便携流量计在天然气计量中的应用

便携流量计在天然气计量中的应用

吴建庆

新疆燃气（集团）有限公司新疆830000

摘要：介绍便携手持式流量计（皮托管流量计）工作原理及特点，在现场的实验测试，论述便携手持式流量计必要性和目的。

关键词：携手持式流量计；原理

引言

计量管理是燃气经营企业非常重要的基础管理工作，是我公司经营效益的保障。目前集团公司的计量管理属于薄弱环节，其中重要的因素就是计量设备存在偏差和故障。目前用于天然气贸易计量的天然气流量仪表均是按照国家标准规定，对照相应的周期进行检定或校准，目前绝大多数情况采取的是离线校准。仪器在检定或校准后被安装到现场，在下一个检定或校准时间到来之前，很少再进行检定或校准，期间仪器若发生计量偏差一般是通过定期的仪器维护和检修进行判断，耗时长且难以量化。在线比对校准可有效改善这一现状，是提高流量计量现场测量准确度、可靠性的最有效的办法。

皮托管流量计是一种便携手持式流量计，该设备体积小巧，携带方便，通过管道上的一个10mm的孔，皮托管流量计插入到管道内，进而直接读出管道内的压力、温度、流量等，可作为在线比对校准仪器，在天然气计量仪表巡查维护中帮助工作人员判断计量仪表的运行情况，有效防止计量结果出现大的偏差。

1、测量技术原理

皮托管流量计基于皮托管测速原理而设计。皮托管作为流速测量的标准器具，广泛应用在风洞、流量标准装置中。皮托管按结构主要分为L型皮托管和S型皮托管，其中L型皮托管取压孔较小，在粉尘较大的环境中容易堵塞，不适合应用在湿度大、粉尘大的管道中。S型皮托管具有防堵功能且插入取出方便，现场适应能力强。皮托管流量计使用的是S型皮托管。其技术原理如下：

2、整机工作原理

皮托管流量计为便携式流量测量设备，可用于测量校验管道内气体介质的流速、流量、压力、温度以及环境大气压等参数，具有实时测量、显示、存储及查询功能，支持无线数据导入导出、双向流速测量、RFID识别功能。

仪器整机由皮托管、差压传感器、压力传感器、温度传感器、供电电路、无线收发电路、RFID识别电路、微处理器、存储电路、显示电路以及键盘等组成。

仪器采用的皮托管为具有自主知识产权的集成了温度探头的皮托管，该皮托管测量精度高、体积小，直径约为10mm。供电电路由本安电池组件、多级保护稳压电路、充电控制电路等组成，用于给仪器内各功能模块进行本安供电；微处理器是仪器的核心单元，用于采集温度传感器、差压传感器、绝压传感器和环境大气压传感器的数据并进行综合运算并控制外围各个功能模块完成显示、存储、查询、传输、感应等操作。显示电路以及键盘是仪器的人机界面，显示采用的是2.8寸TFT液晶屏，显示清晰明了，层次分明，按键采用感应式电容触摸按键，反映灵敏、使用寿命长。无线收发电路采用蓝牙4.0技术，用与和上位机机软件通讯，将存储的测量数据上传到PC机或者将设置的数据下放给仪器。RFID感应电路用来感应测点处的RFID识别卡，进而自动读出测点的相关信息，如测点地址名称、测点号、管道内径等，并可生成巡检路径，防止作弊或漏检。存储电路用来保存测量的数据，征集可存储进1000条数据。

3、技术参数

皮托管流量计作为可在线比对校准天然气流量计的便携式流量测量设备，考虑到应用安全问题，目前该设备只能用于较低压力的管道测量，其具体的主要功能和技术参数如下：

1）同时测量显示管道内介质流量与流速、压力、温度以及周围环境大气压等参数；

2）一体化测流技术，避免了人工因素影响，测量准确度高；

3）测量范围宽，测量下限低，最低流速测量下限可低至0.3m/s；

4）双向测量，并具有指示流向功能；

5）具有RFID识别、定位、防作弊功能；

6）具有可以实时保存、删除测量的数据的功能；

7）具有无线数据传输功能，可实现无线连接上位机，进而对数据导入导出；

8）无需安装测量管段，只需要管道上有一个直径不小于10mm的孔即可完成测量；

9）主要技术参数：标况流速测量范围0.3～30m/s，准确度：±1%FS；绝对压力测量范围20～150kPa，测量误差：±0.5%；温度测量范围-10～50℃，测量误差：±0.5℃。

4、仪器现场测量测点选取原则

皮托管流量计输入插入式点式测量设备，其测量结果受插入深度的影响，故合理的管内测点选取是保证测量准确的关键。

在圆管中，流体充分发展后，管道中间的层流速度分布比较均匀，但管壁处速度梯度较大，图1（a）为理想的流速分布图，当雷诺数较小时，弧度较大。由于现场管道安装复杂（如有大量弯管、阀门等），很难达到理想的流速分布，如图1（b）所示，此时需要多点测量才能达到较高的精度，比如使用均速管流量计等，但均速管流量计的探杆长度是固定的，在测量不同管径流量时，需要携带不同的探杆。皮托管流量计使用较灵活，可以调节插入深度，然后得出多点平均值。

常用的取点方法为等面积分环法和对数线性法，等面积分环法比较好理解，如图2所示，将圆分成多个等面积的圆环，圆环中的点代表了这一环的平均流速，然后将所有点求平均值。可以看出，取点较多时，精度较高，特别是对于紊流。是按照对数线性法取点，该方法在等面积分环法的基础上增加了梯度考虑，取点更合理。

5、仪器的测试数据

为了保证仪器的测量准确性，首先先将仪器在流量标准实验室进行了校准与测试。

6、实验实例

为了验证便携式气体流量计的测量性能，专门选择乌鲁木齐市多个刚刚进行了流量计检定的典型天然气用户作为试点进行了试用测试。皮托管流量计通过现场天然气管道机械式压力表的检测孔进行测试。直管段足够长的测试点，采用的是一点测量法，直管段较短的测点采用的是多点测量法。测试结果如下：

7、总结

从皮托管流量计实验室测试结果与现场测试结果设备来看，该仪器测量结果可以满足日常巡查维护天然气计量仪表的需求，作为在线比对校准仪器，帮助工作人员判断计量仪表的运行情况，有效防止计量结果出现大的偏差；另外，该仪器体积小巧，携带方便，测量简单，具有RFID识别定位功能，可以作为日常常规巡检仪表配备给巡查人员。