摘　要：对某计量偏差问题进行探讨，提出腰轮流量表计量过程中天然气窜流现象。分析天然气在腰轮流量表内反向流动产生的原因、判断方法以及预防措施，提出了腰轮流量表设计和安装的建议。

关键词：腰轮流量表  计量误差  窜流  反向流动

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　计量偏差问题的提出

芜湖新兴铸管有限责任公司(简称芜湖新兴铸管)于2007年8月接入天然气，双方认可的贸易计量装置是芜湖中燃城市燃气发展有限公司(简称芜湖中燃公司)提供的腰轮流量表(称之为主表)，型号为2M175-FCM-I。芜湖中燃公司天然气主干管为DN 500mm的钢质管道，压力为中压A级(0.4MPa)，规格为DN 50mm的主表距天然气主干管约15m，距车间调压计量站约350m，厂内主管道管径为DN 250mm。天然气用于炼钢部连铸机火焰切割，2007年8月中旬开始使用天然气，至当年l2月中旬共4个月，主表累计天然气使用量为12.5×10⁴m³，但车间调压计量站内与主表同规格、同型号的腰轮流量表(称之为副表)累计天然气使用量仅为0.65×10⁴m³，两者相差近20倍，为何会出现如此巨大的计量偏差值得探讨。

2　产生偏差的原因探讨

2.1　贸易计量装置的准确性

贸易结算数据采自主表，主表精度为l.5级，在用户的要求下，将该流量表送至国家法定计量检定部门检定，经过汁量检定为合格产品。副表为生产控制计量，精度为l.5级，经过用户送检，计量检定结果也为合格产品。即使流量表精度变化较大，也不足以产生如此巨大的偏差，可以判定此现象与表具精度无关。

2.2　天然气泄漏

当炼钢部连铸机停止工作时，副表的瞬时流量为零，而主表的瞬时流量不稳定，标态流量基本在0～30m³／h范围内波动。

芜湖中燃公司起初认定两表之间的管道可能存在严重的泄漏现象，但是考虑到如果4个月内泄漏11.85×10⁴m³天然气，天然气管道通过区域肯定能够嗅到加臭剂四氢噻吩浓烈的气味，似乎大规模泄漏现象不可能发生。双方人员对天然气使用情况及管道设备进行了实地踏勘，认为该用气项目为工业用气，架空管道较长且高空放散管较多，由于天然气的相对密度只有0.56，也就是说天然气远比空气轻，架空管道距地面10m以上，个别放散管距地面超过20 m，即使天然气泄漏也会快速向上扩散，地面人员很难嗅到加臭剂的气味。于是采用了以下3种方式检漏：

①采用可燃气体探测器检查地下管道以及架空管道的泄漏情况，经过两天的检测，未发现任何泄漏点。

②检查所有的放散管阀门是否完全关闭以及是否内漏，检查安全阀是否漏气，经检查未发现任何泄漏。

③关闭两表前阀门l2h后，双方人员共同观察管道压力，并无明显降压。

以上结果说明管道泄漏论点不成立。

2.3　强电磁干扰

由于贸易计量装置具有温度和压力补偿功能，工况流量均补偿至基准状态(一个标准大气压和20℃)，该腰轮流量表设有体积积分仪的电路系统。就设备是否会受到电磁干扰的问题，向流量表生产厂家咨询，生产厂家的工程师到达现场，经调查研究后认为贸易结算流量表(主表)的体积积分仪的电路系统有可能受到附近高压电力变压器强电磁干扰，造成内部数字信号紊乱，要求采用磁场屏蔽方式解决。用户采取金属网屏蔽，计量偏差并未改变，该因素影响被排除。

3　计量过程中天然气窜流分析

排除了表精度、天然气泄漏及强电磁干扰等原因，双方开始剖析计量装置的结构和工作原理以及受到各种可能的影响，提出疑问，集思广益。在排除了各种可能后，笔者提出天然气在腰轮流量表中窜流的可能性。

3.1　腰轮流量表工作原理

腰轮流量表属于体积流量计，当被测气体流经计量腔时，流量计的进出口两端形成一定的压差并推动腰轮旋转，由于计量腔的容积是固定的，因此被测气体的流量与腰轮转速成正比。计数方式有3种：

①计数器显示

由气体驱动的腰轮转动通过一定传动比的变速机构传给机械计数器，计数器的累计值即是被测流体在某段时间内的工况体积，家用燃气表就是采用这种方式计量。还有一种方式是腰轮转动通过一定传动比的变速机构并通过电磁耦合传给计数器，目前许多腰轮流量表、涡轮流量表都是采用这种方式计量。

②数码显示

腰轮转动带动四块小磁铁绕轴转动引起闭合线圈中的磁通量变化，根据楞次定律，每转动一周可以在闭合线圈中产生四次感应电流，通过仪表可识别为四个电脉冲信号，每个脉冲信号代表固定值的天然气工况体积。依据单位时间内的脉冲信号数量，得到工况瞬时流量，并通过温度和压力补偿，得到标况瞬时流量。标况瞬时流量对时间进行积分，可得到天然气某段时间内的标况体积。瞬时流量和体积可用数码显示。

③同时具备计数器显示和数码显示

目前多数腰轮流量表同时具备计数器显示和数码显示功能，即使失电也能保留工况体积，避免发生计量结算纠纷。

腰轮流量表的结构决定了表具流向可互换，即腰轮既可正向转动，也可反向转动。根据楞次定律，磁通量的变化在闭合线圈中产生的感应电流(电脉冲信号)具有方向性。如果计算流量时不仅读取电脉冲信号数量，而且对脉冲信号进行矢量加和，即可排除腰轮流量表反转的影响。但是，目前表具生产厂家仪表系统集成电路计算流量时，只对电脉冲信号数量进行代数加和，并不加和计算电脉冲信号的方向，如果腰轮流量表发生反转，一定会将反向流动的天然气计入流量和体积。

3.2　导致天然气反向流动的客观条件

流量表两端管道属同一压力级制，通过观察，发现芜湖中燃公司城市主干管进入厂区时的天然气压力和厂内主管道中的天然气压力均在0.33～0.38MPa范围内波动。

厂内燃气管道规格为DN 250mm，是按照5000m³／h标况流量设计确定，而车间调压计量站内的流量表工况流量平均仅为l2m³／h(标况流量约为54m³／h)，则厂内主管道中天然气平均流速仅为0.068m／s，调压计量站后用气压力仪为0.08MPa。建立天然气供应体系数学模型时，可以将城市主管网和厂内管道视为两个较大容器，通过腰轮流量表连通。

3.3　天然气窜流现象的产生

①车间正常用气时的窜流现象

当城市主管网压力及厂内管道压力相对稳定时，由于车间用气导致厂内管道末端压力下降，天然气正常有序流动，即天然气由城市主管网向厂内车间用气点流动，腰轮流量表腰轮正方向转动。

城市管网内用户众多，用气负荷始终变化，压力波动频繁。当城市主管网压力降低的速率较大时，由于车间用气流量很小，厂区管道中天然气压力并没有快速降低，一段时间内天然气回流，导致腰轮流量表腰轮反方向转动。

②车间停工不用气时的窜流现象

车间不用气时，窜流现象更加明显。当城市用气负荷变化较大，主管网压力波动频繁，天然气频繁发生双向流动，即主管网压力升高，腰轮流量表腰轮正方向转动；主管网压力下降，腰轮流量表腰轮反方向转动。这可以合理解释为什么车间停止生产，副表瞬时流量为零，而贸易结算的主表仍然发生累积计量。

4　窜流分析的验证

实践是检验真理的唯一标准。以上分析是否科学合理，必须通过试验加以验证才能使人信服。为了消除窜流现象，必须阻止天然气回流，笔者建议采用安装止回阀的方法来实现。经燃气公司同意，在贸易结算流量表后加装一个止回阀，窜流现象立刻消失。经过一个月的观察，主表与副表相对累积流量吻合，供求双方就结算费用达成一致。

5　结论

为了避免发生流量表窜流现象，腰轮流量表设计和安装时应注意：

①当流量表安装在燃气调压器前端，流量表与调压器之间的安装距离不宜过大，尽管调压器本身具备止回功能，然而流量表与调压器之间的管道容积过大，仍可能产生窜流现象。当流量表安装在燃气调压器后端，而且只有一台流量表时，调压器与流量表之间的安装距离不受限制。

②当流量表独立安装时，应在表前或表后安装止回阀。

本文作者：许国方

作者单位：芜湖新兴铸管有限责任公司