對(duì)改善能源三氣計(jì)量手段的探討
鑒于孔板計(jì)量的嚴(yán)重弊病，隨著流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，近十幾年來(lái)，若干新型或改進(jìn)型流量測(cè)量?jī)x表已陸續(xù)進(jìn)入了三氣測(cè)量領(lǐng)域。然而，由于三氣計(jì)量條件的特殊性，也由于這些儀表計(jì)量與使用性能的局限性，雖然它們?cè)谀承┯?jì)量場(chǎng)合也取得了較好的計(jì)量效果，但就三氣測(cè)量領(lǐng)域而言，“孔板唱主角戲”的局面一直未能改變。去年大連索尼卡公司推出了一種內(nèi)文丘里管流量計(jì)，它的測(cè)量原理與應(yīng)用實(shí)踐表明，這種新一代差壓式流量計(jì)，完全克服了孔板計(jì)量的種種弊病，對(duì)三氣的計(jì)量條件具有很好的適應(yīng)性。下面就幾種可能取代孔板用于三氣計(jì)量的測(cè)量手段予以簡(jiǎn)要分析。
1、 熱（線(xiàn)）式氣體質(zhì)量流量計(jì)
恒溫差式氣體質(zhì)量流量計(jì)，從原理上講可以用于各種氣體，包括煤氣、天然氣的流量測(cè)量，但實(shí)際它只適宜測(cè)量工況穩(wěn)定、干燥的清潔氣體，特別不適宜測(cè)量臟污和高含濕氣體。
首先，測(cè)量原理決定了，被測(cè)介質(zhì)的熱物性差異，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響極大。為此儀表需用實(shí)測(cè)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)際使用時(shí)，因被測(cè)介質(zhì)組分變化而造成的使用附加誤差在所難免，并難以定量評(píng)估。
其次，它不適宜測(cè)量臟污氣體，氣體中的含水不能太大，介質(zhì)中也絕對(duì)不能出現(xiàn)液體。如果在實(shí)測(cè)氣流中一旦出現(xiàn)有可能將探頭敏感元件糊住的糊狀物質(zhì)、特別是出現(xiàn)水滴或其他冷凝液，因介質(zhì)對(duì)敏感元件冷卻效應(yīng)的驟然變化，將造成難以估量的測(cè)量誤差，甚至使儀表無(wú)法正常工作。
再次，傳感器直接測(cè)出的是管道內(nèi)某一點(diǎn)或某幾點(diǎn)位置上的氣體流速，將其換算成管內(nèi)流體的流量時(shí)，與管內(nèi)氣體的流速分布狀況有關(guān)——取決于雷諾數(shù)和管壁粗糙度，如采用固定不變的計(jì)算因子，由此而帶來(lái)的誤差也是在所難免的。
2、 阿紐巴流量計(jì)
阿紐巴（也稱(chēng)均速管還有其它名稱(chēng)）流量計(jì)的測(cè)量原理與測(cè)速畢托管完全相同，是實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量的畢托管，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便、壓損小，用于大管徑測(cè)量時(shí)，相對(duì)價(jià)格便宜，除用于測(cè)量水，也用于測(cè)量氣體和蒸汽。
阿紐巴的測(cè)量原理及流量計(jì)算方法，決定了它不可能有理想的測(cè)量準(zhǔn)確度（流量系數(shù)不確定度為1%），工況條件變化較大時(shí)，實(shí)際測(cè)量誤差會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)標(biāo)定值。流體對(duì)迎面取壓孔的邊緣磨損也會(huì)使流量系數(shù)逐漸發(fā)生改變，這與孔板銳邊磨蝕相似，造成性能不穩(wěn)定。測(cè)量臟的氣體時(shí)，取壓孔容易堵塞，這不但使流出系數(shù)發(fā)生改變，有時(shí)還會(huì)難以正常工作。近年來(lái)改進(jìn)型的阿紐巴雖然在抗磨損、抗堵塞方面有了一定進(jìn)步，但仍難以從根本上解決問(wèn)題，焦?fàn)t煤氣和非潔凈天然氣等臟污氣體測(cè)量是絕對(duì)不宜使用的。阿紐巴只適用于測(cè)量介質(zhì)比較干凈、工況比較穩(wěn)定且勿需高準(zhǔn)確計(jì)量的場(chǎng)合。
3、 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)
旋進(jìn)旋渦式流量計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便，耐用并可測(cè)高含濕氣體和其他較臟污的氣體，但測(cè)量精度較低，不含溫度、壓力修正為1.5%左右。旋進(jìn)旋渦由于有螺旋形葉片構(gòu)成的起旋器，氣體流過(guò)起旋器造成的壓損太大，工況壓力低、對(duì)壓損要求較嚴(yán)的場(chǎng)合不便使用：其次測(cè)量的氣體流速不能太低，否則起旋器不能起動(dòng)會(huì)形成測(cè)量盲區(qū)（目前用于天然氣計(jì)量的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)就存在著小流量不計(jì)量的計(jì)量缺陷）。用于測(cè)量煤氣等臟污氣體時(shí)，污物有可能在起旋器中積垢和將振動(dòng)頻率檢測(cè)器糊住也是一個(gè)很大的問(wèn)題。
4、渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便，測(cè)量精度（不含溫度、壓力修正），液體為0.5-1%,氣體、蒸汽為1-1.5%,量程比較寬，一般為20：1，近幾年來(lái)渦街用于測(cè)量蒸汽，在DN200mm以下，發(fā)展較快，也有將其用于天然氣計(jì)量的。
渦街流量計(jì)使用的局限性主要有以下幾點(diǎn)：
（1） 受檢測(cè)原理限制，要求測(cè)量的流動(dòng)雷諾數(shù)下限較高，氣體流速一般應(yīng)大于4m/s，流速低了測(cè)量精度降低甚至?xí)斐尚×髁坎挥?jì)量。再有，在靠近強(qiáng)烈振動(dòng)場(chǎng)的環(huán)境下，工作可靠性也有問(wèn)題。
（2） 受檢測(cè)原理限制，測(cè)量管徑不能太大（大管徑在較低流速下，振動(dòng)旋渦頻率過(guò)低會(huì)造成頻率信號(hào)丟失，目前制造廠(chǎng)家成熟技術(shù)的產(chǎn)品，均在DN300mm以下），受信號(hào)檢測(cè)器耐溫能力限制，被測(cè)介質(zhì)溫度不能太高，宜在350℃以下。
（3） 不適宜測(cè)量煤氣、非潔凈天然氣等可能對(duì)頻率信號(hào)檢測(cè)器造成嚴(yán)重污染的臟污流體。
（4） 對(duì)入口管路直管段長(zhǎng)度的要求高（稍高于孔板的要求），達(dá)不到安裝條件則要產(chǎn)生較大的附加測(cè)量誤差。
5、氣體渦輪流量計(jì)
精密氣體渦輪流量計(jì)具有0.2-0.5%的測(cè)量精度，可用于各種清潔氣體，包括潔凈天然氣的計(jì)量，國(guó)外也有將其用于天然氣貿(mào)易結(jié)算計(jì)量的。
由于渦輪流量計(jì)的測(cè)量元件是轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，并使用了軸承，故要求所測(cè)流體必須潔凈，在使用過(guò)程中還應(yīng)勤于校準(zhǔn)。顯然，渦輪流量計(jì)用于非潔凈天然氣和煤氣的計(jì)量是不可行的，用于潔凈天然氣的計(jì)量時(shí)，必須保證氣體清潔，用于新開(kāi)通不久的天然氣管道時(shí)，因管路不干凈，渦輪流量計(jì)往往難以保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
6、氣體超聲波流量計(jì)
氣體超聲波流量計(jì)近幾年在國(guó)外有了較快的發(fā)展，并已開(kāi)始試用于中大管徑天然氣的貿(mào)易結(jié)算計(jì)量，我國(guó)對(duì)DN200mm-400mm的進(jìn)口氣體超聲流量計(jì)也有了少量的試用。中大口徑的多聲道氣體超聲流量計(jì)，精度可優(yōu)于0.5%，但價(jià)格過(guò)于昂貴，計(jì)量的可靠性也有待于實(shí)踐的檢驗(yàn)。較小口徑的單聲道氣體超聲流量計(jì)測(cè)量精度偏低，價(jià)格不便宜。
除價(jià)格問(wèn)題以外，氣體超聲流量計(jì)在使用條件上也有其局限性，主要是；
（1） 被測(cè)氣體必須清潔，保證不能對(duì)探頭造成污染，所以它不宜用作煤氣和非潔凈天然氣的計(jì)量。
（2） 被測(cè)氣體的密度及管內(nèi)操作壓力不能太低，。較大管徑時(shí)尤為如此，所以它也不宜用于低壓大管道氣體的計(jì)量。
（3） 在具有高頻振動(dòng)噪聲的場(chǎng)合，超聲流量計(jì)有時(shí)會(huì)不能正常工作。
綜上，從性能、價(jià)格兩方面考慮，在我國(guó)將多聲道氣體超聲流量計(jì)逐步地用于大管徑和較大管徑的清潔天然氣的貿(mào)易結(jié)算計(jì)量具有一定的現(xiàn)實(shí)性，但是要將其普遍用于天然氣的集輸與工業(yè)用氣計(jì)量則是不實(shí)現(xiàn)的。
7、 彎頭流量計(jì)
彎頭流量計(jì)又稱(chēng)彎管流量計(jì)，它是利用流體通過(guò)彎頭弧形通道時(shí)在彎頭外側(cè)半徑與內(nèi)側(cè)半徑之間形成的靜壓力差（差壓）與平均流速之間的定量關(guān)系而測(cè)量流體流量，因而也是一種差壓式流量計(jì)，多用于測(cè)量氣體。近幾年來(lái)在我國(guó)有了一定的發(fā)展。彎頭流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是測(cè)量精度低，流量系數(shù)不確定度一般為4%，且不宜測(cè)量低壓低流速流體。彎頭流量計(jì)測(cè)量精度低是由其測(cè)量原理決定的：流體在彎頭處的流場(chǎng)速度分布異常復(fù)雜，且易老化，流量系數(shù)對(duì)流動(dòng)雷諾數(shù)及管壁粗糙度的變化非常敏感，流體流入彎道前的非軸對(duì)稱(chēng)速度分布對(duì)流量系數(shù)的影響也遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)孔板。另外，用于測(cè)量氣體時(shí)，取壓截面上的密度變化如何修定，也是一個(gè)難以確切掌握的變量。對(duì)流量系數(shù)實(shí)流標(biāo)定并采用計(jì)算機(jī)軟件修正技術(shù)，可以提高彎頭流量計(jì)的測(cè)量精度，但是，除了雷諾數(shù)變化便于動(dòng)態(tài)修正以外，上述其它變量因素都很難用軟件的修正方法予以解決。從理論上說(shuō)，如用實(shí)測(cè)介質(zhì)在實(shí)測(cè)工況范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定實(shí)際測(cè)量時(shí)，再按標(biāo)定結(jié)果回歸出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，這樣可獲得滿(mǎn)意的測(cè)量精度，然而，就一般的工業(yè)計(jì)量而言，這往往是難以辦到的。因此，彎頭流量計(jì)只適合用于工況變化幅度不大、對(duì)測(cè)量精度要求不高、能有較好測(cè)量重復(fù)性即可的場(chǎng)合。