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智能气体超声流量计

智能气体超声流量计
——气体超声计量撬实现城市燃气宽量程准确计量

近年来，气体超声流量计是天然气、城市煤气流量检测领域的一个亮点。从目前在中、大口径管道气体流量计量中的应用情况来看，气体超声流量计在计量准确度、可靠性、量程比宽、压力损失、维护费用以及制造成本等方面与其它计量器具相比都有自己的明显优势，尤其是在天然气输送领域，气体超声流量计已有成为*佳选择的趋势。根据市场应用的实际情况，要满足同一用户多点分散计量的需要，在计量撬中采用气体超声流量计作为计量单元，气体超声流量计以其量程比宽、无压损、准确度高、可靠性强等特点可以使该计量撬工作性能稳定，计量准确度高，*大限度满足买卖双方的贸易计量需求。

本文通过采用两套气体超声流量计的应用设计实例，实现城市燃气宽量程的准确计量。
安装灵活可靠性强
气体超声流量计基于声速差的原理，流速测量准确，能**补偿介质组分变化对声速的影响；整体式采用防爆结构设计，性能**可靠、结构紧凑、安装简便、维护成本低；计量单元及管道内无活动、阻流机械部件，无压力损失；始动流量非常小，起步流量可达0.005m3/h；测量范围宽（量程比大），根据不同公称通径量程比在30：1～100：1范围，应用于计量撬系统可以实现1000：1甚至更宽量程范围的准确计量；适用于宽温度和压力范围气体介质，能适应城市燃气低工作压力环境；适用于介质状况恶劣情况下（如煤气厂生产的含焦油、水蒸气等的煤气）的测量；适用于流态状况不佳的介质（如低频脉动气流）；可现场进行标况流量计算和显示，也可上传至监控室计
算机显示；转换器（信号处理单元）的安装方式灵活，与表体采用一体型安装或分体型安装；抗噪声性、可靠性强，无漂移。

图１　　流量控制模型

结合实践的论证与应用
应用现场的标况流量为5~5000Nm3/h,工作压力0.2~0.4MPa，入口中压管道口径DN150，调压后压力为3、15、150KPa三种压力，设计总输出流量*大为4000 Nm3/h,*低仅为5Nm3/h，低压输出管道口径为DN150、DN100、DN80和DN50几种，现均安装相应口径规格的气体涡轮和罗茨流量计。该应用场合突出特点是气体流量波动范围比较大，即量程比很宽（*大可达1000: 1甚至更宽），起始计量流量小（*小工况流量仅为1m3/h)，这种场合靠单台气体流量计已无法满足在这样大流量范围下准确度计量的要求，需要一套完善的计量系统满足宽量程比条件下准确计量的需求。结合气体超声流量计产品在中、低压城市燃气计量方面长期积累的应用经验以及多方面的技术论证给出如下解决方式：采用一套气体超声计量撬安装在总入口端，实现对用户的总计量，现场应用模式为先计量后调压，终端用气点根据实际需要确定是否再作调压处理，对于改造类项目的用户，现场原使用的终端流量计（如气体涡轮流量计、气体罗茨流量计、皮膜表等）根据现场需要决定是否保留，如果保留可作为参考计量。

图２　　气体超声计量撬工艺流程图

切实的方案实施
采用两台（或三台，视流量范围而定，本文仅对两台流量计组合进行讨论）大小流量可以部分覆盖的流量计即气体超声流量计1（大口径流量计）与气体超声流量计2（小口径流量计）进行并联组合，相应在每台流量计的后端各串联一个电动球阀，形成一个宽量程的气体超声计量撬。在零流量时，智能控制器关闭大流量电动球阀，开启小流量电动球阀，保证小口径流量计处于等待状态；当小口径流量计有流量通过，且工况流量低于设定的切换流量上限值时，由小口径流量计负责计量；而通过小口径流量计中的工况流量上升到高于设定的切换流量上限值时，则智能控制器发出指令打开大流量电动球阀，当大口径流量计进入正常计量状态后，关闭小流量电动球阀；而当流量下降到低于大流量计设定的切换流量下限时，智能控制器发出指令开启小流量电动球阀，当小流量计进入正常计量状态后，大流量计关闭大流量电动球阀。在大小流量的切换上下限之间设定有一定的阈值，避免大小流量计的频繁切换，保证计量的可靠性。流量控制模型图，如图1所示。智能控制器根据大小流量计输出的反映流量信息的脉冲（或RS232/485串口）信号对电动球阀实现切断或开启的控制，保证大小流量状态下两个流量计间的切换和准确计量。该气体超声计量撬的工艺流程图如图2所示：该计量撬系统典型的配置包括两台大、小口径的气体超声流量计，大、小管路的控制球阀，配套连接管段，自动控制系统（智能控制器），以及用户终端附属的调压器、其它分路
流量计等。根据流量范围确定气体超声流量计的口径和压力规格，确定大小流量计切换流量上下限为A/B m3/h；将其分别与对应规格的控制球阀串联，然后两路（或三路）并联成撬，流量计的流量信息采集及控制球阀的自动切换控制是通过一套自动控制系统完成，该自动控制系统可以是一套智能控制器，另外，可由PLC控制器与流量积算仪组成的集成系统。智能控制器主要功能是对电动球阀的进行切换控制，完成电动球阀的开启和闭合，实现流量计大小流量计量的智能切换；采集大小流量计的流量信
息，实现数据的显示和累计积算等功能，另外可根据用户需要扩展无线远传等控制功能。该气体超声计量撬系统准确度等级为1.0级，能满足工业、商业用户等多点分散计量项目的优化改造或新布局设计方案的要求，可实现先计量后调压的个性需求，系统准确度等级高，可操作性强。产品设计过程严格执行国家相关调压计量撬的燃气设计规范、电动球阀、以及气体超声流量计生产制造相关的国家或行业标准，在撬装的设计中严格遵循GB 50251-2003输气管道设计规范等相关设计规范和**法规。实际制
作过程中根据现场情况，撬装设备可采用整体吊装的形式，也可采用部件分散包装运输到现场后组装成撬的形式。通过上述对该气体超声计量撬的描述以及在城市燃气用户实际应用中的实践，证实了气体超声流量计应用于计量撬中对城市燃气计量方面具有独到的优越性，尤其是对同一用户多点分散用气的应用场合，可以大大降低用户在计量仪表方面的投资成本，同时提高了城市燃气计量系统的可靠性和准确度等级、降低管理部门运营和监控方面的成本，若辅以远传抄表功能更能体现其智能化特性，值得在行业内推广应用。

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