需要測量流量的氣體種類繁多，本節(jié)討論其中Z常見的空氣、城市煤氣、天然氣和組分變化的氣體?？捎脕頊y量氣體流量的儀表種類繁多，本節(jié)結(jié)合四種典型氣體重點討論差壓式（含均速管）、渦街式、旋進(jìn)旋渦式、超聲式、氣體渦輪、氣體腰輪式流量計的應(yīng)用。

1 壓縮空氣流量測量

壓縮空氣是企事業(yè)單位重要的二次能源，大多由電能或熱能經(jīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)化而來。當(dāng)空氣壓力值要求較低時，則由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生。

在化工等生產(chǎn)過程中，有一種重要的工藝過程——氧化反應(yīng)，它是以空氣作原料，和另外某種原料在規(guī)定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)?？諝赓|(zhì)量流量過大和過小，都會對安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和貴重原料的消耗產(chǎn)生關(guān)鍵影響。在這種情況下，空氣流量測量度要求特別高，多半還配有自動調(diào)節(jié)。

鍋爐和各種工業(yè)爐窯中的燃燒過程，其本質(zhì)也是氧化反應(yīng)，對助燃空氣流量的測量，雖然準(zhǔn)確度要求不像化工生產(chǎn)中的氧化反應(yīng)那樣高，但對環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)燃燒、節(jié)約燃料也有重要意義。

（1）壓縮空氣流量測量的特點

①振動大。安裝在壓縮廠房和鼓風(fēng)機(jī)房的空氣流量計都得考慮振動問題。這種振動主要來自壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)，機(jī)器的振動通過空氣管道或風(fēng)管可以傳到很遠(yuǎn)的地方。其中振動Z大的要數(shù)往復(fù)式壓縮機(jī)，大型往復(fù)式壓縮機(jī)運行時產(chǎn)生的振動往往帶動廠房和周圍地面一起振動，對相關(guān)空氣流量計的準(zhǔn)確而可靠的運行帶來威脅。它引發(fā)杠桿式差壓變送器支點移動而使儀表產(chǎn)生示值漂移。振動導(dǎo)致渦街流量傳感器產(chǎn)生同振動頻率相對應(yīng)的干擾信號，引起流量示值大幅度偏高。

②氣體帶水。壓縮空氣取自大氣，而大氣中總是含有一定數(shù)量的水蒸氣。水蒸氣的含量用水蒸氣分壓ρs表示。大氣中的水蒸氣飽和分壓是大氣溫度的函數(shù)（見表3.5）。在雨天和霧天，室外大氣中的水蒸氣分壓達(dá)到飽和程度，即相對濕度達(dá)到，這時將大氣壓縮就如同壓迫吸足水的海綿，隨著體積的縮小，就有相應(yīng)數(shù)量的水析出。這是壓縮空氣所以帶水的簡單原理。在晴好的天氣，大氣相對濕度較低，但隨著其被壓縮，體積縮小到原來的幾分之一后，水蒸氣分壓會相應(yīng)升高，也有可能進(jìn)入飽和狀態(tài)而析出水滴。

用來測量壓縮空氣流量的較大口徑孔板流量計，孔板前常有積水，要影響測量準(zhǔn)確度。引壓管線中常有一段水，導(dǎo)致差壓變送器測到的差壓同節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓不一致。這些都是空氣帶水引起誤差的常見原因。除此之外，由于城區(qū)大氣中氮氧化物含量較高，使得壓縮空氣所含水滴呈酸性，引起環(huán)室表面腐蝕、管道內(nèi)壁腐蝕，使其表面變得粗糙。腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵在一定條件下變干燥時，很容易從管內(nèi)壁脫落而被氣流帶到孔板前，這也會對流量示值產(chǎn)生影響。所以在停車檢修肘，應(yīng)將這些粉狀和塊狀的垃圾予以清除。

③脈動流。壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)出口流體多數(shù)包含一定的脈動。例如往復(fù)式壓縮機(jī)，表現(xiàn)為半波脈動，如圖3.14所示。在現(xiàn)場可觀察到壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的出口壓力有明顯擺動。其中正（定）排量鼓風(fēng)機(jī)出口脈動頻率較高，一般有幾十赫茲，而往復(fù)式壓縮機(jī)出口脈動頻率較低，一般為幾赫茲。流動脈動引起差壓式流量計、渦街流量計等多種流量計示值偏高，引起浮子式流量計中的浮子上下跳動。消除和減弱流動脈動對流量計示值影響的常用方法有兩個：一是在壓縮機(jī)出口設(shè)置一只緩沖罐濾除脈動，而將流量計安裝在緩沖器后面，實際上往復(fù)式壓縮機(jī)的系統(tǒng)都是這樣設(shè)計的；二是將流量計安裝在遠(yuǎn)離脈動源的地方，這樣可利用工藝管道的氣容同其管阻構(gòu)成低通濾波器衰減脈動。

（2）儀表選型

能夠用來測量空氣流量的儀表有多種，但是在現(xiàn)場實際使用的空氣流量計，按其原理分，種類并不多。Z主要的有玻璃浮于流量計、節(jié)流式差壓流量計、渦街流量計和均速管流量計等。

①浮子流量計。浮子流量計在中型和小型實驗裝置上使用很廣泛，這是因為浮子式流量計簡單、直觀、價格低廉，適合作一般指示。浮子流量計有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類，坡璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對示值影響大。一般可根據(jù)流體實際溫度和壓力按式（3.31）進(jìn)行人工換算。式中由于引入ρn，在被測氣體不為空氣時，也可利用該公式進(jìn)行換算。

式中 q_v——實際體積流量， m³/h；

q_vf——儀表示值，m³/h；

ρn——被測氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度， kg/m³；

ρan ——空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度， kg/m³；

Tn、Pn——氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度、壓力；

Tf、Pf——氣體在工作狀態(tài)下的溫度、壓力。

②節(jié)流式差壓流量計。節(jié)流式差壓流量計在空氣流量測量中有著悠久的歷史。節(jié)流式差壓流量計盡管有范圍度窄、安裝維護(hù)麻煩以及壓力損失大等重大缺點，但在振動較明顯的壓縮機(jī)房、鼓風(fēng)機(jī)房，它仍然是可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的儀表。

用節(jié)流式差壓流量計測量空氣流量Z重要的是要處理好節(jié)流件前積水、變送器高低壓室內(nèi)積水以及引壓管線中積水問題。

a.節(jié)流件前積水問題。解決節(jié)流件前積水Z簡單的方法是在節(jié)流件的下部開疏液孔。

但是空氣管道不像蒸汽管道那樣清潔。在蒸汽管道中因為與管道內(nèi)壁接觸的是水蒸氣，而水蒸氣在發(fā)生過程中一般都經(jīng)過除氧工序，因此蒸汽中基本不含氧，經(jīng)長期使用的蒸汽管，其內(nèi)壁可能僅沉積微量的灰色粉末，除此之外不會有鐵銹。而空氣管道內(nèi)則全然不同，灰塵和氧化鐵難以避免，有時疏液孔被堵死。在停車檢修時拆下節(jié)流裝置，發(fā)現(xiàn)節(jié)流件正端平面上有積水的痕跡，就是證據(jù)。

*消除節(jié)流件前積水的方法是將節(jié)流裝置安裝在垂直工藝管上，或改用圓缺孔板或偏心孔板。其中，偏心孔板不確定度較小，優(yōu)于圓缺孔板。

b.差壓變送器高低壓室內(nèi)積水問題。圖3.15（a）所示是典型的節(jié)流式差壓流量計信號管路安裝圖，在被測流體為溫氣體時，冷凝液理應(yīng)不會進(jìn)入差壓變送器高低壓室，但從現(xiàn)場反饋信息來看，實際情況是有時還會有微量水滴進(jìn)入高低壓室。變送器差壓范圍較低時，此微量水滴會引起儀表零點的明顯漂移。有些差壓變送器設(shè)計有兩個排放口，打開下排放口就可將凝液順利排出。但是早期變送器只有中部的一只排放口，打開此口無法將高低壓室內(nèi)的凝液排凈，Z后只得將變送器拆下，將凝液從信號輸入口中傾倒出來。

高低壓室內(nèi)積液的現(xiàn)象，經(jīng)進(jìn)一步分析，應(yīng)該是變送器上方的一段管路由于環(huán)境溫度變化將信號管中的水蒸氣冷凝而沿著信號管往下流入高低壓室o

防止冷凝液流入高低壓室Z簡單易行的方法是消除變送器上方的一段信號管路，將信號管路從下方引入變送器，如圖3.15（b）所示，這樣，即使高低壓室內(nèi)有微量冷凝液，也能依靠其自身重力沿著管路自動流回母管或沉降器。實踐證明，這一方法是有效的。

c.引壓管路內(nèi)積水問題。在測量濕氣體時，雖然安裝信號管路己按照規(guī)程的要求保持坡度，可以避免冷凝液在信號管路內(nèi)聚集，但在某些情況下，積水現(xiàn)象仍難以避免，其原因如下所述。

圖3.16是環(huán)室取壓節(jié)流裝置安裝在垂直工藝管道上時信號管路的規(guī)定安裝方法。假定工藝管道中氣體自下而上流動，那么負(fù)壓信號管路中可以保證沒有凝液，因為信號管路內(nèi)的凝液能暢通無阻地流回工藝管道，而正壓信號管情況就不同了。因為正壓信號是從均壓環(huán)

引出的，被測濕氣體中的凝液充滿節(jié)流裝置的正端均壓環(huán)空腔是毫無問題的（如圖3.17所示），在正壓管內(nèi)氣體壓力同節(jié)流件正壓端*相等時，U形管兩邊液位高度相等。在此基礎(chǔ)上，如果節(jié)流件正端壓力上升，則將均壓環(huán)空腔中的水壓向信號管路，按照流體力學(xué)關(guān)系式可知，正壓管內(nèi)的壓力比節(jié)流件正端壓力低一些，其數(shù)值同U形管兩邊液位高度差相等，從而引起差壓信號的傳遞失真。

清除信號管內(nèi)積水的臨時方法是掃線，依靠工藝管中的壓力足夠高的氣體將積水沖走排到管外。但不久又依然如此。

*清除上面所述管路內(nèi)積水的方法是將節(jié)流裝置取壓方法改為法蘭lin （1in=0.0254m）取壓或D-D/2徑距取壓。

圖3.18所示的信號管路連接方法也是有關(guān)資料中推薦的用于濕氣體流量測量的典型連接方法。但是在大管徑孔板流量計中，也存在一些問題。尤其是在雨天、霧天和大氣濕度高的季節(jié)，空氣中夾帶的水較多，水滴自下而上撞擊在節(jié)流件上，其中一部分進(jìn)入均壓環(huán)的全腔，進(jìn)而流入沉降器，于是沉降器很容易被裝滿。現(xiàn)場巡回檢查時，每天都可以排出很多水，如果遇上假日無人排污，就極有可能水滿為患。

③渦街流量計。在無振動或無明顯振動的場所，用渦街流量計測量空氣流量，顯著的優(yōu)勢是壓損小、度較高、范圍度較寬、維修工作量小。壓電式渦街流量計能耐受O.2g的振動。在常壓條件下，可測流速下限為6m/s。電容式渦街流量計，能耐受（0.5~l）g振動，在常壓條件下，可測流速下限為4m/s。因此在振動大的場所兩種渦街流量計都不適用。近幾年來，一些公司在渦街流量計制造中引入了數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)，使儀表的抗振動性能有了大幅度提高，可測流速下限也有了顯著改善。但應(yīng)用中仍需注意現(xiàn)場的振動問題。

與蒸汽流量測量一樣，受渦街流量計Z大口徑、Z大工作壓力和Z高工作溫度的制約，當(dāng)口徑大于400mm或流體壓力高于4MPa（有的公司產(chǎn)品為6.4MPa）或流體溫度高于420℃時，只能改用其他類型流量計。

④差壓式均速管流量計。均速管流量計對大口徑空氣流量測量具有其*的優(yōu)勢，價格便宜、簡單可靠、安裝維修方便是其顯著的優(yōu)點，是渦街流量計和節(jié)流式差壓流量計的補(bǔ)充。其檢測桿選擇、阻塞系數(shù)計算等將在3.5節(jié)中討論。

（3）濕空氣干部分流量測量問題

①濕空氣干部分流量測量的必要性。在化工生產(chǎn)的氧化反應(yīng)過程中，一般是將空氣送入反應(yīng)器，而真正參與反應(yīng)的僅僅是空氣中的氧。由于空氣中的氮和氧保持恒定比例，所以測量得到進(jìn)入反應(yīng)器的氮氧混合物流量，也就可以計算出氧的流量。但是壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)從大氣中吸入的空氣除了氮氧成分之外（微量成分忽略不計），總是包含一定數(shù)量的水蒸氣，而且水蒸氣的飽和含量是隨著其溫度的變化而變化的。為了將氧化反應(yīng)控制在理想狀態(tài)，須對進(jìn)入反應(yīng)器的氮氧混合氣流量進(jìn)行測量，也即將進(jìn)入反應(yīng)器的空氣中的水蒸氣予以扣除，得到濕空氣的干部分流量。這是濕氣體中需要測量干部分流量的一個典型例子。

②濕空氣密度的求取。濕空氣由其干部分和所含的水蒸氣兩部分組成。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕氣體的密度可用式（3.32）計算

式中 ρn——濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（101.325kPa， 20℃）的密度， kg/m³；

ρgn——濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干部分的密度， kg/m³；

ρsn——濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕部分的密度， kg/m³ 。

工作狀態(tài)下濕空氣的密度可按式（3.33）計算。

式中 ρf——濕空氣在工作狀態(tài)下的密度， kg/m³；

ρgf——濕空氣在工作狀態(tài)下干部分的密度， kg/m³；

ρsf——濕空氣在工作狀態(tài)下濕部分的密度， kg/m³ 。

ρgf和ρsf分別按式（3.34）和式（3.35）計算

式中ψf——工作狀態(tài)下濕氣體相對濕度， 0~；

P_sfmax——工作狀態(tài)下飽和水蒸氣壓力；

ρsf——工作狀態(tài)下水蒸氣密度， kg/m³；

ρ_sfmax——工作狀態(tài)下飽和水蒸氣密度， kg/m³；

Z_f——干空氣在工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù)；

Zn——干空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)；

其余符號意義同式（3.31）。

③不同原理流量計測量濕空氣干部分流量時的計算公式

a.頻率輸出的渦街流量計。頻率輸出的渦街流量計用來測量濕空氣流量時，其輸出的每-個脈沖信號都代表濕空氣在工作狀態(tài)下的一個確定的體積值。這時，要計算濕空氣中的干部分，只需在從工作狀態(tài)下的體積流量換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（101.325 kPa， 20^aC）下體積流量時，從總壓中扣除水蒸氣壓力，如式（3.36）所示。

式中 q_vg——濕空氣干部分體積流量， m³/h；

q_vf——濕空氣工作狀態(tài)下體積流量，時/h；

f——渦街流量計輸出頻率， P/s（每秒脈沖數(shù)）；

K_t——工作狀態(tài)下流量系數(shù)， P/L。

b.模擬輸出的渦街流量計。模擬輸出的渦街流量計用來測量濕空氣的干部分流量時， 只有工作狀態(tài)（ρf、ψf、Tf、Zf）與設(shè)計狀態(tài)（Pd、ψd、Td、Zd）一致時，無需補(bǔ)償就能得到準(zhǔn)確結(jié)果。如果有一個或一個以上變量不一致，可用式（3.37）進(jìn)行補(bǔ)償。

式中 A_i——渦街流量計模擬輸出，%；

q_max——流量測量上限，m³/h；

Pd——設(shè)計狀態(tài)濕空氣絕壓，kPa（MPa）；

ψd——設(shè)計狀態(tài)濕空氣相對濕度；

ρ_sdmax——設(shè)計狀態(tài)濕空氣中飽和水蒸氣壓力，與Pd單位一致；

T_d——設(shè)計狀態(tài)濕空氣溫度， K；

Z_d——設(shè)計狀態(tài)濕空氣壓縮系數(shù)。

c.差壓式流量計。用差壓式流量計測量濕空氣的干部分流量要進(jìn)行兩方面的計算。一個是工況變化引起的工作狀態(tài)下濕氣體密度的變化對測量結(jié)果的影響，另一個是扣除濕空氣中的水蒸氣并換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。將式（3.34）和式（3.35）代入式（3.33）得

式中，符號意義同式（3.32）~式（3.35）。

濕空氣的干部分流量可用式（3.39）計算

式中 q'v——濕空氣的干部分流量實際值，m³/；

q_v——濕空氣的干部分流量計算值， m³/h；

其余符號意義同式（3.38）。

其中ρf由式（3.38）計算得到。

2 負(fù)壓空氣流量的測量

負(fù)壓空氣流量測量對象并不太多，常見于需要負(fù)壓空氣的生產(chǎn)流程，如卷煙的生產(chǎn)過程中。

負(fù)壓空氣同樣是含能工質(zhì)，對負(fù)壓空氣的耗量進(jìn)行計量，以便進(jìn)行能耗考核。

（1）負(fù)壓空氣流量測量的特點

①不允許流量測量引入明顯的壓力損失。負(fù)壓空氣的負(fù)壓來自真空泵，很多臺功率很大的真空泵所生成的負(fù)壓只有負(fù)幾十千帕，例如進(jìn)口絕壓為30kPa的真空泵，由強(qiáng)大動力轉(zhuǎn)換成的負(fù)壓只有-70kPa，如果負(fù)壓管道上安裝流量計后增大了阻力，產(chǎn)生較大的壓損，將使動力損耗大大增加，這是與節(jié)能的宗旨背道而馳的。

②流量密度小，為儀表選型帶來困難。

③流量計在負(fù)壓管道上安裝后，如果存在泄漏，很難察覺，在不知不覺之中，浪費了動力。

（2）流量計選型

由于上述*個特點的約束，孔板流量計、渦輪流量計、容積式流量計等被否定掉。

由于上述第二個特點的約束，渦街流量計的選擇也被否定掉了。因為在安裝流量計處的管道內(nèi)，絕壓為30kPa的流體，其密度只有常壓條件下空氣密度的1/3，流體旋渦對傳感器的推力相應(yīng)變小，因此無法測量。

超聲流量計，就*個約束條件而言，是個很理想的選擇，但需經(jīng)過聲阻抗校核，由于第二個特點的存在，具體測量點的聲阻抗變得很小，以致產(chǎn)生阻抗匹配困難的問題。

所謂聲阻抗（acoustic impedamce）是指介質(zhì)對聲波傳遞的阻尼和抵抗作用，它等于聲壓與介質(zhì)容積位移速度之比。在超聲流量測量中，聲阻抗與聲速成正比，與流體密度成正比，所以被測介質(zhì)的絕壓越低，聲阻抗越小。

均速管差壓流量計，其原理和結(jié)構(gòu)將在3.5節(jié)討論。對于負(fù)壓空氣流量測量的特點，均速管流量計是個很好的選擇^[1]，但常用工況條件下的差壓值需要計算，因為在流體密度較小工況條件下，差壓值往往較小，如果在50Pa以下，僅表的穩(wěn)定性將會變得不理想。

在均速管差壓流量計中，有一種檢測桿截面形狀為"T"形的設(shè)計，其輸出差壓值約為普通菱形截面檢測桿的2倍，能很好地解決這一問題^[16]。

圖3-19所示是第三代T形均速管差壓流量計的原理。其跨越整個管道的高壓取壓槽的設(shè)計，使得它有很好的抗堵性。一些雜質(zhì)的吸附，不會帶來大的測量誤差。

在應(yīng)用T形均速管測量負(fù)壓空氣流量時，往往配用3095MV多參數(shù)流量變送器（或其他型號的多變量變送器），這種變送器內(nèi)置了0.065%度的差壓變送器， 0.065%度的絕壓變送器、溫度變送器、高速CPU和大容量數(shù)據(jù)存儲器，對流體流量進(jìn)行實時、動態(tài)的*補(bǔ)償計算。

3 煤氣流量的測量

在煤氣生產(chǎn)、輸送和分配各個環(huán)節(jié)有大量的煤氣表，有的用于一般監(jiān)視，有的用于貿(mào)易結(jié)算，其中用于貿(mào)易結(jié)算的計量系統(tǒng)，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17167規(guī)定了其度要求。

（1）煤氣流量測量的特點

a.流體靜壓低、流速低，允許壓損小，一般不允許用縮小管徑的方法提高流速。

b.流體濕度高，有的測量對象還帶少量水，在管道底部作分層流動。

c.有的測量對象氫含量高，流體密度小，用渦街流量計測量時，信號較弱。

d.煤氣發(fā)生爐、焦?fàn)t等產(chǎn)出的煤氣一般帶焦油之類黏稠物，有的還帶一定數(shù)量塵埃。

e.測量點位于壓氣機(jī)出口時，存在一定的流動脈動。

f.流體屬易燃易爆介質(zhì)，儀表有防爆要求。

g.從小到大各種管徑都有。

h.Z小流量與Z大流量差異懸殊。

i.用于貿(mào)易結(jié)算的系統(tǒng)，計量度要求高；作為一般監(jiān)視和過程控制的系統(tǒng)，度要求則低一些。

（2）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要內(nèi)容

2000年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了GB/T 18215.1《城鎮(zhèn)人工煤氣主要管道流量測量》*部分采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的方法，對煤氣流量測量中的有關(guān)技術(shù)問題做了規(guī)定，其中：

①對流體的要求："應(yīng)是均勻的和單相（或可以認(rèn)為是單相）的流體"。

②煤氣在凈化過程中都經(jīng)過洗滌，因此一般水分含量都呈飽和狀態(tài)，相對濕度為。

③用于貿(mào)易結(jié)算的測量系統(tǒng)準(zhǔn)確度一般應(yīng)優(yōu)于2.5級。基本誤差限以示值的百分比表示。

④煤氣流量定義為濕氣體中的干部分。

⑤測量結(jié)果以體積流量表示，并換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的定義除了一般取101.325kPa、20℃之外，還兼顧煤氣行業(yè)的傳統(tǒng)，也可取供需雙方協(xié)商的其他溫壓和濕度。

⑥節(jié)流裝置采用多管并聯(lián)形式。

⑦在存在流動脈動的情況下，對測量平均流量提出了以下措施。

a.在管線上采用衰減措施，安裝濾波器（由容器及管阻組成）。

b.儀表檢測件盡量遠(yuǎn)離脈動源。

c.采用盡量大的β和Δp，在測量處減小管道直徑。

d.管線、儀表支架安裝牢固。

e.兩根差壓引壓管阻力對稱。

（3）儀表的類型與使用

可以用來測量氣體的流量計有很多種，但測量煤氣流量的理想儀表卻幾乎找不到，這主要是由煤氣的特點所決定的。由于有焦油等黏稠物存在，旋轉(zhuǎn)型的流量計使用困難。由于密度小、流速低，渦街流量計使用困難。由于富含水氣以及氣體組分有變化，熱式流量計也不理想。Z后還是已經(jīng)使用幾十年的差壓式流量計唱主角。

①孔板差壓流量計

a.可換孔板節(jié)流裝置。國標(biāo)GB/T 18215-2000規(guī)定的是標(biāo)準(zhǔn)孔板。如果測量點流體較臟，需采用可換孔板節(jié)流裝置。這樣在不停氣的條件下，可對節(jié)流件進(jìn)行清洗、檢修、更換?？蓳Q孔板節(jié)流裝置典型結(jié)構(gòu)如圖3.20所示。

b.圓缺孔板。圓缺孔板是專為臟污流體流量測量而設(shè)計的特殊孔板。其開孔是一個圓的一部分（圓缺部分），這個圓的直徑為管道內(nèi)徑的98%。開孔的圓弧部分應(yīng)定位，使其與管道同心，如圖3.21所示。

當(dāng)被測介質(zhì)為濕氣體而且管道水平布置時，管道底部有可能存在微量分層流動的液體，這時選用圓缺孔板能使液體從下半部的圓缺部分順利通過節(jié)流件，而不會像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣將液體阻擋在節(jié)流件前，以致積液，影響測量度。同樣道理，當(dāng)被測氣體中含有粉塵時，由于粉塵密度比氣體大得多，其中有些顆粒容易貼近管道底部被氣流帶走，選用圓缺孔板，顆粒也能順利通過節(jié)流件，而不會像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣顆粒在節(jié)流件前堆積。

在冶金行業(yè)，煤氣流量測量對象較多，而且因為煤氣含粉塵和水滴的情況也很普遍，所以圓缺孔板使用得十分普遍。

c.多管并聯(lián)形式。多管（兩管、三管或四管）并聯(lián)形式的作用有三個，其一是擴(kuò)大測量系統(tǒng)的范圍度。由于管道中煤氣流速一般都很低，因此，一臺孔板流量計的范圍度能達(dá)到3：1，那么，用一臺大口徑孔板與一臺小口徑孔板相配合，就能將范圍度擴(kuò)大為10：1。其二是實現(xiàn)在總管不停氣的情況下拆洗節(jié)流裝置，從而避開價格昂貴的可換孔板節(jié)流裝置。當(dāng)然，節(jié)流裝置上下游必須裝切斷閥。其三是解決DN>1000管道的流量測量問題。例如用4副DN1000的節(jié)流裝置并聯(lián)使用，解決DN2000總管的流量測量。多管并聯(lián)形式的缺點是設(shè)備數(shù)量和投資成倍增加。

d.煤氣管排水和防凍。水平敷設(shè)的煤氣管道，有時發(fā)現(xiàn)管道底部有水流動，必須在節(jié)流裝置前裝排水設(shè)施。簡單又可靠的方法是利用水封實現(xiàn)自動排水，如圖3.22所示。圖中的液位差與壓力有如下關(guān)系。

h = P/（gρ） （3.40）

式中 h——液位差， m；

ρ——煤氣壓力， Pa；

g——重力加速度， m/s²；

ρ——水的密度， kg/m³。

在寒冷季節(jié)，排水設(shè)施內(nèi)甚至地上敷設(shè)的煤氣管道的水都有可能會結(jié)冰，為防凍害，應(yīng)采取防凍措施o

②均速管差壓流量計。標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓流量計在煤氣流量測量中有極為重要的地位，有悠久的使用歷史。由于這一方法有豐富的實驗數(shù)據(jù)，設(shè)計加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、加工、安裝、檢驗和使用，無需進(jìn)行實流標(biāo)定，就能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度，因而非常方便，并獲得廣泛應(yīng)用。但是在管徑較大時，一套可換孔板式節(jié)流裝置價格相當(dāng)可觀，所以如果測量數(shù)據(jù)僅用于過程監(jiān)測，度要求也不高，那么就可選用均速管差壓流量計。

均速管差壓式流量計在氣體流量測量中應(yīng)用成敗的關(guān)鍵是引壓管不要被水滴堵住。由于定型的均速管產(chǎn)品所帶的切斷閥多半為針型閥，通徑較小而流體中的水氣經(jīng)冷凝變成水滴，如果針型閥處理得不好或引壓管坡度欠合理，此液滴極易將通路封死。

差壓式均速管輸出的差壓信號一般都很小。當(dāng)流體為常溫常壓的空氣時，如果流速為10m/s，只能達(dá)到62.5Pa的差壓^[15]。這樣，一滴水滴將差壓傳送通道封住，就足以將此差壓全部抵消掉。有的制造商將正負(fù)壓切斷閥改為通徑較大的直通閘閥，為保證儀表的可靠使用創(chuàng)造了條件。均速管典型安裝位置以及同差壓計的連接如圖3.23所示。

（4）用差壓式流量計測量濕煤氣干部分所用的公式

式（3.1）和圖3.1所示的方法同樣適用于煤氣流量的測量。只是由于流體的性質(zhì)不同，基本公式中ρl的求法不同。由于測量任務(wù)的不同，要從基本公式中的質(zhì)量流量qm進(jìn)一步計算濕煤氣的干部分流量還必須補(bǔ)充其他公式^[17]。

①煤氣密度計算公式

a.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕煤氣的密度ρ_N按式（3.41）計算。

式中 ρ_gN——濕煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干部分的密度， kg/m³；

ρ_sN——濕煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕部分的密度， kg/m³（由查表3.6得）；

t_N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度，℃。

b.煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干部分的密度ρgN用式（3.43）計算。

式中 X_i——煤氣各組分的體積分?jǐn)?shù)， %；

ρgN——煤氣各組分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m³（由查表3.7得^[2]）。

c.工作狀態(tài)下由煤氣的密度按式（3. 44）計算。

式中 ρgl——濕煤氣在工作狀態(tài)下干部分的密度， kg/m³；

ρs1——濕煤氣在工作狀態(tài)下濕部分的密度， kg/m³。

ρgl和ρs1分別按式（3.45）和式（3.46）計算。

式中P_N、P_l——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下氣體壓力， Pa；

Z_N、Z₁——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下氣體壓縮系數(shù)；

T_N、T_l——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下氣體溫度， K；

ρslax——工作狀態(tài)下飽和水蒸氣壓力[ρslax = f（t_l）由Tl查表3.5得]， Pa；

ρslmax——工作狀態(tài)下飽和水蒸氣密度， kg/m³ （pslmax=f（tl）由Tl查表3.5得）；

Ψl——工作狀態(tài)下濕煤氣的相對溫度（一般取）^[4]；

tl——節(jié)流件正端取壓口平面處的流體面度， ℃。

將式（3.45）和式（3.46）代入式（3.44）得

②濕煤氣工作狀態(tài)下體積流量的計算

式中的符號與式（3.45）~式（3.47）相同。

③濕煤氣工作狀態(tài)質(zhì)量流量的計算

求得qm和ρl后，就可利用式（3.1）計算節(jié)流裝置。

④溫度壓力及ε1的補(bǔ)償。氣體溫度和壓力變化后，濕氣體干部分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量可用式（3.51）進(jìn)行補(bǔ)償^[17]。

式中，帶"'"者為實際使用工況條件下的參數(shù)，不帶"'"者為設(shè)計工況所對應(yīng)的參數(shù)，在節(jié)流裝置計算書中都能找到。

式（3.51）由于工況變化，ρ1已經(jīng)從式（3.48）所表示的值變成式（3.52）所表示的值。

因此，將式（3.52）代入式（3.51）就可得到完整的補(bǔ)償公式。

式中 q'VN——經(jīng)過補(bǔ)償?shù)臐駳怏w干部分體積流量， m³/h；

qVN——設(shè)計狀態(tài)濕氣體干部分體積流量，m³/h；

p'1——設(shè)計狀態(tài)節(jié)流件正端取壓口氣體壓力， MPa（實測值）；

P'slmax——設(shè)計狀態(tài)下飽和水蒸氣壓力， kPa（由T'1查表得）；

P1——設(shè)計狀態(tài)節(jié)流件正端取壓口氣體壓力， MPa（查孔板計算書得）；

Pslmax——設(shè)計狀態(tài)下飽和水蒸氣壓力， kPa（由Tl查表得）；

ε'1——工作狀態(tài)流體可膨脹性系數(shù)[按式（8.3）計算得]；

εl——設(shè)計狀態(tài)流體可膨脹性系數(shù)（查孔板計算書得）；

T₁——設(shè)計狀態(tài)氣體熱力學(xué)溫度， K（T₁ =tl +273.16，查孔板計算書得）；

T'₁——工作狀態(tài)氣體熱力學(xué)溫度， K（由氣體溫度實測值換算得）；

Z₁——設(shè)計狀態(tài)氣體壓縮系數(shù)（查孔板計算書得）；

Z'₁——工作狀態(tài)氣體壓縮系數(shù)（設(shè)置或自動計算^[17] ） ；

ρ₁——設(shè)計狀態(tài)節(jié)流件正端取壓口氣體密度， kg/m³（查孔板計算書得）；

P_N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體壓力，101.302KPa；

T_N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體熱力學(xué)溫度， K（T_N =293.16K）；

Z_N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體壓縮系數(shù)（Z_N =1.0000）；

ρ_gN——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)干煤氣密度， kg/m³。

（5）孔板設(shè)計計算舉例（節(jié)流件為標(biāo)準(zhǔn)孔板）。

（6）管道內(nèi)壁積灰及其對測量的影響

①積灰普遍存在

a.上海某鋼廠采用孔板流量計測量煤氣發(fā)生爐出口煤氣流量，由于煤氣中粉塵含量較高，數(shù)年后，管道內(nèi)壁生成一層沉積物，結(jié)垢如同瀝青路面，質(zhì)地堅韌、不易清理，是煤氣中的煤焦油和粉塵在管道內(nèi)壁日積月累形成的。

b.上海的另一家鋼廠用差壓式流量計測量煤氣流量，由于擔(dān)心孔板積灰后影響測量度，所以節(jié)流裝置選用文丘里管，使用半年多后，發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸偏高，于是在停車檢修時對文丘里管拆開檢查，發(fā)現(xiàn)文丘里管內(nèi)壁積了一層含灰塵的焦油，就連流速Z高的喉部也未幸免。但每年一次停車檢修時，用溶液清洗干凈后仍可繼續(xù)使用。

c.重慶鋼鐵集團(tuán)公司采用圓缺孔板測量高爐煤氣流量，在使用數(shù)年將節(jié)流裝置拆下清洗時發(fā)現(xiàn)，孔板圓缺部分高度的1/8~1/6被堆積物占據(jù)^[18] 。

d.徐州某化工廠用均速管差壓流量計測量煤氣發(fā)生爐出口管（DN700）流量，使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸升高，比物料平衡計算結(jié)果高百分之幾。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度不等的瀝青砂，水平管道下部內(nèi)壁結(jié)得較厚，約30mm厚，管道上部內(nèi)壁結(jié)得較薄，約10mm厚。

②處理方法之一。清除沉積物或更新管道能將沉積在流量計前后一定長度的管段內(nèi)的沉積物和節(jié)流件表面的沉積物清除掉而又不損壞儀表，當(dāng)然能恢復(fù)儀表的應(yīng)有測量度。但是沉積物往往既硬又韌，不易清理，因此，如果有停車機(jī)會可將節(jié)流件前30D、節(jié)流件后15D的管道局部更新，當(dāng)然是個好辦法。

③處理方法之二。對沉積物引入的誤差進(jìn)行修正。

a.標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計。煤氣中的焦油和粉塵在標(biāo)準(zhǔn)孔板表面及管道內(nèi)壁的沉積可分兩種情況。*種情況是煤氣中粉塵經(jīng)*洗滌過濾的測量對象，孔板端面和管道內(nèi)壁只薄薄地結(jié)了一層焦油。第二種情況是煤氣中含有較多粉塵的測量對象，管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度達(dá)數(shù)厘米的"瀝青砂"。

對于前一種情況，鋼管內(nèi)壁被焦油站污后，對流動的煤氣有一定的黏附作用，此作用引人多大的誤差尚無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，很難做出估算，但影響值肯定微小，以致可以忽略不計。管道內(nèi)壁上的一層焦油雖然可能有2mm厚，但因煤氣管道直徑一般較大，例如公稱直徑為1000mm，因此對測量影響也很微小。

對于后一種情況，影響稍大些，它是通過直徑比β變大導(dǎo)致流出系數(shù)C變化以及 變化^[1]，進(jìn)而引起流量示值相應(yīng)變化的。例如有一副DN1000標(biāo)準(zhǔn)孔板，β為0.7，在雷諾數(shù)Re_D為2×10⁵時

=0.60677（以角接取壓為例）

在管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層20mm厚的沉積物后，β增大為0.7365，令Re_D仍為2×10⁵，按相同的公式計算，C為0.60372，

所以結(jié)垢前流量系數(shù)

結(jié)垢后流量系數(shù)

結(jié)垢流量系數(shù)變化率為

由此引起的流量示值變化為-3.2%R。

b.文丘里管差壓式流量計。文丘里管前后直管段內(nèi)壁結(jié)沉積物，可以認(rèn)為對測量結(jié)果無影響，因為其流出系數(shù)可看作與直徑比無關(guān)，但喉部結(jié)垢引起的誤差要比標(biāo)準(zhǔn)孔板大。例如有一副文丘里管，其DN為1000mm，喉部直徑為700mm，喉部內(nèi)壁結(jié)垢5mm后，其流通截面積約比原來減小2/70，則流量示值增大約2.86%R。

c.圓缺孔板差壓式流量計。圓缺孔板前后直管段內(nèi)壁沉積物對流量測量的影響主要包括兩個部分，其一是使節(jié)流件開孔面積與管道截面積之比m發(fā)生變化對流量測量的影響，其二是因缺孔有效面積變小對流量測量的影響。前者影響與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似。但在管道截面積縮小的同時，圓缺孔有效面積也縮小一些。因此m變化不大。例如有一副DN1000的圓缺孔板，m為0.49，管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層20mm厚的沉積物后，管道截面積減小為O.7238m²，而圓缺孔面積約減小為O.3547m²（將圓缺孔圓弧看作與管道圓弧相切），所以，β²仍為O.49。后者的影響較大，因為無沉積物時，開孔面積為O.3848m²，而沉積物厚度為20mm時，開孔有效面積為O.3547m²，約為無沉積物時的92.18%，因此儀表示值約偏高8.5%R。

實際計算時，因為圓缺孔半徑為管道半徑的0.98， 20mm厚的沉積層僅有10mm阻擋了圓缺孔，所以實際影響只有8.5%的一半。

d.均速管差壓式流量計

均速管流量計是由均速管測量管道內(nèi)的平均流速，然后乘流通截面積，并扣除均速管插入管道部分的阻塞影響。均速管前后直管段內(nèi)壁沉積物對流量測量的影響，如果忽略阻塞系數(shù)的微小變化，就可簡單地看作流通截面積減小對流量示值的影響。

例如有一副均速管，管道內(nèi)徑為1000mm，管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層厚度為20mm的沉積物后，流通截面積從0.7854m²減小為O.7238m²，在實際流量不變的情況下，流速增大，因而儀表顯示值相應(yīng)增大，增大值為（0.7854-0.7238）/0.7238=8.5%R。

以上的分析和計算都是理想化的，實際情況要復(fù)雜得多，管內(nèi)壁沉積物厚度不可能是均勻一致的，總是上面薄下面厚。但方法可以使用。

④對沉積物影響進(jìn)行預(yù)測。由于大口徑流量計拆開檢查修理周期較長，如果*次拆開檢查時發(fā)現(xiàn)沉積物結(jié)得比較嚴(yán)重，而且未清除，可根據(jù)沉積物厚度計算流量影響值。如果流體條件不變，則未來一段時間沉積物繼續(xù)增厚，流量影響值相應(yīng)增大是必然的，于是就可從拆開檢查時測得的沉積層厚度和沉積時間計算沉積速率，并令以后以相同的速率繼續(xù)沉積，從而對未來的流量影響值進(jìn)行預(yù)測。

4 天然氣流量的測量

（1）天然氣計量的發(fā)展趨勢和主要方法

目前，天然氣貿(mào)易計量分為體積計量、質(zhì)量計量和能量計量三種。工業(yè)發(fā)達(dá)國家質(zhì)量計量和能量計量兩種方法都在使用。我國天然氣貿(mào)易計量是在法定要求的質(zhì)量指標(biāo)下以體積或能量的方法進(jìn)行交接計量，目前基本上以體積計量為主。

按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，天然氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量qvn以m³/s為單位，工作狀態(tài)體積流量qvf以m³/s為單位；質(zhì)量流量qm以kg/s為單位；能量流量以MJ/s為單位。

①天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計算。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量qvn計算式為

或

式中 qvn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量， m³/s；

qvf——工作狀態(tài)體積流量，m³/s，體積流量計實測值；

qm——質(zhì)量流量， kg/s，質(zhì)量流量計實測值；

ρf——工作狀態(tài)下的密度， kg/m³，實測或計算；

ρn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度， kg/m³，實測或計算o

天然氣在工作狀態(tài)下的密度ρf按式（3.57）計算。

式中 Ma——干空氣的摩爾質(zhì)量，其值為28.9626kg/kmol；

R——通用氣體常數(shù)，其值為O.00831451MPa ? m³ （kmol· K）；

Za——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干空氣的壓縮因子，其值為O.99963；

Zn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的壓縮因子，按GB/T 17747， 1~3標(biāo)準(zhǔn)計算；

Pf——工作狀態(tài)下天然氣的靜壓， MPa，壓力實測值；

Tf——工作狀態(tài)下天然氣的熱力學(xué)溫度， K，溫度實測值；

Zf——工作狀態(tài)下天然氣的壓縮因子，按GB/T 17747， 1~3標(biāo)準(zhǔn)計算；

G_r——天然氣的真實相對密度。

天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度Pn的實用公式與式（3.57）相似，其中ρf、Tf、Zf用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的Pn、Tn、Zn替代即可。

因此天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量qn的計算式還可寫成

式中 qvf——含義同式（3.55）；

Pf——工作狀態(tài)壓力， MPa，壓力實測值；

Tf——工作狀態(tài)熱力學(xué)溫度， K，溫度實測值；

Zf——工作狀態(tài)下天然氣的壓縮因子，按GB/T 17747，1~3標(biāo)準(zhǔn)計算；

pn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)壓力， MPa，其值為0.101325 ；

Tn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熱力學(xué)溫度， K，其值為293.15；

Zn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的壓縮因子，按GB/T 17747，1~3標(biāo)準(zhǔn)計算。

②天然氣質(zhì)量流量計算。天然氣的質(zhì)量流量計算式為

式中 qm——天然氣的質(zhì)量流量， kg/s，除由式（3.59）計算外，也可由質(zhì)量流量計直接測量；

qvf——含義同式（3.55） ；

ρf——含義同式（3.55）。

工作狀態(tài)下的天然氣密度ρf可用氣體密度計在線進(jìn)行天然氣氣流密度的實測，用實測值參與流量計算。如果用式（3.57）計算ρf值，應(yīng)有工作狀態(tài)下的靜壓Pf、熱力學(xué)溫度Tf和天然氣組分分析數(shù)據(jù)Yi（組分摩爾分?jǐn)?shù)），按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計算天然氣的摩爾質(zhì)量Mm和壓縮系數(shù)Z_f，Z后才能計算出pf的值來。

③天然氣能量流量計算。天然氣的能量流量可以由標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量乘以發(fā)熱量Hs來計算。以標(biāo)準(zhǔn)體積流量計算能量流量的計算式為

式中 En——天然氣的能量流量， MJ/s；

qvn——天然氣的標(biāo)準(zhǔn)體積流量，由式（3.55）或式（3.58）所得結(jié)果；

Hsnv——單位標(biāo)準(zhǔn)體積的高位發(fā)熱量， MJ/m³，實測或計算。

以質(zhì)量流量計算能量流量的計算式為

式中 En——含義同式（3.60）；

qm——天然氣的質(zhì)量流量，由式（3.59）所得結(jié)果；

Hsnm——單位質(zhì)量的高位發(fā)熱量， MJ/s，實測或計算。

④發(fā)熱量測量。天然氣發(fā)熱量可采用直接或間接的測量方法獲得。對于管網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)使用直接測量不經(jīng)濟(jì)時，其結(jié)算用的發(fā)熱量也可以用計算方法獲得。兩種方法都有在線和離線兩種方式。

a.直接測量法。直接測量法可按GB 12206標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行。采用水流式熱量計，由水流量穩(wěn)定調(diào)節(jié)、天然氣流量穩(wěn)定調(diào)節(jié)和測量、水溫氣溫測量、氣體燃燒和水計量五部分組成。儀器的具體操作方法修正系數(shù)計算請參閱GB 12206-1998《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法》。

b.間接測量法。間接測量法是采用GB/T 11062標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法測量天然氣的發(fā)熱量， 它是基于對天然氣組分進(jìn)行全分析，然后進(jìn)行計算，各組分含量同各自發(fā)熱量的乘積之代數(shù)和即為天然氣的發(fā)熱量。組分分析一般采用氣相色譜法，具體操作方法請參閱GB/T13610-1992《天然氣的組成分析——氣相色譜法》。

⑤密度測量。天然氣密度可以用天然氣密度計在線直接測量，也可離線間接測量。

a.在線密度測量。在線密度測量是為了求得流過流量計的天然氣質(zhì)量流量。如果要求得到天然氣的標(biāo)準(zhǔn)體積流量，還需得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣密度。

對于孔板流量計而言，若在線密度計的樣氣從上游取壓孔取出，樣氣流入在線密度計，它應(yīng)以特別低的流速流入，并保證對壓力和差壓的測量沒有影響。

除旋轉(zhuǎn)式容積流量計以外的其他流量汁，在線密度計宜安裝在流量計下游，以避免流量計入口速度分布被干擾。

從取樣口到在線密度計之間的連接管線應(yīng)盡量短，連接件、管線應(yīng)絕熱保溫，以減小環(huán)境溫度對取樣氣的影響。

為確保在線密度計所測密度值與流經(jīng)流量計的密度值相同，應(yīng)將密度傳感器的露出部分和流量計的上、下游適當(dāng)長度的管路進(jìn)行隔熱。

在線密度計應(yīng)有樣氣溫度測量，當(dāng)樣氣溫度同主管道中天然氣溫度有差異時，應(yīng)該用修正值進(jìn)行補(bǔ)償。

b.離線密度計算。在計量站取樣口取出有代表性的樣氣，采用氣相色譜儀分析出天然氣的全組分分析數(shù)據(jù)，測量出主管道內(nèi)天然氣靜壓力和流體溫度，然后按式（3.57）計算工作狀態(tài)下的流體密度。其中摩爾質(zhì)量Mm按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11062計算得到；工作狀態(tài)下壓縮系數(shù)Zf按GB/T 17747. 1~3標(biāo)準(zhǔn)計算。

⑥幾種天然氣常用流量計選型指南。不同的準(zhǔn)確度要求和不同的使用條件，天然氣流量測量可有多種儀表可選，應(yīng)綜合考慮其準(zhǔn)確性、可靠性、安全性及經(jīng)濟(jì)性等因素后確定，過分追求高準(zhǔn)確度會增加不合理的費用。表3.8所列是幾種天然氣常用流量計選型指南。

（2）標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計方法

標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計已經(jīng)成為*Z主要的天然氣流量計。幾十年來AGA Report No.8總結(jié)了幾十項針對天然氣計量的專項研究和實踐應(yīng)用，在量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，其標(biāo)志就是標(biāo)準(zhǔn)化，即使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，可以無須實流校準(zhǔn)而確定信號（差壓）與流量的關(guān)系，并估算其測量誤差，目前在全部流量計中是惟一達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的。為了消除自身存在的輸出信號為模擬信號、重復(fù)性不高、范圍度窄、壓損大等重大缺點，采用了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、定值節(jié)流件和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴等技術(shù)裝置，使其技術(shù)水平有了進(jìn)一步提高。

①流量計算方法。用來測量天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，就其結(jié)構(gòu)和基本計算公式來說，同測量一般氣體的孔板流量計并無二致，有差異的僅僅是計算基本公式中的關(guān)鍵變量工作狀態(tài)下流體密度ρ時，針對天然氣的特性有一些的方法。AGA Report No.3（l990~ 1992年第3版）《天然氣流體計量同心直角邊孔板流量計》提供了實用方法。我國在ISO 5167：2003的基礎(chǔ)上，參考了AGA報告了制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》。

GB/T 2624-2006中給出的質(zhì)量流量同差壓的關(guān)系如式（3.1）所示，由于標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法中規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量qvn計量天然氣，其計算式為

式中 ρn——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度， kg/m³。

將式（3.62）整理后代入式（3.1）得出標(biāo)準(zhǔn)體積流量qvn計算的基本公式為

式中 ρ1——天然氣在流動狀態(tài)下上游取壓口處的密度， kg/m³。

根據(jù)

式中 G_r——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣真實相對密度；

Z₁——天然氣在流動狀態(tài)下上游取壓口處的壓縮系數(shù)；

P_l——天然氣在流動狀態(tài)下上游取壓口處的壓力， MPa；

T_l——天然氣在流動狀態(tài)下上游取壓口處的熱力學(xué)溫度， K；

Pn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)壓力， MPa，其值為0.101325；

Tn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熱力學(xué)溫度， K，其值為293.15；

Za——干空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；

Zn——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；

Ma——干空氣的摩爾質(zhì)量；

R——通用氣體常數(shù)。

聯(lián)解式（3.63）、式（3.64）和式（3.65），整理得到天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計算的實用公式：

式中 qvn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量， m³/s；

As——秒計量系數(shù)，視計量單位而定，此式

C——流出系數(shù)；

E——漸近速度系數(shù)，

d——孔板開孔直徑， mm；

F_G——相對密度系數(shù)；

ε1——可膨脹性系數(shù)；

Fz——超壓縮系數(shù)；

F_T——流動溫度系數(shù)；

P₁——孔板上游取壓口流體靜壓， MPa；

ΔP——氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓， Pa。

②系數(shù)參數(shù)確定

a.相對密度系數(shù)F_G。該系數(shù)是在天然氣流量實用方程推導(dǎo)過程中定義的一個系數(shù)，其值按下式計算

真實相對密度G_r按SY/T 6143式（A.7）確定。

b.天然氣超壓縮系數(shù)Fz。天然氣超壓縮系數(shù)是因天然氣特性偏離理想氣體定律而導(dǎo)出 的修正系數(shù)，其定義式為

式中 Zn——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；

Zf——天然氣在流動狀態(tài)下的壓縮因子。

Fz值按SY/T 6143表A.2.1或A.2.2確定。

c.流動強(qiáng)度系數(shù)F_T。流動溫度系數(shù)F_T是因天然氣流經(jīng)節(jié)流裝置時，氣流的平均熱力學(xué)溫度T偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熱力學(xué)溫度（293.15K）而導(dǎo)出的修正系數(shù)，其值按下式計算：

式中

tf——為天然氣流過節(jié)流裝置時實測的氣流溫度，℃。

③天然氣流量計算實例（孔板開孔直徑設(shè)計計算）詳見3. 8節(jié)。

（3）氣體渦輪流量計方法

氣體渦輪流量計是僅次于孔板流量計的被廣泛用于天然氣流量測量的儀表。

氣體渦輪流量計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；外形尺寸相對較?。欢雀?；重復(fù)性好；范圍度寬，可達(dá)到15：1~25：1，在高壓輸氣的情況下，范圍度還可增大；其輸出為脈沖頻率信號，因此在同可編程流量顯示表配用時，容易得到較低的系統(tǒng)不確定度。近幾年來，國內(nèi)已有不少儀表廠生產(chǎn)這種儀表，并在油氣田推廣應(yīng)用。

其不足之處是渦輪高速轉(zhuǎn)動，軸承與軸之間機(jī)械摩擦，壽命不很長，因此應(yīng)注意潤滑，可利用制造廠所提供的潤滑手段，定期補(bǔ)給潤滑油。

另外，高速流動的氣體中如果含有較大的固體顆粒，很容易將渦輪葉片打壞，因此，渦輪流量計前的管道上應(yīng)加裝過濾器。

儀表投運步驟；如果計量回路裝有旁通閥，應(yīng)先開足旁通閥，然后開足上游切斷閥，再緩慢開啟下游切斷閥，Z后緩慢關(guān)閉旁通閥；如果計量回路沒有安裝旁通閥，則應(yīng)先開足上游切斷閥，然后緩慢開啟下游切斷閥，防止渦輪受高速氣流沖擊而損壞。

（4）氣體超聲流量計方法

用聲學(xué)測量技術(shù)測量流體流量已有約40年的歷史，特別是20世紀(jì)90年代以來，隨著高速數(shù)字信號處理技術(shù)和先進(jìn)的壓電陶瓷技術(shù)的發(fā)展，用氣體超聲流量計測量天然氣流量的技術(shù)取得了突破性發(fā)展。由于具有高技術(shù)的氣體超聲流量計具有測量范圍寬、測量準(zhǔn)確度高、無壓損及可動部件、安裝使用費用低等諸多優(yōu)點，它己被歐美等國幾百家用戶用于天然氣貿(mào)易計量。至今已有美國、荷蘭、英國、德國等12個國家的政府批準(zhǔn)氣體超聲流量計作為法定計量器具。美國煤氣協(xié)會已于1998年6月發(fā)布了AGA Re-port No.9《用多聲道超聲流量計測量天然氣流量》。我國主要參考了該報告，并參考了 ISO/TR 12765《用時間傳播法超聲流量計測量封閉管道內(nèi)的流體流量》，制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 18604-2001《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》。

①基本原理。用來測量天然氣流量的超聲流量計一般是自帶測量管段的由超聲換能器等構(gòu)成的時差法流量計量器具，換能器一般沿管壁安裝，且直接同流體接觸，由一個換能器發(fā)射的超聲波脈沖被另一個換能器所接收，反之亦然。圖3.24所示為Tx1和Tx2兩個換能器的簡化幾何關(guān)系， 聲道與管道線間的夾角為Ψ，管徑為D。在某些儀表中采用了反射聲道，此時聲波脈沖在管壁上經(jīng)一次或多次反射。

超聲脈沖穿過管道如同渡船河流。如果沒有流動，聲波將以相同速度向兩個方向傳播，當(dāng)管道中的氣體流速不為零時，沿氣流方向順流傳播的脈沖將加快速度，而逆流傳播的脈沖速度緩慢。因此，相對于沒有氣流的情況，順流傳播的時間t_D將縮短，逆流傳播的時間t_U會增長，根據(jù)這兩個傳播時間，就可以計算測得流速。這就是時差法超聲流量的基本原理。

在圖3.24中，有下面的關(guān)系式成立，即

將式（3.70）和式（3.71）聯(lián)立并解之得

式中 L——超聲在換能器之間傳播路徑長度， m；

X——聲道長度在管軸線的平行線上的投影長度， m；

t_D、t_U——超聲順流傳播時間和逆流傳播時間，S；

c——超聲在靜止流體中的傳播速度， m/s；

Vm——流體通過換能器之間聲道上平均流速， m/s。

其實，式（3.72）計算得到的流速還只是沿聲道方向流體速度的平均值。而用戶想知道的是管道橫截面上的平均流速v，由Vm計算v一般引入一個速度分布校準(zhǔn)系數(shù)是c，即

式中 V——管道橫截面上的平均流速；

kc——速度分布校準(zhǔn)系數(shù)；

Vm——含義同式（3.72）。

kc的數(shù)值主要取決于流體的雷諾數(shù)。如果聲道在通過管道軸線的平面內(nèi)，則由下式給出kc的一個近似值^[22]，即

對于充分發(fā)展的紊流，如果聲道不在通過管道軸線的平面內(nèi)（即傾斜的弦線），則kc系數(shù)及它與雷諾數(shù)的關(guān)系都將不同。在多聲道流量計中，這種情況是常見的，因為換能器有多種布置形式，聲道可以相互平行，也可能是其他取向。流量計可以沿兩個或多個傾斜弦線直接傳播聲波或經(jīng)反射傳播聲波。用于將各個聲道的測量值合成為平均流速的方法也隨流量計的特定結(jié)構(gòu)而變化。

②流量測量準(zhǔn)確度

a.氣體超聲流量計的測量準(zhǔn)確度受下列諸因素的影響：流量計殼體幾何尺寸和超聲傳感器位置的參數(shù)的準(zhǔn)確性；流量計所采用的積分技術(shù)；速度分布剖面的質(zhì)量、氣流的脈動程度和氣體的均勻性；傳播時間測量的準(zhǔn)確度。傳播時間測量的準(zhǔn)確度又取決于電子時鐘的穩(wěn)定性、對聲脈沖波參考位置檢測的一致性及對電子元件和傳感器信號滯后的適當(dāng)補(bǔ)償。

對于每一尺寸結(jié)構(gòu)的氣體超聲流量計，制造廠家應(yīng)規(guī)定流量界限值，即Z小流量qmin、轉(zhuǎn)換點流量qt和Z大流量qmax，而且在不同的流量區(qū)間進(jìn)行任何校準(zhǔn)系數(shù)調(diào)整之前，測量性能應(yīng)滿足下列要求。

重復(fù)性：±0.2% qt≤q≤qmax （q為被測流量，下同。）

±0.4% qmin≤q≤qt

分辨率：O.001m/s

速率采樣間隔：≤1s

Z大峰間誤差（見圖3.25）：0.7%， qt≤q≤qmax

零流量讀數(shù)（對于每一聲道）：<12mm/s

氣體超聲流量計的準(zhǔn)確度不僅同流速有關(guān)，而且同儀表口徑有關(guān)。對于小口徑儀表，由于聲道長度較短，在紊流氣體中測量聲波傳播時間比較困難，因此小口徑氣體超聲流量計的準(zhǔn)確度較難提高。

b.大口徑流量計的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行任何校準(zhǔn)系數(shù)調(diào)整之前，口徑等于或大于300mm的 多聲道氣體超聲流量計應(yīng)當(dāng)滿足下列測量準(zhǔn)確度要求（見圖3.25）。

Z大誤差： ±0.7% qt≤q≤qmax

±1.4% qmin≤q≤qt

c.小口徑流量計的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行任何校準(zhǔn)系數(shù)調(diào)整之前，口徑小于300mm的多聲道氣體超聲流量計應(yīng)滿足下列測量準(zhǔn)確度要求（見圖3.25）。

Z大誤差：±1.0% qt≤q<qmax

±1.4 % qmin≤q≤qt

d.雙向測量的準(zhǔn)確度。氣體超聲流量計具有雙向測量能力，而且雙向測量的準(zhǔn)確度相同。

③儀表的使用

a.適用范圍。氣體超聲流量計適用于DN≥100mm、ρ≥0.3MPa（表壓）的生產(chǎn)裝置、 輸氣管線、儲藏設(shè)施、配氣系統(tǒng)和大用戶終端計量站中的天然氣計量。

b.天然氣氣質(zhì)要求。流量計所測量的天然氣組分一般應(yīng)在GB/T 17747和GB 17820所 規(guī)定的范圍內(nèi)；天然氣的真實相對密度為0.55~0.8。

在可衰減聲波的CO₂含量超過10%，或在接近天然氣混合物臨界密度的條件下工作，或總含硫量超過460mg/m³（包括硫醇、H₂S和元素硫）的情況下，用戶應(yīng)向制造廠提出相應(yīng)的專門要求。

c.測量管內(nèi)附著物的處理。正常輸氣工況下在流量計測量管內(nèi)的附著物（如凝析液或帶有加工雜質(zhì)的油品殘留物、灰和砂等）會減少流量計的流通面積，影響計量準(zhǔn)確度。同時附著物還會阻礙或衰減超聲傳感器發(fā)射和接收超聲信號，或者影響超聲信號在流量計測量管內(nèi)壁的反射，因此流量計測量管應(yīng)定期檢查、清洗。

④儀表的安裝

a.避開振動環(huán)境。氣體超聲流量計的安裝應(yīng)盡可能避開振動環(huán)境，特別要避開可能引起信號處理單元、超聲換能器等部件發(fā)生共振的環(huán)境。

b.避免聲學(xué)噪聲干擾。來自被測介質(zhì)內(nèi)部的噪聲可能會對氣體超聲流量計的準(zhǔn)確測量帶來不利影響，在設(shè)計、安裝過程中應(yīng)讓氣體超聲流量計盡可能遠(yuǎn)離噪聲源或采取措施消除噪聲干擾。

c.氣體過濾。在介質(zhì)較臟的場合，可在流量計的上游安裝效果良好的氣體過濾器。過濾器的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)能夠保證在Z大流量下產(chǎn)生盡可能小的壓力損失和流態(tài)改變。在使用過程中，應(yīng)監(jiān)測過濾器的差壓，定期進(jìn)行污物排放和清洗，確保過濾器在良好的狀態(tài)下工作。

d.雙向應(yīng)用的配管。如果所使用的氣體超聲流量計具有雙向流測量功能，并且也準(zhǔn)備將其應(yīng)用于這種測量場合，那么在設(shè)計安裝時，流量計的兩端都應(yīng)視為上游，即下游的管道配置形式及相關(guān)技術(shù)要求應(yīng)與上游一致，并符合直管段等要求。

⑤組態(tài)和維護(hù)軟件。流量計應(yīng)具有對信號處理單元（轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行就地和遙控組態(tài)及監(jiān)控流量計運行的能力，該軟件至少應(yīng)當(dāng)顯示和記錄下列數(shù)據(jù)；瞬時流量、軸向平均流速、平均聲速、沿每一聲道的聲速和每一超聲換能器所接收的聲波信號的質(zhì)量。

?報警功能。流量計應(yīng)能以失效安全型、干繼電器接點或與地隔離的無源固態(tài)開關(guān)的

形式提供下述報警狀態(tài)輸出，以便及時采取應(yīng)急措施。

a.輸出失效：當(dāng)在管輸條件下指示的流量無效時。

b.故障狀態(tài)：當(dāng)若干個監(jiān)視參數(shù)中的任一個在相當(dāng)?shù)囊欢螘r間內(nèi)超出了正常工作范圍。

c.部分失效：當(dāng)多路聲道的一個或多個無法使用時。

⑦零流量檢驗測試。每臺流量計都應(yīng)進(jìn)行零流量檢驗測試，并遵循以下步驟。

a.在流量計兩端裝上盲板后，用抽吸或置換的方法將流量測量管內(nèi)的所有空氣排出， 壓進(jìn)聲速已知的純氣體（通常為氮氣）或混合氣體，在這個測量腔內(nèi)保持零流量。

b.從測試開始，氣體的壓力和溫度應(yīng)保持穩(wěn)定。在零流量時，信號的順流傳播時間t_D和逆流傳播時間t_U應(yīng)是相等的，即

③實流校準(zhǔn)

a.校準(zhǔn)應(yīng)測試下列流量點： qmin、O.1Oqmax、O.25qmax、O.40qmax、O.7Oqmax和qmax。

b.實流校準(zhǔn)應(yīng)在用戶平均操作條件的氣體溫度、壓力和密度下進(jìn)行。校準(zhǔn)時應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度對測試結(jié)果不確定度的合成。

c.在實流校準(zhǔn)測試時，每個流量點至少測試3次，每次數(shù)據(jù)采集時間不得小于lOOs， 一般為200s，并取3次平均值，在流量下限部分，測試可增加到5~lO次。

d.校準(zhǔn)完畢，可根據(jù)各流量實驗點的誤差計算校正值，并采用合適的誤差修正方法予以修正。

⑨現(xiàn)場驗證測試要求。氣體超聲流量計一般都有豐富的自診斷功能，在儀表工作異常時，調(diào)閱診斷信息，可獲得重要線索。除此以外，還可通過下面的測試和分析，對儀表工作情況作出判斷。

a.零流量測試。在無流動介質(zhì)的情況下，檢查流量計的讀數(shù)是否為零或在流量計本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

b.聲速測試及分析。首先測出某一工況條件下的實際聲速，再計算出相同條件下的理論聲速，兩者之間的差值應(yīng)在儀表本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

c.聲道長度測試及分析。首先測量出實際聲道長度，然后在零流量條件下，由理論聲速和測量出的傳播時間計算出聲道長度，兩者之間的差值應(yīng)在儀表本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

d.聲道間讀數(shù)差異檢查。對于多聲道超聲流量計，應(yīng)檢查不同聲道在零流量條件下的讀數(shù)，其讀數(shù)差異應(yīng)在儀表本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

（5）城市天然氣流量計的選型 城市是天然氣使用的Z終用戶，城市普遍使用天然氣是現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。面對系統(tǒng)繁雜、需求多樣的用戶群體，要處理許多同輸氣計量站不同的問題，其顯著的特點是：流體壓力較低（1.6MPa以下）；口徑較?。―N300以下）；安裝條件差（直管長度不足）；管道維護(hù)力量薄弱；要求計量儀表功能簡明易懂、操作方便、免維修、價格適中等。在作計量儀表選型時，不僅要考慮用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力，還要兼顧用戶單位儀表選型的傳統(tǒng)習(xí)慣。在眾多的流量計類型中，除了上面三種，常見的還有下面幾種。

①旋轉(zhuǎn)式容積流量計。用作天然氣計量的旋轉(zhuǎn)式容積流量計主要是氣體腰輪流量計，不僅可用來計量干氣，也可用來計量濕氣（即伴生氣）。由于孔板流量計和渦輪流量計不適應(yīng)測量含有液滴的伴生氣，氣體腰輪流量計因沒有嚴(yán)格要求，所以相對具有一定的*性。容積式流量計的另一優(yōu)點是對流動脈動不敏感。

氣體腰輪流量計在使用中應(yīng)注意以下幾個問題。

a.為防卡、堵，流量計前應(yīng)加裝網(wǎng)目數(shù)恰到好處的過濾器，并注意排污、檢查和清洗 過濾網(wǎng)。

b.儀表投運前應(yīng)先走旁通，并確保儀表前、過濾器后的管段內(nèi)沒有焊渣等垃圾。投運步驟與前面所述的氣體渦輪流量計相同。防止腰輪在超速條件下運行o

c.應(yīng)防止計量腔積液，為此，儀表應(yīng)垂直安裝，流量計應(yīng)高出工藝管線，以便定期排出積液。

d.容積式流量計運行出現(xiàn)問題時，其上下游壓差可能產(chǎn)生相應(yīng)變化，因此維修人員應(yīng)經(jīng)常留心觀察此壓差，從而對故障是否存在作出判斷。

e.沖洗管道的蒸汽禁止通過流量計。

f.定期拆洗保養(yǎng)和潤滑。

容積式流量計的不足之處是高速轉(zhuǎn)動時噪聲較大。轉(zhuǎn)動部分一旦被垃圾卡死就會影響天然氣的供應(yīng)。其另一個特殊的地方是有降壓脈動。根據(jù)測量原理，腰輪轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生小的壓力脈動。通常情況下，此脈動對自身測量無影響，但在用標(biāo)準(zhǔn)表同腰輪流量計串聯(lián)起來校準(zhǔn)時，就有可能對標(biāo)準(zhǔn)流量計的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。

②旋進(jìn)旋渦流量計

a.儀表結(jié)構(gòu)與工作原理。旋進(jìn)旋渦流量計的結(jié)構(gòu)如圖3.26所示，它由殼體、旋渦發(fā)生器、檢測元件和轉(zhuǎn)換顯示系統(tǒng)組成。旋渦發(fā)生器使氣流旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生旋渦流，殼體內(nèi)的文丘里管及擴(kuò)散段使渦流發(fā)生進(jìn)動，檢測元件將進(jìn)動頻率檢測出來。轉(zhuǎn)換和顯示系統(tǒng)將檢測到的信號放大和轉(zhuǎn)換后經(jīng)運算在顯示器上顯示并將信號送二次表處理。

b.儀表的特點：工作溫度范圍寬；范圍度大；雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)，不受流體溫度、壓力、密度和黏度影響；適應(yīng)性強(qiáng)，除含有較大顆?；蜉^長纖維雜質(zhì)外，一般不需裝過濾器；對上下游直管段要求較低，取上游4D和下游2D直管段即可輸出頻率同體積流量成線性關(guān)系。

其不足之處是壓損較大，其次，旋進(jìn)旋渦流量計屬流體振動式流量計，對于管道振動和電磁干擾較敏感，所以只能在振動較小、無電磁干擾的環(huán)境中使用。

5 間接法測量組分變化氣體的質(zhì)量流量

*，采用溫度、壓力和壓縮系數(shù)補(bǔ)償?shù)姆椒梢杂脕頊y量氣體質(zhì)量流量，但這于組成穩(wěn)定或組成只有很小變化的一般氣體，這時，組成對流體密度的影響可予忽略，因此對測量示值的影響也可忽略。

對于組成變化較大的氣體，組成對流體密度的影響就不能忽略了。例如在煉油廠、石化廠，有些石油加工過程中的石油氣組成變化很大，流體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度在較大的范圍內(nèi)變化。有的可燃?xì)怏w系統(tǒng)變化范圍可達(dá)0.1554~2.0321kg/m^3[27]，這時，如果仍然將流體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度當(dāng)作常數(shù)來處理，Z大測量誤差就將達(dá)百分之幾十，這是不允許的。

采用渦街流量計與孔板差壓式流量計串聯(lián)并同流量演算器一起組合而成的測量系統(tǒng)能很好地解決這個問題，其原理框圖如圖3.27所示。

在該系統(tǒng)中有下面的關(guān)系式。渦街流量傳感器數(shù)學(xué)模型為

式中 qm——質(zhì)量流量；

ρ——渦街流量傳感器出口端流體密度；

f——渦街流量傳感器輸出頻率；

K_t——渦街流量傳感器工作狀態(tài)下流量系數(shù)。

孔板式差壓流量計數(shù)學(xué)模型為

式中 k₁——系數(shù)；

ρ₁——節(jié)流體正端取壓口處流體密度；

Δp——差壓。

將式（3.77）平方后除以式（3.76）得

由于孔板差壓式流量計串接在渦街流量計后面，ρ1與ρ近倒相等，即

所以式（3.78）可化簡為

在流量演算器中具體實現(xiàn)式（3.80）時，Δρ可由式（3.81）求得。

式中 Ai——差壓輸入信號；

Δpmax——流量測量上限所對應(yīng)的差壓。

而k₁可由孔板差壓式流量計的滿度條件求得。

從式（3.77）得

式中 qmmax——流量測量上限；

ρ1d——設(shè)計狀態(tài)下孔板正端取壓口流體密度。

所以

因此，將K_t、ΔPmax、qmmax和ρ1d置入演算器，儀表就能從輸入信號A_i和f計算qm。

演算器不僅能計算和顯示質(zhì)量流量，而且能計算和顯示密度ρ。

將式（3.76）、式（3.80）和式（3.79）聯(lián)立解之得

儀表顯示的流體密度值可用成分分析儀器測得的混合氣體組分值，與經(jīng)下式計算得到的理論密度進(jìn)行比較，求得示值誤差。

式中 ρn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)混合氣體密度；

X₁，…， X_m——各組分的含量（V/V）；

ρ₁，…，ρ_m——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件下各組分密度。

工作狀態(tài)下混合氣體理論密度ρf為

求得理論密度后，還可用式（3.76）計算理論質(zhì)量流量，用以校驗儀表的質(zhì)量流量示值。這一方法尤其適合流體組分變化頻繁、變化幅度大的對象，但需兩臺流量計，對于管徑較大的對象，投資略大些。所以，對于組分變化不頻繁、變化幅度也不很大的對象，例如天然氣流量測量，可用溫度、壓力補(bǔ)償，再配上組分修正的方法，更可節(jié)約投資。

使用這個方法進(jìn)行組分補(bǔ)償時，選擇幾個變化幅度較大的組分定期用儀器進(jìn)行分析，并用人工方法修改流量演算器中相應(yīng)窗口的組分設(shè)置值，用新的分析值取代原有的設(shè)置值。儀表運行后就可按式（3.84）和式（3.85）計算流體密度，進(jìn)而計算質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量。

智能流量演算器是工業(yè)儀表，采用演算器完成上述演算不僅度高，可靠性好，而且安裝使用方便。

6 用科氏力流量計測量組分變化氣體的質(zhì)量流量

近年來，科氏力流量計的制造技術(shù)獲得了快速發(fā)展，例如CMF1OO傳感器與2400S變送器配用，測量液體時，流體的質(zhì)量流量度可達(dá)流量值的±0.05%，而且已延伸到氣體流量的測量。應(yīng)用上述配置的流量計測量氣體質(zhì)量流量，度可達(dá)流量值的±0.35%。因為它能直接顯示質(zhì)量流量，所以比3.2.5節(jié)所述的方法更簡單、更準(zhǔn)確，但因氣體管道直徑一般比較大，選用科氏力流量計去測量投資很高，所以具體選型時應(yīng)根據(jù)必要性決定取舍。

應(yīng)用科氏力流量計測量氣體流量時還要考慮一個重要問題，即可行性。因為現(xiàn)有的產(chǎn)品測量壓力很低的氣體流量，目前還有困難，所以選型時應(yīng)列出具體測量點的工況條件及物性數(shù)據(jù)，向供應(yīng)商咨詢，確認(rèn)是否落在可測范圍內(nèi)。