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改善计量手段，大力降低燃气供销差率
摘要：论述了当前燃气计量应用的一般方法及存在问题，推荐一种全新的智能化全量程燃气流量计
城市燃气化已成为改善城市环境的重要标志之一，由于我国油气田的大量开采，促进了城市燃气化的进程。然而过去已有燃气供应的城市设备落后，跟不上发展的需要，更缺少有效的管理经验，而一些新启动的管道供气单位也存在着一些管理上的弊病，运营中造成巨大的亏损，有的城市每年竟有亿元之巨的大额亏损，这又给燃气的发展带来了忧虑。没有煤气急着上煤气，一旦开栓供气在经济上又给城市背上了沉重的负担。显然只用提高供气价格来补偿亏损是不可行的方法，应找出原因，通过先进的科学管理手段改变这一现状。
从亏损原因看，大致可有以下几方面：
首先是收费管理方面。目前收费均以到户抄表为主，虽各城市采取了一些改进措施，但收费流失仍很严重，现在多数城市缺少完善的计量体系，没有可靠的区域计量、管区计量的手段，实际上只能以用户终端计量作为收费依据，收多少算多少，对收费流失难以估算，由于用户多，也难以复查管理。
其次是管路漏失的损失。对于一些年久失修的供气管线，往往管线漏失也不可忽略。
最后是计量仪表方面。这几方面综合起来，计量是亏损的主导方面，前边两方面管理落后以及不能及时发现管线漏失都与有效计量有关。本文将从燃气收费计量仪表的现状和存在问题分析，介绍一种新型的智能化仪表，以期能对解决目前困扰燃气计量的一些问题有所帮助。
一、管道燃气计量的现状
城市管道燃气包括天然气及人工煤气两大类，用气对象主要是居民生活小流量用气和一些工厂、宾馆等较大流量的企业用气。对于居民生活用气，目前普遍采用膜式容积式计量表，它可以直接给出用气的累积量，按量收费。这种仪表已有百年以上历史，有这么强的生命力主要它具有一些独特的优点。首先是结构简单，工作可靠，不易被偷气，计量中不用电，减化了仪表的使用，不受停电干扰。最后是价格便宜，虽然精度不够高，但供需双方也都能接受，对燃气公司，仪表的正负偏差，可使盈亏基本持平。由于上述原因，当今虽已进入计算机管理的信息化时代，这类仪表目前在国内外还在大量应用，有些改进也往往在收费管理上作了一些工作，仪表基本未变。
上述仪表仅适用于小流量的计量，在流量增大时为提高仪表的工作容积，已使仪表箱增大很多。尽管这样仍不能满足较大流量的计量，因此人们开始转向选用工业用气体流量计。
工业气体流量计发展历史较久，品种也较多，但经过一段探索发现工业气体流量计也很难完成燃气计量的需要。其中问题主要有以下几点。首先是对于气体流量的计量在工业中也属于一个难题。工业中液体流量计量要较气的计量可选的方法更多些，如经常使用的电磁流量计、超声波流量计等。虽超声波流量计从原理上可以进行气体测量，但难度要大很多。进几年国外推出可测气体的超声流量计，但造价极高，要几十万元一台，这很难大量推广应用。其它一些工业流量计由于在工业中更多的在控制工业流程中应用，流量都有一个变化的范围。对于这些流量仪表直接用来燃气计量收费，还存在很多问题，例如一个差压式流量计（如孔板、弯管、阿牛巴流量计等）一般它可测流量的上、下限比值（量程比）仅为3：1，在下限以下的流量不能准确计量或不能实现计量。燃气供应是一个峰谷值很大的对象，对于小流量的流失，不能被燃气管理部门所接受。
进几年在国内外推出了热式气体质量流量计，从其特性看，可以适应小流量测量，可以从很低的流速测起，但由于原理限制，在大流量时的灵敏度很低，而且大流量时由于相对误差增大使总量误差相当大。除此之外，燃气成分变化直接影响流量的测量，这样当流量增大时由于仪表灵敏度下降及燃气成分的变化可造成相当大的误差。其次由于仪表需实流标定，标定成本高，仪表的售价也相当高，一台50mm口径的仪表售价约为6?/FONT>7万元，这给管网上大量应用也带来了困难。
可以用来测量燃气流量比较成熟的仪表还有孔板流量计，这种流量计是国际上唯一不用实流定标，可以通过计算实现流量计量的仪表。而且我国也根据国际标准结合我国的情况制定了自己的国家标准，由于可不必实流标定给推广带来了极大的方便，但要求使用时要严格符合标准规定偏离标准要进行修正。但由于不可知的偏离和安装使用中存在的问题，将会带来很大的不确定性。因此使用中要十分注意。另外一个问题就是量程范围问题，按标准规定只允许使用在3：1的量程范围内，这又给流量变化范围较大的管线带来困难。为此，在国内外都有并联多条管路使用的先例，即把一个大口径输送管分解成几个稍小口径的管路并联，在流量大时几根管道并联供气，在流量减小时可自动（或人工）闭掉几路，这样就可以根据管路的多少，来降低下限可测流量。一般采用计算机自动控制阀门开关，由于阀门动作频繁，可靠性、寿命成了关键问题。大口径自动阀门价贵也给用户采用带来困难。
其它工业用流量计还可选用涡街流量计，它属流体振动式流量计，管道内设有专用的固定件作为漩涡发生体，在流动气体中，其流速将正比于产生漩涡的频率，属速度式流量计，这种流量仪表在近10--20年内发展很快，主要是这压力损失少，工作可靠，结构简单，测量结果不受气体成份密度变化影响，精度较高一般可达±1%的不确定度，用于煤气测量可以用空气标定，标定成本较低。缺点是一般抗振动干扰能力差，尤其是小流量或零流量时有时输出很大的虚假信号。其次，虽然量程比比差压式流量计大，一般下限不可测流速也达（4--5）m/s左右，这种仪表对防止小流量流失也无能为力。
此外，还有一些带有可动或旋转运动的容积式流量计和速度式叶轮流量计，它们品种繁多，也可保证一定精度，但由于有可动部件影响可靠性和寿命。在口径较大时，造价高，或改用插入式又将大大降低精度，所以也未被广大用户所认可。
二、提高燃气计量的科学性和合理性
在燃气计量管理中一个值得注意的问题是计量结算的科学合理性，当前我国城市管道煤气计量普遍采用容积计量，即按使用燃气的容积来收费，这种方法除了受燃气的压力、温度影响外，对燃气的质量没有约束。目前国际上较先进的计量方法已过渡到质量计量和热值计量。质量流量的计量克服了压力、温度的影响，而热值计量更与供气燃烧发热值相联系。由于技术等原因，目前我国直接进入热值计量还有一定难度，但对用气量较大的单位应考虑向质量计量或热值计量靠拢。在实际应用中供气压力可变动很大，尤其是设立调压站的用户，压力一般可根据需要设定，其范围变化也较大，根据建设部制定的“城镇燃气设计规范”中规定，不同燃气用户所用的压力相差很大，工业用户及单独锅炉房允许最高压力为0.4MPa，公共建筑及居民用户由低压进户和中压进户不同压力分别为0.005和0.2 MPa。在这样大的压力范围内，压力波动在10?0%，是完全可能的，此时引起体积流量变化也接近上述压力变化值，由此造成的计量误差远超出一般计量仪表的允许误差。为此对一些部门加装了温度、压力补偿装置，以便推导出瞬时质量流量（N m3/h
）再进行累计，使计量更加合理，但由于增加了计量的配套设置（温度、压力传感器、变送器及流量积算仪）使装置成本有很大提高，影响了质量流量的推广。由于上述原因也将造成显著的整体计量误差。
应当指出目前由于采用的计量手段所用单位不一致，也导致了供差率计算的难度。一些终端仪表采用没有作过压力、温度修正的体积流量值，而在作总供量管理部门（或监测点）测出的流量值是在另外一个温度、压力状态下的体积量，这两个总量肯定存在很大差值。
三、智能式全量程燃气流量计
前边已介绍热式质量流量计，它对小流量极为敏感。有如图一之特性曲线a，在流速增高时特性很快饱合，灵敏度下降，使测量精度下降。它不适于大流量测量。而涡街流量计有很好的线性特性，如图一特性b所表示，但它的小流量 测量不能再往下限延伸。利用了这两种原理的特性，构成了一个从零开始计量的仪表，被称之为全量程流量计；即在小流量时应用热式原理测量，当流速增大到涡街流量计敏感范围后，再用涡街原理完成大流量测量。保持了涡街测量大流量的优点。两个测量原理在交点p处转换，线性化、自动切换均由单片机完成。最后仪表输出标准状态下瞬时体积流量（Nm3/h）和累积流量（Nm3）。
图一 仪表输出特性
仪表的构成方块图如图二所示：
图二 测量原理方块图
从上面分析可见，本仪表具有以下一些特点：
1、可实现燃气的全量程计量。不存在小流量漏失；
2、仪表全量程实现了质量计量。热式流量计本身是直接质量流量计，可给出标准状况下的体积量（可换算成实际质量数），而涡街传感器给出的为工作状态下的体积量，经过温度压力修正后折算出标准状态下体积流量输出；
3、仪表高度一体化并具有较高精度。在本仪表中根据功能需要设有温度、压力及两个不同原理的流量传感器，再配以相应的变换，运算、处理电路构成一个高度一体化的检测仪表，不但提高了可靠性，简化了仪表系统，减化了仪表的维修且大大降低了仪表系统的成本。仪表除了可输出标准状态下瞬时体积流量和累积流量外，还可根据需要输出介质的压力、温度值。在全部量程内仪表都具有较高的测量精度。具体指标完全可满足国家规定的燃气计量精度要求，本仪表的示值不确定度为：±（0.5%指示值+0.5%满量程值）。其误差分布如图三所示：
图三 误差分布曲线图
从这个误差分布可看出，在测量大流量时，总误差不超过±1%，在测量小流量时误差相应会减少很多，这是其它仪表所不具备的特性。
4、具有掉电自动保护及防窃气功能。本仪表采用市电供电，当电源在不超过8小时正常停电时，本仪表具有保护电源，保证仪表正常计量，不会漏计。如果用户有意拉断电源，超过8小时以后仪表将记录下停电的次数及停电时间及供电时间，给出这个时间记录意味着仪表曾长时间停电，在这个时间内用气量被漏记，在统计收费时可根据具体情况给予罚处。在超出8小时停电，仪表中已存入的累积量不会丢掉，来电后将继续累积。
5、可实现客观抄表或计算机联网。为了减轻抄表工作量和防止个别抄表员不客观抄表造成收费流失，本表开发的同时专门开发了便携式抄表器（数据采集器），抄表员只要把抄表器的专门插头接入仪表数据输出口，即可取出存贮于表内的有关数据，其中包括：日期、用户编码，用气量总累积值、停电次数及各次停电、供电时间等。抄表员完成抄表后，即可把抄表器交总收费站收费计算机统一处理。
随着各行业现代化管理的发展， 本仪表还可根据用户需要设通讯数据输出口，可以通过有线或无线联网。在不具备条件时，可以用前述方法实现人工联网，即人工采集，统一计算机处理，具有灵活的选择性。
本仪表采用大小流量分段检测实现全量程计量在国内外尚属首创,已获国家专利,已通过有关计量部门产品测试颁发了产品合格证书及得到了防爆认证。
相信随本仪表的投入使用，将会大大提高供气的社会效益和经济效益，对小区管理及区域计量管理也将会有明显的改善。
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