氣體渦輪流量計標準中關于分界流量的規(guī)定與選型應用
點擊次數：5066 發(fā)布時間：2021-01-13 17:44:23
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)，結構簡單，耐壓高,量程比大(一般量程比Qmin:Qmx=1:10，*大可達Qmn:Qmx=1:50)，重復性好，維修方便等優(yōu)點。它廣:泛應用于石油、化工、工業(yè)鍋爐、燃氣調壓站、天然氣輸配氣管網、城市燃氣等領域，且被廣泛使用于貿易計量。在歐洲和美國渦輪流量計是繼孔板流量計之后的*二個法定天然氣流量計，已經發(fā)展為多品種、多規(guī)格、批量生產規(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要求是量程范圍內高區(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計者、使用者應該關注的問題。
2 現(xiàn)行氣體渦輪流量計標準中關于分界流量的規(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q,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*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q,的關系如表2所示。
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*8.1條規(guī)定:所有流量計在其指定的流量范圍內，*大允許誤差應為土1%。當*小.流量9min小于0.2qmx時，在9min~0.2qmx范圍內的*大允許誤差為土2%。這表明該標準認為0.2qmx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0.2qmex。
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q.也有明確的定義，即在*大流量和*小流量之間的流量值，它將流量范圍分割成*大允許誤差的不同的兩個區(qū)，即“高區(qū)”和“低區(qū)”。規(guī)程*5.1.1條規(guī)定:氣體渦輪流量計在規(guī)定的流量范圍內準確度等級、*大允許誤差應符合表3的規(guī)定，對分界流量q,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，不設分界流量，在天然氣貿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鍵性的影響。
3 分界流量在流量計選型中的應用
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系，使得在選用渦輪流量計時分界流量起著至關重要的作用。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
某配氣站設計能力(標準參比條件)達到A級計量系統(tǒng)的要求，根據GB/T18603-2014《天然氣計量系統(tǒng)技術要求》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450~7.5x10*Nm'/h，流量量程比為1:167，量程比過大，無法選擇單--流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100~3400m'/h。設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G400的渦輪流量計，其計量范圍是32~650m'/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(q,≤q≤qmx)精度等級可達到1.0級，在*小流量和分界流量之間時(qmin≤q
計算得出該流量計的分界流量值為:
q1=130m3/h
流量計在工作條件下的計量范圍為100~3400m'/h,則流量計存在著在用氣量*低值和分界流量(100~130m'/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*低值而導致流量計選型無法滿足標準要求的問題，設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據發(fā)現(xiàn)，DN100渦輪流量計有三類G160、G250、G400,其流量范圍分別為:G160(13~250)m3/h、G250(13/20~400)m3/h、G400(20/32~650)m'/h。此三類流量計在分界流量至*大流量之間(q,≤q≤qmx)都可達到精度等級為1.0級的要求。其中規(guī)格為G250和G400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13~400m'/h、G400(20~650)m3/h。
根據表2、表4可知，渦輪流量計在量程比為1:30時，分界流量為0.15qmx，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G400(32~650)m'/h換為量程比為1:30的渦輪流量計G400(20~650)m3/h，其分界流量q,將由0.20qmax降低至0.15qmax，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。
根據表2，選用量程比為1:30的渦輪流量計后分界流量為:
qt=0.15qmax
計算得出該流量計的分界流量值為:
q1=97.5m3/h
流量計經過重新選型后的流量計分界流量值由原來的130m'/h降低至97.5m'/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100m3/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20m'/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 結束語
針對該配氣站流量計初次選型失敗，根據流量計的分界流量與量程比、*大允許誤差之間的緊密關系，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系，使得在選用渦輪流量計時分界流量能得到更多關注。
(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。
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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)，結構簡單，耐壓高,量程比大(一般量程比Qmin:Qmx=1:10，*大可達Qmn:Qmx=1:50)，重復性好，維修方便等優(yōu)點。它廣:泛應用于石油、化工、工業(yè)鍋爐、燃氣調壓站、天然氣輸配氣管網、城市燃氣等領域，且被廣泛使用于貿易計量。在歐洲和美國渦輪流量計是繼孔板流量計之后的*二個法定天然氣流量計，已經發(fā)展為多品種、多規(guī)格、批量生產規(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要求是量程范圍內高區(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計者、使用者應該關注的問題。
2 現(xiàn)行氣體渦輪流量計標準中關于分界流量的規(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q,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*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q,的關系如表2所示。
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*8.1條規(guī)定:所有流量計在其指定的流量范圍內，*大允許誤差應為土1%。當*小.流量9min小于0.2qmx時，在9min~0.2qmx范圍內的*大允許誤差為土2%。這表明該標準認為0.2qmx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0.2qmex。
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q.也有明確的定義，即在*大流量和*小流量之間的流量值，它將流量范圍分割成*大允許誤差的不同的兩個區(qū)，即“高區(qū)”和“低區(qū)”。規(guī)程*5.1.1條規(guī)定:氣體渦輪流量計在規(guī)定的流量范圍內準確度等級、*大允許誤差應符合表3的規(guī)定，對分界流量q,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，不設分界流量，在天然氣貿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鍵性的影響。
3 分界流量在流量計選型中的應用
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系，使得在選用渦輪流量計時分界流量起著至關重要的作用。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
某配氣站設計能力(標準參比條件)達到A級計量系統(tǒng)的要求，根據GB/T18603-2014《天然氣計量系統(tǒng)技術要求》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450~7.5x10*Nm'/h，流量量程比為1:167，量程比過大，無法選擇單--流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100~3400m'/h。設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G400的渦輪流量計，其計量范圍是32~650m'/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(q,≤q≤qmx)精度等級可達到1.0級，在*小流量和分界流量之間時(qmin≤q
計算得出該流量計的分界流量值為:
q1=130m3/h
流量計在工作條件下的計量范圍為100~3400m'/h,則流量計存在著在用氣量*低值和分界流量(100~130m'/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*低值而導致流量計選型無法滿足標準要求的問題，設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據發(fā)現(xiàn)，DN100渦輪流量計有三類G160、G250、G400,其流量范圍分別為:G160(13~250)m3/h、G250(13/20~400)m3/h、G400(20/32~650)m'/h。此三類流量計在分界流量至*大流量之間(q,≤q≤qmx)都可達到精度等級為1.0級的要求。其中規(guī)格為G250和G400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13~400m'/h、G400(20~650)m3/h。
根據表2、表4可知，渦輪流量計在量程比為1:30時，分界流量為0.15qmx，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G400(32~650)m'/h換為量程比為1:30的渦輪流量計G400(20~650)m3/h，其分界流量q,將由0.20qmax降低至0.15qmax，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。
根據表2，選用量程比為1:30的渦輪流量計后分界流量為:
qt=0.15qmax
計算得出該流量計的分界流量值為:
q1=97.5m3/h
流量計經過重新選型后的流量計分界流量值由原來的130m'/h降低至97.5m'/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100m3/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20m'/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 結束語
針對該配氣站流量計初次選型失敗，根據流量計的分界流量與量程比、*大允許誤差之間的緊密關系，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系，使得在選用渦輪流量計時分界流量能得到更多關注。
(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。