分界流量在氣體渦輪流量計(jì)選型中的應(yīng)用
1、概述：
自GB/T21391 2008《用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量》開始實(shí)施以來，氣體渦輪流量計(jì)在天然氣工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。渦輪流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，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(dá)Y min:Qmaz=1:50)，重復(fù)性好，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于石油、化工、工業(yè)鍋爐、燃?xì)庹{(diào)壓站、天然氣輸配氣管網(wǎng)、城市燃?xì)獾阮I(lǐng)域，且被廣泛使用于貿(mào)易計(jì)量。在歐洲和美國渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)之后的第二個法定天然氣流量計(jì)，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(jì)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也十分完備。
在我國現(xiàn)行有效的氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，對渦輪流量計(jì)的計(jì)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(biāo)準(zhǔn)不可避免地都涉及到分界流量。不同的氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)是設(shè)計(jì)者、使用者應(yīng)該關(guān)注的問題。
2、現(xiàn)行氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)有GB21391-2008《用氣體渦輪流量計(jì)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(jì)》、JJG1037-2008((渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》，在以上三個標(biāo)準(zhǔn)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(jì)測量天：
然氣流量》 在GB21391-2008《用氣體渦輪流量計(jì)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(kuò)展誤差限的流量值。標(biāo)準(zhǔn)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(jì)的***小流量和***大流量之比。該標(biāo)準(zhǔn)中對渦輪流量計(jì)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(jì)》：
在GB/T18940-2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計(jì)》中沒有明確定義分界流量，僅在標(biāo)準(zhǔn)第8.1條規(guī)定:所有流量計(jì)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(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為0.2qm。是氣體渦輪流量計(jì)***大允許誤差的分界點(diǎn)，即流量計(jì)的分界流量為0.2qm。
2.3、JJG1037 2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》：
JJG1037-2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》適用于液體渦輪流量計(jì)和氣體的渦輪流量計(jì)的檢定，該標(biāo)準(zhǔn)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(jì)在規(guī)定的流量范圍內(nèi)準(zhǔn)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(zhǔn)確度等級高于0.5級的渦輪流量計(jì)，不設(shè)分界流量，在天然氣貿(mào)易計(jì)量中常用的準(zhǔn)確度等級等于或低于0.5級的渦輪流量計(jì)，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(diǎn)，且分界流量和流量計(jì)的量程比也有緊密聯(lián)系。
從以上三個渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程分界流量的界定可知，流量計(jì)的分界流量屬于人為的劃分，其目的是為了擴(kuò)大渦輪流量計(jì)的量程比，同時又不讓***小流量偏離線性區(qū)太遠(yuǎn)，因此流量計(jì)的分界流量對渦輪流量計(jì)***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(jì)選型中的應(yīng)用：
渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)時，為確保流量計(jì)的***大允許誤差滿足GB/T18603 2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》表B.1不同等級的計(jì)量系統(tǒng)中準(zhǔn)確度等級的要求，需要考慮流量計(jì)在分界流量以下范圍運(yùn)行時流量計(jì)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(jì)初次選型：
某配氣站設(shè)計(jì)能力(標(biāo)準(zhǔn)參比條件)達(dá)到A級計(jì)量系統(tǒng)的要求，根據(jù)GBIT18603-2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》附錄B.1，計(jì)量系統(tǒng)需要配備準(zhǔn)確度等級1.0級的流量計(jì)才可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
該配氣站在標(biāo)準(zhǔn)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(jì)用來計(jì)量全量程流量，***終采用計(jì)量系統(tǒng)多路并聯(lián)分段計(jì)量的方式。根據(jù)來氣壓力、溫度、組分，計(jì)算出流量計(jì)在工作條件下的計(jì)量范圍為100一3400m3/h。設(shè)計(jì)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(jì)，其計(jì)量范圍是32一650m3/h，其中一套做備用流量計(jì)(此處暫不涉及大流量情況)。
由表1可知，流量計(jì)在分界流量至***大流量之間時(qt≤q≤qmax)精度等級可達(dá)到1.0級，在***小流量和分界流量之間時(qmin＜q＜q1)流量計(jì)的精度等級降低至2.0級。選擇的兩套渦輪流量計(jì)量程比同為1:20，根據(jù)表2可以得出:
q1=0.20qmax計(jì)算得出該流量計(jì)的分界流量值為:
qt=130m³/h 流量計(jì)在工作條件下的計(jì)量范圍為1003400m3/h，則流量計(jì)存在著在用氣量較低值和分界流量(100一130m3/h)范圍運(yùn)行的時間段。流量計(jì)在分界流量以下范圍運(yùn)行，精度等級只能保證在2.0級，無法達(dá)到精度等級1.0級的要求，不滿足GB/T18603-2014《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》對A級計(jì)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(jì)選型無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的問題，設(shè)計(jì)者需要重新考慮流量計(jì)的選型。
3.2、流量計(jì)二次選型:
查看流量計(jì)的選型數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，DN100渦輪流量計(jì)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(jì)在分界流量至***大流量之間(qt}q}qm})都可達(dá)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(jì)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(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)要求，又能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求的渦輪流量計(jì)。
在此次小流量范圍的流量計(jì)選型中如果將量程比為1:20的渦輪流量計(jì)64.00(32-650)m'/h換為量程比為1:30的渦輪流量計(jì)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(jì)可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 根據(jù)表2，選用量程比為1:30的渦輪流量計(jì)后分界流量為:
qt=0.lsqmux 計(jì)算得出此時流量計(jì)的分界流量值為:
q,=97.5m3/h 流量計(jì)經(jīng)過重新選型后的流量計(jì)分界流量值由原來的130m3/h降低至97.5m3/h，此時流量計(jì)計(jì)量范圍既可以覆蓋用戶小流量用氣，也可以滿足標(biāo)準(zhǔn)對A級計(jì)量系統(tǒng)的規(guī)定，在用戶***小用氣量100m'/h以上時流量計(jì)精度等級可達(dá)到1.0級。
而且，選擇量程比為1:30的渦輪流量計(jì)后流量計(jì)的起步流量由32m3/h降低至20m3/h，起步流量計(jì)更低，更有利于流量計(jì)在小流量范圍的準(zhǔn)確計(jì)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(jì)與量程比為1:30的渦輪流量計(jì)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(jì)遠(yuǎn)較選擇量程比為1:20的流量計(jì)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(jì)初次選型失敗，根據(jù)流量計(jì)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(jì)換為量程比1:30的流量計(jì)，成功地在保證計(jì)量精度的前提下降低了流量計(jì)的分界流量數(shù)值，符合了標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)大流量計(jì)的測量范圍，還可以降低流量計(jì)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(jì)時分界流量能得到更多關(guān)注。
(3)對速度式流量計(jì)而言，不論是渦輪流量計(jì)還是超聲流量計(jì)都涉及到分界流量，因此在流量計(jì)選型時應(yīng)充分考慮、利用分界流量，使得流量計(jì)的能力在現(xiàn)場實(shí)踐中能得到充分發(fā)揮。