随着中国天然气使用量激增，燃气公司对于天然气流量计的选型和使用情况越来越重视。流量计的计量管理，直接影响燃气公司的供销差。本文将探讨在不同计量场合下使用不同种类与原理的流量计，并分析每种流量计的优点，也探讨了高压天然气标定与空气低压标定对于不同流量计的精度差异，且举实例分析。

一、天然气计量的流量计及精度

常用天然气计量流量计的类型有膜式流量计、气体腰轮（罗茨）流量计、气体涡轮流量计和气体超声流量计。其中膜式和气体腰轮流量计属于容积式流量计，气体涡轮流量计和气体超声流量计属于速度式流量计。根据国家对能源计量的要求，膜式、气体腰轮流量计、涡轮流量计和气体超声流量计的计量精度，均要求在±1.0%～±2.0%的范围内。

二、天然气计量流量计的主要适用范围

【膜式流量计】

适用范围：

家用和餐饮用户的计量，用气压力在0.5kPa-20kPa范围内，用气量在：燃气设备用气负荷的最大流量≤40m3/h，宜优先选用膜式燃气表。

技术指标：

工作环境温度：-10℃-40℃的场所；基本误差：Qmin≤Q＜0.1Qmax 时 ±3%；0.1Qmax≤Q≤Qmax 时 ±1.5%。

【气体腰轮（罗茨）流量计】（以德闻流量计为例）

气体腰轮流量计（带温度压力补偿）的适用范围：

一般气体腰轮流量计的测量范围0.8～480m3/h，但考虑到实际安装要求，在工商用户的燃气设备的用气负荷最大流量在大于25m3/h小于250m3/h的范围时，宜优先选用气体腰轮流量计。量程比可达1:200，适用于中、低压管道中气体流量的计量，多用于小锅炉房、商业用气点或负荷变动大的用气计量，计量时要求带温、压补偿装置。

安装条件：

计量介质气体温度范围为-20～+55℃，环境温度为-20～55℃；避免安置在露天、长期阳光直射、容易浸水或潮湿的场所；与同规格的膜式表相比，最小流量和工作压力相对较高，体积较小；气体腰轮（罗茨）流量计上游须安装相应规格的过滤器并定期清洗。安装合适的过滤器，是气体腰轮流量计减少故障和延长使用寿命的有效途径。

【气体涡轮流量计】（以德闻流量计为例）

适用于天然气、LNG液化天然气和LPG液化石油气的计量，主要用于热负荷相对恒定的燃气设备，多用于工业炉窑、大型锅炉、化工用气设备等大客户，具有精度高、体积小、量程比适中、流量范围大的特点，可用于高、中、低压管道中气体流量的计量。

由于气体涡轮流量计属于速度式流量计，对前后直管段的要求较高，故在选择气体涡轮流量计，应根据所选用流量计样本的技术要求，确定流量计前后直管段的长度，通常为前5D后3D。

与同规格的膜式表、气体腰轮流量计比较，具有最小流量较大、工作压力范围宽，由于量程比不太大（一般常压下1:20），不适合用于用气量波动幅度变化很大的餐饮用户，适用于用气量较为稳定的工业和商业用户。

【高压的气体超声流量计】

高压的气体超声流量计，适用于天然气的长输管线以及城市门站的贸易交接与计量比对，此类应用场合，压力特别高，流量特别大。

与其他流量计相比，高压气体超声流量计具有高量程比，可达1:100，适合于高压天然气的计量，由于其探头原理的原因，超声波探头在高压下工作更加稳定与可靠，并且计量精度高，可达0.5级表精度，特别适合大流量计量场合。

但此类流量计，由于技术门槛高，目前主流的品牌都为国外进口，故价格非常昂贵，并不适用于普通的城市燃气的计量用户。另外，由于高压气体超声流量计的设计原理，必须安装很长的前后直管段的要求（通常建议安装前20D后10的），并需要安装特殊的整流盘，用于气体流态整流，必要时，还需要安装π型降噪器，防止现场调压器的噪音干扰超声探头的信号，现场的安装要求极高。

【中低压的气体超声流量计】（以德闻的气体超声流量计为例）

此类产品，有别于高压气体超声流量计。虽然在工作原理上与高压超声流量计相似，但在结构设计、探头种类、整流方式上，有本质上的区别。不同厂家的中低压超声流量计，设计了不同的整流方式，有些使用外置式的整流器，有些使用内置式整流器。高压超声流量计，由于需要在高压下使用，探头都为特殊合金，而中低压的气体超声流量计，使用陶瓷表面的探头，工作压力在1.0MPa以下，适用于城市燃气的工商业用户。

中低压的气体超声流量计，精度为1级，符合国家对于天然气计量的精度要求，量程比可达1:80，远高于普遍使用的气体涡轮流量计，与气体腰轮流量计的量程比类似。

传统的机械流量计，如气体涡轮流量计和气体腰轮流量计。由于在设备运行过程中，有机械部件持续的转动，需要对轴承进行定期的加油润滑，否则机械部件会有一定磨损而导致流量计计量偏慢，使燃气公司会造成计量损失。而应用于中低压的气体超声流量计，没有移动部件，不需要对其定期加油润滑。

气体超声流量计，使用超声探头声波原理，可进行远程诊断流量计的工作状态。根据AGA10美国气体协会报告[1]，可通过输入天然气的组分、温度和压力的参数，计算出理论声道，与流量计计算的声速做比对，来远程诊断流量计的计量精度。气体超声流量计与传统机械流量计比对总结表1如下：

表1 气体超声流量计与机械式流量计比

三、主流天然气计量的流量计在高压下计量精度影响

天然气是一种洁净的能源和化工原料，在世界能源结构中的比例不断上升。世界各国利用天然气的数量也在不断增加。以中国为例， 2018年天然气表观消费量2803亿立方米[2]，如若天然气计量的误差为1%，则每年由计量误差损失28.03亿立方米，经济损失巨大。

在天然气计量行业中，由于需要长距离的传输，天然气的压力需要增加到很高的压力值（例如10MPa），到终端燃气用户点（2KPa），进行逐级降压。不同流量计，由于不同的结构设计，流体雷诺数的差异，在不同压力及不同介质下，同一台流量计会有不同的精度曲线。对于国内的流量计生产厂家，在出厂检定时，都使用空气低压标定，来确定流量计的计量精度。而在国外，虽然大部分流量计厂家（例如气体涡轮流量计）有高压空气环道标定装置，但运行费用高昂，只在特殊要求下，才进行高压出厂标定。

在国内，高压气体超声流量计在使用前，需送国家第三方实流检定站（如中石油的四川华阳检定站、中石油大庆检定站、中石油南京高压检定站等）进行高压天然气标定，再安装使用。

而对于其他种类的流量计，特别是城市燃气公司，都只是依据厂家的低压空气出厂检定，以及送第三方低压空气检定后（国内第三方空气标定，普遍使用音速喷嘴负压法），随即安装到现场使用。但实际使用的天然气计量点，都有不同的压力，而且气质为天然气，与空气低压标定的数据，是否有差异，这是本文后续探讨的主要问题。

由于燃气皮膜表使用于极低的压力，气体腰轮流量计也一般在较低压力下，而高压的气体超声流量计，在使用前，送实流第三方检定时，会根据实流数据调整高压气体超声流量计的内部误差曲线。所以本文主要探讨气体涡轮流量计和中低压的气体超声流量计在不同压力的计量误差的变化。这两类产品，更多的用于有一定压力下的工商业用户，是燃气公司的重点客户群，对于燃气公司的供销差有直接的关联。

【气体涡轮流量计在高压下的计量误差变化】

气体涡轮流量计是工商业用户中使用最普遍的一种流量计。举例分析几台涡轮流量计，在德国PTB以及荷兰NMI高压天然气标定中心的数据，与流量计工厂低压空气标定的数据对比。

图1：德国PTB实验室

图2：荷兰NMI实验室

图3是一台进口某品牌气体涡轮流量计DN300 G4000 ANSI150在荷兰NMI高压标定，标定压力为2.0MPa，红色为高压标定误差曲线，绿色为工厂低压标定。

图3：误差曲线

图4是一台德国德闻的气体涡轮流量计DN100 G250 SN143706 ANSI150在德国PTB高压标定，标定压力为2.1MPa，红色为高压标定误差曲线，绿色为工厂低压标定。

图4：误差曲线

图5是一台德闻的气体涡轮流量计DN150 G1000 SN097571 ANSI300在德国PTB高压标定，标定压力为2.1MPa，红色为高压标定误差曲线，绿色为工厂低压标定。

图5：误差曲线

图6是一台德闻的气体涡轮流量计DN250 G1600 SN100405 ANSI600在德国PTB高压标定，标定压力为5.06MPa，红色为高压标定误差曲线，绿色为工厂低压标定。

图6：误差曲线

对于气体涡轮流量计，在高压下的计量精度影响，总结来说有以下几个特点：

• 根据涡轮流量计不同尺寸及G值（流量范围），有些高压曲线高于低压标定曲线，而有些却低于低压标定曲线；
• 总体上，随着标定的压力升高，标定误差的曲线变化趋大。相应的，如果标定压力小，标定出来的误差曲线越接近负压标定曲线；
• 标定压力对于误差的变化，单个流量计随机性较大。主要原因是在高压下，对于单个流量计机械加工的差异性，会导致流体状态对于精度影响被放大。

【中低压的气体超声流量计在中压下的误差变化】

国内的天然气实流检定站有很多个，但大部分都是高压检定，最低运行压力在1.0MPa，甚至4.0MPa以上，并不适合标定中低压的气体超声流量计。而在中石油实流标定重庆站，标定压力为0.3～0.7MPa，可标定中低压的气体超声流量计。

图7：RS系列

图8：TS系列

图9是一台德闻的气体超声流量计RS DN50 SN18520014 PN16在重庆高压实流标定，标定压力为0.4MPa，蓝色为高压标定误差曲线，红色为工厂低压标定。

图9：误差曲线

图10是一台德闻的气体超声流量计TS DN50 SN18500013 PN16在重庆高压实流标定，标定压力为0.5～0.7MPa，蓝色为高压标定误差曲线，紫色为工厂低压标定。

图10：误差曲线

总结来说，中低压的超声流量计，在中压实流标定时，流量计的误差曲线与空气低压标定的误差曲线，略有变化。但变化的范围还在1级流量计的精度范围之内。对于燃气公司来说，现场使用的计量结果是完全可以接受的。

四、国外和国内的权威技术机构和标准对于流量计高压检定的要求

【国外机构与标准规定】

2004年欧洲发布法律，于2016年10月29日废除旧法规，执行新MID 标准[3]。其中新规规定，如果涡轮流量计现场使用压力在0.4MPa以上，强制出厂高压标定 。

欧洲标准EN12261[4]，附录E2.1中写明，如果流量计现场工作压力在0～0.4MPa，可以使用大气压（低压）进行标定。如果流量计现场工作压力在0.4MPa或以上，需要高压标定，标定的压力Ptest，实际现场的使用压力范围在0.5Ptest～2Ptest之间。

【国内机构与标准规定】

目前，中国计量法[5]要求，用于贸易结算的流量计，必须通过第三方机构标定合格，才能安装到现场使用，但未对流量计第三方标定规定按照低压还是高压标定规定，由于第三方高压实流检定费用昂贵，国内普遍的做法只对高压超声流量计，在安装现场前，送第三方实流高压检定。

在JJG1030-2007《超声流量计检定规程》[6]中，第7章描述，针对检定用气体，对工作压力在0.4MPa及以上的流量计,管道内气体的压力不低于0.1MPa并尽量使其与实际使用条件相一致。对工作压力在0.4MPa以下的流量计,管道内气体的压力不得高于0.4MPa,可在常压下进行检定。

五、不同种类的天然气计量流量计的技术性能及高低压第三方检定建议

对于长输管线的计量，使用高压气体超声流量计，很好利用了此类流量计适合大流量、高压力、精度高等特点，虽然设备较为昂贵，但对于长输管线建设，还是可以承担的。对于第三方标定，需送实流高压检定，实流标定压力尽量靠近现场使用压力，修正流量计的误差曲线，以保证准确的计量精度。

对于城市燃气的贸易交接门站或比对计量门站，如用气量特别大，也可使用高压气体超声流量计。如果门站气量属于中等，可使用高压力等级的气体涡轮流量计，建设成本会有一定的节省，进口的气体涡轮流量计，也可保证高精度稳定计量。同样，建议使用前送第三方高压实流检定。

城市燃气的工商业用户，可选用气体涡轮流量计和中低压超声流量计，气体涡轮流量计是一种历史悠久，且适合天然气计量的流量计，量程比适中，价格合适，稳定可靠。对于流量偏小且用气量波动较大、压力很小的商业用户，可考虑选择气体腰轮流量计。而中低压超声流量计，集合了气体涡轮流量计和气体腰轮流量计的良好性能基础上，增加了如不卡表、无需定期加油润滑、远程诊断精度等诸多优点，是未来城市燃气计量使用流量计的方向。在工作压力小于0.4MPa,计量性能与空气低压检定的结果变化很小；而工作压力大于0.4MPa的现场，条件允许，可考虑将流量计送实流检定，修正流量计在高压下的误差曲线，以保证更准确的计量精度。

参考文献

[1] 中国天然气发展报告（2019）

[2]AGA Report No. 10：2002 Speed of Sound in Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Gases美国气体协会第10号报告天然气及其他烷类声速计算

[3]MID 2004/22/EC Measuring instruments欧盟计量器具指令

[4]EN12261:2002气体流量计-涡轮流量计

[5]中华人民共和国计量法实施细则2018修正版

[6]JJG1030-2007《超声流量计检定规程》

关键词:天然气流量计 特点 计量精度

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来 源：环球表计

编辑：仪器仪表WXF

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