換為量程比為1:30的渦輪流量計6400(20650)m3/h，其分界流量q}將由0.20qm}降低至0.15q ,eX，可大幅度地降低分界流量值，使得重新選型后的流量計可滿足標準要求。 根據(jù)表2，選用量程比為1:30的渦輪流量計后分界流量為:
qt=0.lsqmux 計算得出此時流量計的分界流量值為:
q,=97.5m3/h 流量計經(jīng)過重新選型后的流量計分界流量值由原來的130m3/h降低至97.5m3/h，此時流量計計量范圍既可以覆蓋用戶小流量用氣，也可以滿足標準對A級計量系統(tǒng)的規(guī)定，在用戶***小用氣量100m'/h以上時流量計精度等級可達到1.0級。
而且，選擇量程比為1:30的渦輪流量計后流量計的起步流量由32m3/h降低至20m3/h，起步流量計更低，更有利于流量計在小流量范圍的準確計量。
3.3、價格的差別:
通過生產(chǎn)廠家了解到，在相同口徑、相同壓力等級的條件下，量程比為1:20的渦輪流量計與量程比為1:30的渦輪流量計價格相差無幾。從用戶角度而言，選擇量程比為1;30的流量計遠較選擇量程比為1:20的流量計更能解決問題，更值得投資。
4、結(jié)束語：
針對該配氣站流量計初次選型失敗，根據(jù)流量計的分界流量與量程比、***大允許誤差之間的緊密關(guān)系，將量程比1:20流量計換為量程比1:30的流量計，成功地在保證計量精度的前提下降低了流量計的分界流量數(shù)值，符合了標準要求。
(1)通過案例，可以了解到合理地利用分界流量，不僅可以擴大流量計的測量范圍，還可以降低流量計的起步流量。
(2)通過案例，可以充分了解到分界流量的重要性，分界流量和量程比、***大允許誤差之間的緊密關(guān)系，使得在選用渦輪流量計時分界流量能得到更多關(guān)注。
(3)對速度式流量計而言，不論是渦輪流量計還是超聲流量計都涉及到分界流量，因此在流量計選型時應(yīng)充分考慮、利用分界流量，使得流量計的能力在現(xiàn)場實踐中能得到充分發(fā)揮。