摘　要：對(duì)某計(jì)量偏差問(wèn)題進(jìn)行探討，提出腰輪流量表計(jì)量過(guò)程中天然氣竄流現(xiàn)象。分析天然氣在腰輪流量表內(nèi)反向流動(dòng)產(chǎn)生的原因、判斷方法以及預(yù)防措施，提出了腰輪流量表設(shè)計(jì)和安裝的建議。

關(guān)鍵詞：腰輪流量表  計(jì)量誤差  竄流  反向流動(dòng)

Research on By-passing Phenomenon during Measurement with Roots Flowmeter

Abstract：A measurement deviation problem is discussed．The natural gas by-passing phenomenon during measurement with Roots flowmeter is put forward．The cause of reverse flow of natural gas in Roots flowmeter，the judgment method and prevention measures are analyzed．Suggestions on design and installation Roots flowmeter are taken．

Keywords：Roots flowmeter：measurement error；by-passing；reverse flow

1　計(jì)量偏差問(wèn)題的提出

蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱蕪湖新興鑄管)于2007年8月接入天然氣，雙方認(rèn)可的貿(mào)易計(jì)量裝置是蕪湖中燃城市燃?xì)獍l(fā)展有限公司(簡(jiǎn)稱蕪湖中燃公司)提供的腰輪流量表(稱之為主表)，型號(hào)為2M175-FCM-I。蕪湖中燃公司天然氣主干管為DN 500mm的鋼質(zhì)管道，壓力為中壓A級(jí)(0.4MPa)，規(guī)格為DN 50mm的主表距天然氣主干管約15m，距車間調(diào)壓計(jì)量站約350m，廠內(nèi)主管道管徑為DN 250mm。天然氣用于煉鋼部連鑄機(jī)火焰切割，2007年8月中旬開(kāi)始使用天然氣，至當(dāng)年l2月中旬共4個(gè)月，主表累計(jì)天然氣使用量為12.5×10⁴m³，但車間調(diào)壓計(jì)量站內(nèi)與主表同規(guī)格、同型號(hào)的腰輪流量表(稱之為副表)累計(jì)天然氣使用量?jī)H為0.65×10⁴m³，兩者相差近20倍，為何會(huì)出現(xiàn)如此巨大的計(jì)量偏差值得探討。

2　產(chǎn)生偏差的原因探討

2.1　貿(mào)易計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性

貿(mào)易結(jié)算數(shù)據(jù)采自主表，主表精度為l.5級(jí)，在用戶的要求下，將該流量表送至國(guó)家法定計(jì)量檢定部門檢定，經(jīng)過(guò)汁量檢定為合格產(chǎn)品。副表為生產(chǎn)控制計(jì)量，精度為l.5級(jí)，經(jīng)過(guò)用戶送檢，計(jì)量檢定結(jié)果也為合格產(chǎn)品。即使流量表精度變化較大，也不足以產(chǎn)生如此巨大的偏差，可以判定此現(xiàn)象與表具精度無(wú)關(guān)。

2.2　天然氣泄漏

當(dāng)煉鋼部連鑄機(jī)停止工作時(shí)，副表的瞬時(shí)流量為零，而主表的瞬時(shí)流量不穩(wěn)定，標(biāo)態(tài)流量基本在0～30m³／h范圍內(nèi)波動(dòng)。

蕪湖中燃公司起初認(rèn)定兩表之間的管道可能存在嚴(yán)重的泄漏現(xiàn)象，但是考慮到如果4個(gè)月內(nèi)泄漏11.85×10⁴m³天然氣，天然氣管道通過(guò)區(qū)域肯定能夠嗅到加臭劑四氫噻吩濃烈的氣味，似乎大規(guī)模泄漏現(xiàn)象不可能發(fā)生。雙方人員對(duì)天然氣使用情況及管道設(shè)備進(jìn)行了實(shí)地踏勘，認(rèn)為該用氣項(xiàng)目為工業(yè)用氣，架空管道較長(zhǎng)且高空放散管較多，由于天然氣的相對(duì)密度只有0.56，也就是說(shuō)天然氣遠(yuǎn)比空氣輕，架空管道距地面10m以上，個(gè)別放散管距地面超過(guò)20 m，即使天然氣泄漏也會(huì)快速向上擴(kuò)散，地面人員很難嗅到加臭劑的氣味。于是采用了以下3種方式檢漏：

①采用可燃?xì)怏w探測(cè)器檢查地下管道以及架空管道的泄漏情況，經(jīng)過(guò)兩天的檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)任何泄漏點(diǎn)。

②檢查所有的放散管閥門是否完全關(guān)閉以及是否內(nèi)漏，檢查安全閥是否漏氣，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)任何泄漏。

③關(guān)閉兩表前閥門l2h后，雙方人員共同觀察管道壓力，并無(wú)明顯降壓。

以上結(jié)果說(shuō)明管道泄漏論點(diǎn)不成立。

2.3　強(qiáng)電磁干擾

由于貿(mào)易計(jì)量裝置具有溫度和壓力補(bǔ)償功能，工況流量均補(bǔ)償至基準(zhǔn)狀態(tài)(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和20℃)，該腰輪流量表設(shè)有體積積分儀的電路系統(tǒng)。就設(shè)備是否會(huì)受到電磁干擾的問(wèn)題，向流量表生產(chǎn)廠家咨詢，生產(chǎn)廠家的工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)調(diào)查研究后認(rèn)為貿(mào)易結(jié)算流量表(主表)的體積積分儀的電路系統(tǒng)有可能受到附近高壓電力變壓器強(qiáng)電磁干擾，造成內(nèi)部數(shù)字信號(hào)紊亂，要求采用磁場(chǎng)屏蔽方式解決。用戶采取金屬網(wǎng)屏蔽，計(jì)量偏差并未改變，該因素影響被排除。

3　計(jì)量過(guò)程中天然氣竄流分析

排除了表精度、天然氣泄漏及強(qiáng)電磁干擾等原因，雙方開(kāi)始剖析計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理以及受到各種可能的影響，提出疑問(wèn)，集思廣益。在排除了各種可能后，筆者提出天然氣在腰輪流量表中竄流的可能性。

3.1　腰輪流量表工作原理

腰輪流量表屬于體積流量計(jì)，當(dāng)被測(cè)氣體流經(jīng)計(jì)量腔時(shí)，流量計(jì)的進(jìn)出口兩端形成一定的壓差并推動(dòng)腰輪旋轉(zhuǎn)，由于計(jì)量腔的容積是固定的，因此被測(cè)氣體的流量與腰輪轉(zhuǎn)速成正比。計(jì)數(shù)方式有3種：

①計(jì)數(shù)器顯示

由氣體驅(qū)動(dòng)的腰輪轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一定傳動(dòng)比的變速機(jī)構(gòu)傳給機(jī)械計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的累計(jì)值即是被測(cè)流體在某段時(shí)間內(nèi)的工況體積，家用燃?xì)獗砭褪遣捎眠@種方式計(jì)量。還有一種方式是腰輪轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一定傳動(dòng)比的變速機(jī)構(gòu)并通過(guò)電磁耦合傳給計(jì)數(shù)器，目前許多腰輪流量表、渦輪流量表都是采用這種方式計(jì)量。

②數(shù)碼顯示

腰輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)四塊小磁鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)引起閉合線圈中的磁通量變化，根據(jù)楞次定律，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周可以在閉合線圈中產(chǎn)生四次感應(yīng)電流，通過(guò)儀表可識(shí)別為四個(gè)電脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖信號(hào)代表固定值的天然氣工況體積。依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖信號(hào)數(shù)量，得到工況瞬時(shí)流量，并通過(guò)溫度和壓力補(bǔ)償，得到標(biāo)況瞬時(shí)流量。標(biāo)況瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，可得到天然氣某段時(shí)間內(nèi)的標(biāo)況體積。瞬時(shí)流量和體積可用數(shù)碼顯示。

③同時(shí)具備計(jì)數(shù)器顯示和數(shù)碼顯示

目前多數(shù)腰輪流量表同時(shí)具備計(jì)數(shù)器顯示和數(shù)碼顯示功能，即使失電也能保留工況體積，避免發(fā)生計(jì)量結(jié)算糾紛。

腰輪流量表的結(jié)構(gòu)決定了表具流向可互換，即腰輪既可正向轉(zhuǎn)動(dòng)，也可反向轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)楞次定律，磁通量的變化在閉合線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流(電脈沖信號(hào))具有方向性。如果計(jì)算流量時(shí)不僅讀取電脈沖信號(hào)數(shù)量，而且對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行矢量加和，即可排除腰輪流量表反轉(zhuǎn)的影響。但是，目前表具生產(chǎn)廠家儀表系統(tǒng)集成電路計(jì)算流量時(shí)，只對(duì)電脈沖信號(hào)數(shù)量進(jìn)行代數(shù)加和，并不加和計(jì)算電脈沖信號(hào)的方向，如果腰輪流量表發(fā)生反轉(zhuǎn)，一定會(huì)將反向流動(dòng)的天然氣計(jì)入流量和體積。

3.2　導(dǎo)致天然氣反向流動(dòng)的客觀條件

流量表兩端管道屬同一壓力級(jí)制，通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)蕪湖中燃公司城市主干管進(jìn)入廠區(qū)時(shí)的天然氣壓力和廠內(nèi)主管道中的天然氣壓力均在0.33～0.38MPa范圍內(nèi)波動(dòng)。

廠內(nèi)燃?xì)夤艿酪?guī)格為DN 250mm，是按照5000m³／h標(biāo)況流量設(shè)計(jì)確定，而車間調(diào)壓計(jì)量站內(nèi)的流量表工況流量平均僅為l2m³／h(標(biāo)況流量約為54m³／h)，則廠內(nèi)主管道中天然氣平均流速僅為0.068m／s，調(diào)壓計(jì)量站后用氣壓力儀為0.08MPa。建立天然氣供應(yīng)體系數(shù)學(xué)模型時(shí)，可以將城市主管網(wǎng)和廠內(nèi)管道視為兩個(gè)較大容器，通過(guò)腰輪流量表連通。

3.3　天然氣竄流現(xiàn)象的產(chǎn)生

①車間正常用氣時(shí)的竄流現(xiàn)象

當(dāng)城市主管網(wǎng)壓力及廠內(nèi)管道壓力相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，由于車間用氣導(dǎo)致廠內(nèi)管道末端壓力下降，天然氣正常有序流動(dòng)，即天然氣由城市主管網(wǎng)向廠內(nèi)車間用氣點(diǎn)流動(dòng)，腰輪流量表腰輪正方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

城市管網(wǎng)內(nèi)用戶眾多，用氣負(fù)荷始終變化，壓力波動(dòng)頻繁。當(dāng)城市主管網(wǎng)壓力降低的速率較大時(shí)，由于車間用氣流量很小，廠區(qū)管道中天然氣壓力并沒(méi)有快速降低，一段時(shí)間內(nèi)天然氣回流，導(dǎo)致腰輪流量表腰輪反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

②車間停工不用氣時(shí)的竄流現(xiàn)象

車間不用氣時(shí)，竄流現(xiàn)象更加明顯。當(dāng)城市用氣負(fù)荷變化較大，主管網(wǎng)壓力波動(dòng)頻繁，天然氣頻繁發(fā)生雙向流動(dòng)，即主管網(wǎng)壓力升高，腰輪流量表腰輪正方向轉(zhuǎn)動(dòng)；主管網(wǎng)壓力下降，腰輪流量表腰輪反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這可以合理解釋為什么車間停止生產(chǎn)，副表瞬時(shí)流量為零，而貿(mào)易結(jié)算的主表仍然發(fā)生累積計(jì)量。

4　竄流分析的驗(yàn)證

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。以上分析是否科學(xué)合理，必須通過(guò)試驗(yàn)加以驗(yàn)證才能使人信服。為了消除竄流現(xiàn)象，必須阻止天然氣回流，筆者建議采用安裝止回閥的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)燃?xì)夤就猓谫Q(mào)易結(jié)算流量表后加裝一個(gè)止回閥，竄流現(xiàn)象立刻消失。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的觀察，主表與副表相對(duì)累積流量吻合，供求雙方就結(jié)算費(fèi)用達(dá)成一致。

5　結(jié)論

為了避免發(fā)生流量表竄流現(xiàn)象，腰輪流量表設(shè)計(jì)和安裝時(shí)應(yīng)注意：

①當(dāng)流量表安裝在燃?xì)庹{(diào)壓器前端，流量表與調(diào)壓器之間的安裝距離不宜過(guò)大，盡管調(diào)壓器本身具備止回功能，然而流量表與調(diào)壓器之間的管道容積過(guò)大，仍可能產(chǎn)生竄流現(xiàn)象。當(dāng)流量表安裝在燃?xì)庹{(diào)壓器后端，而且只有一臺(tái)流量表時(shí)，調(diào)壓器與流量表之間的安裝距離不受限制。

②當(dāng)流量表獨(dú)立安裝時(shí)，應(yīng)在表前或表后安裝止回閥。

本文作者：許國(guó)方

作者單位：蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司