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改善計(jì)量手段，大力降低燃?xì)夤╀N差率
摘要：論述了當(dāng)前燃?xì)庥?jì)量應(yīng)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?xì)饬髁坑?jì)
城市燃?xì)饣殉蔀楦纳瞥鞘协h(huán)境的重要標(biāo)志之一，由于我國油氣田的大量開采，促進(jìn)了城市燃?xì)饣倪M(jìn)程。然而過去已有燃?xì)夤⿷?yīng)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(yàn)，而一些新啟動(dòng)的管道供氣單位也存在著一些管理上的弊病，運(yùn)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?xì)獾陌l(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(jì)上又給城市背上了沉重的負(fù)擔(dān)。顯然只用提高供氣價(jià)格來補(bǔ)償虧損是不可行的方法，應(yīng)找出原因，通過先進(jìn)的科學(xué)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(fèi)管理方面。目前收費(fèi)均以到戶抄表為主，雖各城市采取了一些改進(jìn)措施，但收費(fèi)流失仍很嚴(yán)重，現(xiàn)在多數(shù)城市缺少完善的計(jì)量體系，沒有可靠的區(qū)域計(jì)量、管區(qū)計(jì)量的手段，實(shí)際上只能以用戶終端計(jì)量作為收費(fèi)依據(jù)，收多少算多少，對收費(fèi)流失難以估算，由于用戶多，也難以復(fù)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(jì)量儀表方面。這幾方面綜合起來，計(jì)量是虧損的主導(dǎo)方面，前邊兩方面管理落后以及不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線漏失都與有效計(jì)量有關(guān)。本文將從燃?xì)馐召M(fèi)計(jì)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?xì)庥?jì)量的一些問題有所幫助。
一、管道燃?xì)庥?jì)量的現(xiàn)狀
城市管道燃?xì)獍ㄌ烊粴饧叭斯っ簹鈨纱箢�，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(jì)量表，它可以直接給出用氣的累積量，按量收費(fèi)。這種儀表已有百年以上歷史，有這么強(qiáng)的生命力主要它具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不易被偷氣，計(jì)量中不用電，減化了儀表的使用，不受停電干擾。最后是價(jià)格便宜，雖然精度不夠高，但供需雙方也都能接受，對燃?xì)夤�，儀表的正負(fù)偏差，可使盈虧基本持平。由于上述原因，當(dāng)今雖已進(jìn)入計(jì)算機(jī)管理的信息化時(shí)代，這類儀表目前在國內(nèi)外還在大量應(yīng)用，有些改進(jìn)也往往在收費(fèi)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(jì)量，在流量增大時(shí)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(jì)量，因此人們開始轉(zhuǎn)向選用工業(yè)用氣體流量計(jì)。
工業(yè)氣體流量計(jì)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(jì)也很難完成燃?xì)庥?jì)量的需要。其中問題主要有以下幾點(diǎn)。首先是對于氣體流量的計(jì)量在工業(yè)中也屬于一個(gè)難題。工業(yè)中液體流量計(jì)量要較氣的計(jì)量可選的方法更多些，如經(jīng)常使用的電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。雖超聲波流量計(jì)從原理上可以進(jìn)行氣體測量，但難度要大很多。進(jìn)幾年國外推出可測氣體的超聲流量計(jì)，但造價(jià)極高，要幾十萬元一臺(tái)，這很難大量推廣應(yīng)用。其它一些工業(yè)流量計(jì)由于在工業(yè)中更多的在控制工業(yè)流程中應(yīng)用，流量都有一個(gè)變化的范圍。對于這些流量儀表直接用來燃?xì)庥?jì)量收費(fèi)，還存在很多問題，例如一個(gè)差壓式流量計(jì)（如孔板、彎管、阿牛巴流量計(jì)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(zhǔn)確計(jì)量或不能實(shí)現(xiàn)計(jì)量。燃?xì)夤⿷?yīng)是一個(gè)峰谷值很大的對象，對于小流量的流失，不能被燃?xì)夤芾聿块T所接受。
進(jìn)幾年在國內(nèi)外推出了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，從其特性看，可以適應(yīng)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(shí)的靈敏度很低，而且大流量時(shí)由于相對誤差增大使總量誤差相當(dāng)大。除此之外，燃?xì)獬煞肿兓苯佑绊懥髁康臏y量，這樣當(dāng)流量增大時(shí)由于儀表靈敏度下降及燃?xì)獬煞值淖兓稍斐上喈?dāng)大的誤差。其次由于儀表需實(shí)流標(biāo)定，標(biāo)定成本高，儀表的售價(jià)也相當(dāng)高，一臺(tái)50mm口徑的儀表售價(jià)約為6?/FONT>7萬元，這給管網(wǎng)上大量應(yīng)用也帶來了困難。
可以用來測量燃?xì)饬髁勘容^成熟的儀表還有孔板流量計(jì)，這種流量計(jì)是國際上唯一不用實(shí)流定標(biāo)，可以通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的儀表。而且我國也根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合我國的情況制定了自己的國家標(biāo)準(zhǔn)，由于可不必實(shí)流標(biāo)定給推廣帶來了極大的方便，但要求使用時(shí)要嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定偏離標(biāo)準(zhǔn)要進(jìn)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(huì)帶來很大的不確定性。因此使用中要十分注意。另外一個(gè)問題就是量程范圍問題，按標(biāo)準(zhǔn)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(gè)大口徑輸送管分解成幾個(gè)稍小口徑的管路并聯(lián)，在流量大時(shí)幾根管道并聯(lián)供氣，在流量減小時(shí)可自動(dòng)（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(jì)算機(jī)自動(dòng)控制閥門開關(guān)，由于閥門動(dòng)作頻繁，可靠性、壽命成了關(guān)鍵問題。大口徑自動(dòng)閥門價(jià)貴也給用戶采用帶來困難。
其它工業(yè)用流量計(jì)還可選用渦街流量計(jì)，它屬流體振動(dòng)式流量計(jì)，管道內(nèi)設(shè)有專用的固定件作為漩渦發(fā)生體，在流動(dòng)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(jì)，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(dá)±1%的不確定度，用于煤氣測量可以用空氣標(biāo)定，標(biāo)定成本較低。缺點(diǎn)是一般抗振動(dòng)干擾能力差，尤其是小流量或零流量時(shí)有時(shí)輸出很大的虛假信號。其次，雖然量程比比差壓式流量計(jì)大，一般下限不可測流速也達(dá)（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(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式流量計(jì)和速度式葉輪流量計(jì)，它們品種繁多，也可保證一定精度，但由于有可動(dòng)部件影響可靠性和壽命。在口徑較大時(shí)，造價(jià)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(rèn)可。
二、提高燃?xì)庥?jì)量的科學(xué)性和合理性
在燃?xì)庥?jì)量管理中一個(gè)值得注意的問題是計(jì)量結(jié)算的科學(xué)合理性，當(dāng)前我國城市管道煤氣計(jì)量普遍采用容積計(jì)量，即按使用燃?xì)獾娜莘e來收費(fèi)，這種方法除了受燃?xì)獾膲毫Α囟扔绊懲�，對燃�(xì)獾馁|(zhì)量沒有約束。目前國際上較先進(jìn)的計(jì)量方法已過渡到質(zhì)量計(jì)量和熱值計(jì)量。質(zhì)量流量的計(jì)量克服了壓力、溫度的影響，而熱值計(jì)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(jìn)入熱值計(jì)量還有一定難度，但對用氣量較大的單位應(yīng)考慮向質(zhì)量計(jì)量或熱值計(jì)量靠攏。在實(shí)際應(yīng)用中供氣壓力可變動(dòng)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?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范”中規(guī)定，不同燃?xì)庥脩羲玫膲毫ο嗖詈艽�，工業(yè)用戶及單獨(dú)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(jìn)戶和中壓進(jìn)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(dòng)在10?0%，是完全可能的，此時(shí)引起體積流量變化也接近上述壓力變化值，由此造成的計(jì)量誤差遠(yuǎn)超出一般計(jì)量儀表的允許誤差。為此對一些部門加裝了溫度、壓力補(bǔ)償裝置，以便推導(dǎo)出瞬時(shí)質(zhì)量流量（N m3/h
）再進(jìn)行累計(jì)，使計(jì)量更加合理，但由于增加了計(jì)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(jì)量誤差。
應(yīng)當(dāng)指出目前由于采用的計(jì)量手段所用單位不一致，也導(dǎo)致了供差率計(jì)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(diǎn)）測出的流量值是在另外一個(gè)溫度、壓力狀態(tài)下的體積量，這兩個(gè)總量肯定存在很大差值。
三、智能式全量程燃?xì)饬髁坑?jì)
前邊已介紹熱式質(zhì)量流量計(jì)，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(shí)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(jì)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(gè)從零開始計(jì)量的儀表，被稱之為全量程流量計(jì)；即在小流量時(shí)應(yīng)用熱式原理測量，當(dāng)流速增大到渦街流量計(jì)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(diǎn)。兩個(gè)測量原理在交點(diǎn)p處轉(zhuǎn)換，線性化、自動(dòng)切換均由單片機(jī)完成。最后儀表輸出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瞬時(shí)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(diǎn)：
1、可實(shí)現(xiàn)燃?xì)獾娜砍逃?jì)量。不存在小流量漏失；
2、儀表全量程實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量計(jì)量。熱式流量計(jì)本身是直接質(zhì)量流量計(jì)，可給出標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積量（可換算成實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)不同原理的流量傳感器，再配以相應(yīng)的變換，運(yùn)算、處理電路構(gòu)成一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瞬時(shí)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(biāo)完全可滿足國家規(guī)定的燃?xì)庥?jì)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(gè)誤差分布可看出，在測量大流量時(shí)，總誤差不超過±1%，在測量小流量時(shí)誤差相應(yīng)會(huì)減少很多，這是其它儀表所不具備的特性。
4、具有掉電自動(dòng)保護(hù)及防竊氣功能。本儀表采用市電供電，當(dāng)電源在不超過8小時(shí)正常停電時(shí)，本儀表具有保護(hù)電源，保證儀表正常計(jì)量，不會(huì)漏計(jì)。如果用戶有意拉斷電源，超過8小時(shí)以后儀表將記錄下停電的次數(shù)及停電時(shí)間及供電時(shí)間，給出這個(gè)時(shí)間記錄意味著儀表曾長時(shí)間停電，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)用氣量被漏記，在統(tǒng)計(jì)收費(fèi)時(shí)可根據(jù)具體情況給予罰處。在超出8小時(shí)停電，儀表中已存入的累積量不會(huì)丟掉，來電后將繼續(xù)累積。
5、可實(shí)現(xiàn)客觀抄表或計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。為了減輕抄表工作量和防止個(gè)別抄表員不客觀抄表造成收費(fèi)流失，本表開發(fā)的同時(shí)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(shí)間等。抄表員完成抄表后，即可把抄表器交總收費(fèi)站收費(fèi)計(jì)算機(jī)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(shí)，可以用前述方法實(shí)現(xiàn)人工聯(lián)網(wǎng)，即人工采集，統(tǒng)一計(jì)算機(jī)處理，具有靈活的選擇性。
本儀表采用大小流量分段檢測實(shí)現(xiàn)全量程計(jì)量在國內(nèi)外尚屬首創(chuàng),已獲國家專利,已通過有關(guān)計(jì)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(rèn)證。
相信隨本儀表的投入使用，將會(huì)大大提高供氣的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對小區(qū)管理及區(qū)域計(jì)量管理也將會(huì)有明顯的改善。
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