随着城市人口的不断增长，城市能源消耗中燃气的需求量不断升高，因此用户端的燃气计量环节十分重要，燃气计量的准确度不但关乎到燃气供应商的公司利润，一旦发生燃气表计量表选型失误，就会引发供需双方的经济纠纷。尽管目前国内外各种燃气计量表自身已经具备很高的精准度，但如果设计环节选型不当，安装的环境不符合计量表的使用要求，用户使用时的燃气流量不在计量表的有效量程范围之内，就会出现计量误差的问题。

 

1  城市燃气用户流量计简介

           由于现代科技和工业技术的不断发展，气体流量计的品种出现了多样化，有差压式孔板流量计、涡轮流量计、超声波流量计、旋涡流量计、质量流量计、容积式流量计等。但由于城镇燃气用户的特性：①城区居民及商业用户普遍为中、低压供气（4bar以下）、流量小、用户安装工程费用承受能力低、用户数量大导致计量表日常维保成本高；②城市工业园区工厂及企业用户多为中、高压供气（4~16bar）、流量偏大、用户安装工程费用不宜过高。所以目前我国城镇燃气终端用户普遍使用的流量计有两种类型，分别是：容积式流量计、速度式流量计。下面通过分析这两种流量计的工作原理及特性，并结合燃气工程设计工作中的一些经验做一些简单的阐述。

 

2  容积式流量计

           容积式流量计是利用表壳内固定容积的计量室作为测量单元进行测量流体的通过量，一般其计量室内都有利用压力差推动旋转或往复运动的构件来带动计量表的紧密齿轮来记录流量数据。典型的容积式流量计有两大类：燃气皮模表和腰轮表。

 

2.1  燃气皮膜表

           燃气皮膜表是城镇燃气工程中用量非常大的一种流量计，其工作原理是：被测量的燃气从表进口进入，燃气充满表腔，经过表内的滑阀控制进入计量室，表内共有两个计量室，每个计量室内由皮膜分割为两部分，依靠皮膜两侧的气体压力差推动计量室内的皮膜往复运动，压迫计量室内皮膜一侧的气体通过滑阀由表出口流出，同时依靠转动机构的惯性作用使滑阀来回运动，并拨动计量单元的齿轮转动来完成记录气体流量。

 

2.2  腰轮流量计

           燃气腰轮流量计也称罗茨流量计，分为单腰轮和双腰轮结构。其工作原理是：气体通过流量计时，在流量计的进出口产生压差作用在高精度齿轮联结在一起的一个或两个相互咬合的腰轮转子上，从而推动腰轮转子旋转。在这期间，腰轮转子与表壳内壁之间形成的密闭空间就是一个计量室，腰轮转子旋转的周期就是计量室内一个充气和排气的周期，腰轮旋转的次数与圈数由高精度齿轮传送至计数单元，由此来计量通过气体量。

 

2.3  容积式流量计的应用

           燃气皮膜表由于其价格低、准确度高、结构简单等特点，普遍使用于小流量（20m3/h以下）、低压（0.5bar以下）供气的城市居民和商业用户的燃气计量。城镇燃气工程中现采用的都是电子式燃气皮膜表，主要是在传统的机械滚轮计量单元上增加了电子计量方式和电子显示。腰轮流量计因为其加工精度高，计量准确度高，结构较为复杂，价格较高，多用于中、低压（4bar以下），小时非常大流量不超过3500m3的工商业用户。城镇燃气工程中应采用立式安装的双腰轮结构的腰轮流量计，主要是因为其腰轮转子很容易被介质内的杂质污染后卡住，立式双腰轮转子在重力的作用下可以在一定程度上消除这种情况的发生，避免给用户造成停气事故。

 

3  速度式流量计

           速度式流量计主要是测量介质通过计量表腔内界面上的流速来测量流体的通过量。测量介质流速的方法有很多，有叶轮式、涡街式、电磁式和超声波等测量法，城镇燃气工程中应用的典型测量方法有两种，即涡轮流量计（叶轮式）、超声波流量计。

 

3.1  涡轮流量计

           涡轮流量计主要有表壳、前导流器、叶轮、支撑轴承、后导向器以及磁电传送器等组成。其工作原理是：当流体通过时，经前导流器将介质均匀分散冲击每一片叶轮，对叶轮产生驱动力推动叶轮旋转。由于叶片是用磁性材料制成，旋转时叶片将磁感应信号通过磁电传送器传送出来，该信号的周期性变化即脉冲信号的频率与流体流量在一定范围内接近正比。涡轮流量计内还配置了温度、压力传感器，采集介质的瞬时压力值和温度值，通过积数仪不仅可以测出通过介质的瞬时工况流量，还能通过微型计算机的换算测得介质的瞬时标况流量。

 

3.2  超声波流量计

           超声波流量计主要有一对或多对能发送和接收超声脉冲的超声波换能器、脉冲信号处理电路、单片机控制器等组成。其测量原理是：超声波流量计的表壳就是一段直管段，超声波换能器等原件均安装在此直管段，换能器一般沿管壁安装，且直接同流体接触。超声波换能器发射的超声波脉冲穿过管道如同船只渡河。如果管道内没有介质流动，声波将以相同速度来回在一对换能器之间传播，当管道中的有介质流动时，沿介质流动方向相同的超声波脉冲将加快速度，反之，逆向传播的超声波脉冲将减慢速度。并且流过管道的介质速度越快，超声波脉冲的顺流与逆流的时间差就越大，该时间差值得大小正好与介质流速成正比，通过记录超声波脉冲在管道介质中的时间差值，就能换算成介质流量。超声波流量计同涡轮流量计相同，表壳内可配置温度、压力传感器，测量介质工况流量的同时换算测得其标况流量。

 

3.3  速度式流量计的应用

           涡轮流量计因其具有高精度、量程大、耐高压、结构紧凑、体积小等优点，但也因为其要求被测介质清洁、无杂质，则需要安装过滤器；小流量时准确度降低；小口径（DN50以下）的流量计性能较差；上、下游分别需长度10D和5D的直管段（部分厂家技术革新后把直管段的长度要求有所降低，但仍然需要一定长度的直管段）等原因。所以城镇燃气工程中涡轮流量计被广泛的应用于大口径（DN50以上），中、高压（4bar以上）供气，小时非常小流量不小于40m3的工厂企业用户。这部分用户的用气设备燃气接口尺寸大、供气压力要求高、小时流量基本在50m3以上，而且燃气管道安装工程不受空间限制，具备了使用涡轮流量计的先决条件。

 

           超声波流量计的性能特点是：零压损、不受气体中固、液态微颗粒影响、量程比宽、重复性强、准确度高、具备自检功能、易实现数据远传等优点，但现阶段该表暂未能实现完全国有化加工生产，需要进口导致其价格昂贵。所以该表在天然气长输管道工程和城市门站中使用的较多，在城镇终端用户中的占比极低，只有小时用气量超过1万立方米大型用户才会考虑安装，比如燃气作为能源和原料使用的发电厂、化工厂等。

 

4  结束语

           通过对燃气计量表工作原理和应用特点的了解，我们可以基本掌握在城镇燃气工程设计工作时，要注意的一些技巧和方法。在满足城镇燃气经营者对燃气用户计量的同时，我们还要考虑燃气使用者的用气要求。不仅要让经营者的燃气市场得到发展、公司利益不受损失，也要保障使用者的合理需求和自身利益。所以，作为燃气工程设计人员就要在工程前期充分了解用户需求和基本参数，在工程设计环节把燃气计量表的选型方案做到非常佳，让城镇燃气供需双方的权益和利益得到有效的保障，只有这样我们才能成为一个合格的设计人员。