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改善計量手段，大力降低燃氣供銷差率
摘要：論述了當前燃氣計量應用的一般方法及存在問題，推薦一種全新的智能化全量程燃氣流量計
城市燃氣化已成為改善城市環(huán)境的重要標志之一，由于我國油氣田的大量開采，促進了城市燃氣化的進程。然而過去已有燃氣供應的城市設(shè)備落后，跟不上發(fā)展的需要，更缺少有效的管理經(jīng)驗，而一些新啟動的管道供氣單位也存在著一些管理上的弊病，運營中造成巨大的虧損，有的城市每年竟有億元之巨的大額虧損，這又給燃氣的發(fā)展帶來了憂慮。沒有煤氣急著上煤氣，一旦開栓供氣在經(jīng)濟上又給城市背上了沉重的負擔。顯然只用提高供氣價格來補償虧損是不可行的方法，應找出原因，通過先進的科學管理手段改變這一現(xiàn)狀。
從虧損原因看，大致可有以下幾方面：
首先是收費管理方面。目前收費均以到戶抄表為主，雖各城市采取了一些改進措施，但收費流失仍很嚴重，現(xiàn)在多數(shù)城市缺少完善的計量體系，沒有可靠的區(qū)域計量、管區(qū)計量的手段，實際上只能以用戶終端計量作為收費依據(jù)，收多少算多少，對收費流失難以估算，由于用戶多，也難以復查管理。
其次是管路漏失的損失。對于一些年久失修的供氣管線，往往管線漏失也不可忽略。
最后是計量儀表方面。這幾方面綜合起來，計量是虧損的主導方面，前邊兩方面管理落后以及不能及時發(fā)現(xiàn)管線漏失都與有效計量有關(guān)。本文將從燃氣收費計量儀表的現(xiàn)狀和存在問題分析，介紹一種新型的智能化儀表，以期能對解決目前困擾燃氣計量的一些問題有所幫助。
一、管道燃氣計量的現(xiàn)狀
城市管道燃氣包括天然氣及人工煤氣兩大類，用氣對象主要是居民生活小流量用氣和一些工廠、賓館等較大流量的企業(yè)用氣。對于居民生活用氣，目前普遍采用膜式容積式計量表，它可以直接給出用氣的累積量，按量收費。這種儀表已有百年以上歷史，有這么強的生命力主要它具有一些獨特的優(yōu)點。首先是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不易被偷氣，計量中不用電，減化了儀表的使用，不受停電干擾。最后是價格便宜，雖然精度不夠高，但供需雙方也都能接受，對燃氣公司，儀表的正負偏差，可使盈虧基本持平。由于上述原因，當今雖已進入計算機管理的信息化時代，這類儀表目前在國內(nèi)外還在大量應用，有些改進也往往在收費管理上作了一些工作，儀表基本未變。
上述儀表僅適用于小流量的計量，在流量增大時為提高儀表的工作容積，已使儀表箱增大很多。盡管這樣仍不能滿足較大流量的計量，因此人們開始轉(zhuǎn)向選用工業(yè)用氣體流量計。
工業(yè)氣體流量計發(fā)展歷史較久，品種也較多，但經(jīng)過一段探索發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣體流量計也很難完成燃氣計量的需要。其中問題主要有以下幾點。首先是對于氣體流量的計量在工業(yè)中也屬于一個難題。工業(yè)中液體流量計量要較氣的計量可選的方法更多些，如經(jīng)常使用的電磁流量計、超聲波流量計等。雖超聲波流量計從原理上可以進行氣體測量，但難度要大很多。進幾年國外推出可測氣體的超聲流量計，但造價極高，要幾十萬元一臺，這很難大量推廣應用。其它一些工業(yè)流量計由于在工業(yè)中更多的在控制工業(yè)流程中應用，流量都有一個變化的范圍。對于這些流量儀表直接用來燃氣計量收費，還存在很多問題，例如一個差壓式流量計（如孔板、彎管、阿牛巴流量計等）一般它可測流量的上、下限比值（量程比）僅為3：1，在下限以下的流量不能準確計量或不能實現(xiàn)計量。燃氣供應是一個峰谷值很大的對象，對于小流量的流失，不能被燃氣管理部門所接受。
進幾年在國內(nèi)外推出了熱式氣體質(zhì)量流量計，從其特性看，可以適應小流量測量，可以從很低的流速測起，但由于原理限制，在大流量時的靈敏度很低，而且大流量時由于相對誤差增大使總量誤差相當大。除此之外，燃氣成分變化直接影響流量的測量，這樣當流量增大時由于儀表靈敏度下降及燃氣成分的變化可造成相當大的誤差。其次由于儀表需實流標定，標定成本高，儀表的售價也相當高，一臺50mm口徑的儀表售價約為6?/FONT>7萬元，這給管網(wǎng)上大量應用也帶來了困難。
可以用來測量燃氣流量比較成熟的儀表還有孔板流量計，這種流量計是國際上唯一不用實流定標，可以通過計算實現(xiàn)流量計量的儀表。而且我國也根據(jù)國際標準結(jié)合我國的情況制定了自己的國家標準，由于可不必實流標定給推廣帶來了極大的方便，但要求使用時要嚴格符合標準規(guī)定偏離標準要進行修正。但由于不可知的偏離和安裝使用中存在的問題，將會帶來很大的不確定性。因此使用中要十分注意。另外一個問題就是量程范圍問題，按標準規(guī)定只允許使用在3：1的量程范圍內(nèi)，這又給流量變化范圍較大的管線帶來困難。為此，在國內(nèi)外都有并聯(lián)多條管路使用的先例，即把一個大口徑輸送管分解成幾個稍小口徑的管路并聯(lián)，在流量大時幾根管道并聯(lián)供氣，在流量減小時可自動（或人工）閉掉幾路，這樣就可以根據(jù)管路的多少，來降低下限可測流量。一般采用計算機自動控制閥門開關(guān)，由于閥門動作頻繁，可靠性、壽命成了關(guān)鍵問題。大口徑自動閥門價貴也給用戶采用帶來困難。
其它工業(yè)用流量計還可選用渦街流量計，它屬流體振動式流量計，管道內(nèi)設(shè)有專用的固定件作為漩渦發(fā)生體，在流動氣體中，其流速將正比于產(chǎn)生漩渦的頻率，屬速度式流量計，這種流量儀表在近10--20年內(nèi)發(fā)展很快，主要是這壓力損失少，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果不受氣體成份密度變化影響，精度較高一般可達±1%的不確定度，用于煤氣測量可以用空氣標定，標定成本較低。缺點是一般抗振動干擾能力差，尤其是小流量或零流量時有時輸出很大的虛假信號。其次，雖然量程比比差壓式流量計大，一般下限不可測流速也達（4--5）m/s左右，這種儀表對防止小流量流失也無能為力。
此外，還有一些帶有可動或旋轉(zhuǎn)運動的容積式流量計和速度式葉輪流量計，它們品種繁多，也可保證一定精度，但由于有可動部件影響可靠性和壽命。在口徑較大時，造價高，或改用插入式又將大大降低精度，所以也未被廣大用戶所認可。
二、提高燃氣計量的科學性和合理性
在燃氣計量管理中一個值得注意的問題是計量結(jié)算的科學合理性，當前我國城市管道煤氣計量普遍采用容積計量，即按使用燃氣的容積來收費，這種方法除了受燃氣的壓力、溫度影響外，對燃氣的質(zhì)量沒有約束。目前國際上較先進的計量方法已過渡到質(zhì)量計量和熱值計量。質(zhì)量流量的計量克服了壓力、溫度的影響，而熱值計量更與供氣燃燒發(fā)熱值相聯(lián)系。由于技術(shù)等原因，目前我國直接進入熱值計量還有一定難度，但對用氣量較大的單位應考慮向質(zhì)量計量或熱值計量靠攏。在實際應用中供氣壓力可變動很大，尤其是設(shè)立調(diào)壓站的用戶，壓力一般可根據(jù)需要設(shè)定，其范圍變化也較大，根據(jù)建設(shè)部制定的“城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范”中規(guī)定，不同燃氣用戶所用的壓力相差很大，工業(yè)用戶及單獨鍋爐房允許最高壓力為0.4MPa，公共建筑及居民用戶由低壓進戶和中壓進戶不同壓力分別為0.005和0.2 MPa。在這樣大的壓力范圍內(nèi)，壓力波動在10?0%，是完全可能的，此時引起體積流量變化也接近上述壓力變化值，由此造成的計量誤差遠超出一般計量儀表的允許誤差。為此對一些部門加裝了溫度、壓力補償裝置，以便推導出瞬時質(zhì)量流量（N m3/h
）再進行累計，使計量更加合理，但由于增加了計量的配套設(shè)置（溫度、壓力傳感器、變送器及流量積算儀）使裝置成本有很大提高，影響了質(zhì)量流量的推廣。由于上述原因也將造成顯著的整體計量誤差。
應當指出目前由于采用的計量手段所用單位不一致，也導致了供差率計算的難度。一些終端儀表采用沒有作過壓力、溫度修正的體積流量值，而在作總供量管理部門（或監(jiān)測點）測出的流量值是在另外一個溫度、壓力狀態(tài)下的體積量，這兩個總量肯定存在很大差值。
三、智能式全量程燃氣流量計
前邊已介紹熱式質(zhì)量流量計，它對小流量極為敏感。有如圖一之特性曲線a，在流速增高時特性很快飽合，靈敏度下降，使測量精度下降。它不適于大流量測量。而渦街流量計有很好的線性特性，如圖一特性b所表示，但它的小流量 測量不能再往下限延伸。利用了這兩種原理的特性，構(gòu)成了一個從零開始計量的儀表，被稱之為全量程流量計；即在小流量時應用熱式原理測量，當流速增大到渦街流量計敏感范圍后，再用渦街原理完成大流量測量。保持了渦街測量大流量的優(yōu)點。兩個測量原理在交點p處轉(zhuǎn)換，線性化、自動切換均由單片機完成。最后儀表輸出標準狀態(tài)下瞬時體積流量（Nm3/h）和累積流量（Nm3）。
圖一 儀表輸出特性
儀表的構(gòu)成方塊圖如圖二所示：
圖二 測量原理方塊圖
從上面分析可見，本儀表具有以下一些特點：
1、可實現(xiàn)燃氣的全量程計量。不存在小流量漏失；
2、儀表全量程實現(xiàn)了質(zhì)量計量。熱式流量計本身是直接質(zhì)量流量計，可給出標準狀況下的體積量（可換算成實際質(zhì)量數(shù)），而渦街傳感器給出的為工作狀態(tài)下的體積量，經(jīng)過溫度壓力修正后折算出標準狀態(tài)下體積流量輸出；
3、儀表高度一體化并具有較高精度。在本儀表中根據(jù)功能需要設(shè)有溫度、壓力及兩個不同原理的流量傳感器，再配以相應的變換，運算、處理電路構(gòu)成一個高度一體化的檢測儀表，不但提高了可靠性，簡化了儀表系統(tǒng)，減化了儀表的維修且大大降低了儀表系統(tǒng)的成本。儀表除了可輸出標準狀態(tài)下瞬時體積流量和累積流量外，還可根據(jù)需要輸出介質(zhì)的壓力、溫度值。在全部量程內(nèi)儀表都具有較高的測量精度。具體指標完全可滿足國家規(guī)定的燃氣計量精度要求，本儀表的示值不確定度為：±（0.5%指示值+0.5%滿量程值）。其誤差分布如圖三所示：
圖三 誤差分布曲線圖
從這個誤差分布可看出，在測量大流量時，總誤差不超過±1%，在測量小流量時誤差相應會減少很多，這是其它儀表所不具備的特性。
4、具有掉電自動保護及防竊氣功能。本儀表采用市電供電，當電源在不超過8小時正常停電時，本儀表具有保護電源，保證儀表正常計量，不會漏計。如果用戶有意拉斷電源，超過8小時以后儀表將記錄下停電的次數(shù)及停電時間及供電時間，給出這個時間記錄意味著儀表曾長時間停電，在這個時間內(nèi)用氣量被漏記，在統(tǒng)計收費時可根據(jù)具體情況給予罰處。在超出8小時停電，儀表中已存入的累積量不會丟掉，來電后將繼續(xù)累積。
5、可實現(xiàn)客觀抄表或計算機聯(lián)網(wǎng)。為了減輕抄表工作量和防止個別抄表員不客觀抄表造成收費流失，本表開發(fā)的同時專門開發(fā)了便攜式抄表器（數(shù)據(jù)采集器），抄表員只要把抄表器的專門插頭接入儀表數(shù)據(jù)輸出口，即可取出存貯于表內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)，其中包括：日期、用戶編碼，用氣量總累積值、停電次數(shù)及各次停電、供電時間等。抄表員完成抄表后，即可把抄表器交總收費站收費計算機統(tǒng)一處理。
隨著各行業(yè)現(xiàn)代化管理的發(fā)展， 本儀表還可根據(jù)用戶需要設(shè)通訊數(shù)據(jù)輸出口，可以通過有線或無線聯(lián)網(wǎng)。在不具備條件時，可以用前述方法實現(xiàn)人工聯(lián)網(wǎng)，即人工采集，統(tǒng)一計算機處理，具有靈活的選擇性。
本儀表采用大小流量分段檢測實現(xiàn)全量程計量在國內(nèi)外尚屬首創(chuàng),已獲國家專利,已通過有關(guān)計量部門產(chǎn)品測試頒發(fā)了產(chǎn)品合格證書及得到了防爆認證。
相信隨本儀表的投入使用，將會大大提高供氣的社會效益和經(jīng)濟效益，對小區(qū)管理及區(qū)域計量管理也將會有明顯的改善。
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