测量天然气消耗量：涡轮式流量计和量计的热力学替代方案

一览：CS INSTRUMENTS 的热式质量流量计无需活动测量部件即可测量天然气消耗量，并直接输出标准体积流量——适用于消耗监测、成本中心及能源管理。 VA 550 和 VA 570 根据具体型号，可提供符合 ATEX/IECEx 认证或 DVGW 认证的天然气（最高 16 bar）版本。

何时值得使用热式质量流量传感器？

在工业天然气管网中，通常使用涡轮式气表、活塞式气表和量气计；用户有时统称为叶轮式气表。 当低流量无法准确测量、运动测量部件需要维护或缺少数字消耗数据时，天然气热式质量流量传感器便值得考虑作为替代方案。

涡轮式和旋转活塞式燃气表的工作原理——及其局限性。在涡轮式燃气表中，气流冲击机械支承的涡轮并使其旋转； 转速与流速成正比，并通过已知的管道横截面积换算为体积流量。在旋转活塞式燃气表中，压差驱动测量室内的转子，每个转子封装一个精确定义的气体量并将其输送至用户端。 机械式燃气表的有效测量范围在很大程度上取决于结构类型、尺寸、工作压力和具体型号：简单的量式燃气表的工作动态范围通常远小于热式传感器。

这两种结构类型因原理所限，其局限性在于活动部件： 轴承会因污垢或磨损而老化，从而导致测量偏差；超过测量范围可能会造成轴承损坏；某些轴承需要定期润滑——这一点在实际操作中很容易被忽视；当气体受到污染时，会产生更大的偏差，而且几乎无法进行清洁； 而旋转活塞式燃气表还存在因结构设计导致的压力损失。

测量部分负荷和峰值：VA 550 和 VA 570 提供高达 1:1000 的测量范围。实际最小和最大流量（Qmin/Qmax）仍是决定性因素。 对于 VA 550 和 VA 570，可根据应用需求选择相应的测量范围（低速、标准、最大和高速）。 热式测量原理的其他优势包括：压力损失微乎其微，且能检测极微小的消耗量：VA 550 和 VA 570 经常被应用于大管径且气体消耗量较低的场合，而在这些情况下，机械式燃气表往往已达到其性能极限。

避免转子磨损：热式原理通过加热传感器散发的热量进行测量——无需转子轴承，且附加压降极小。 传感器（加热器和温度传感器）专为严苛的工业环境设计，并安装在纤薄坚固的不锈钢管内：无轴承、无磨损、易于接触，且在受污染时便于清洁。这些设备非常坚固，几乎无需维护。

直接输出标准体积：机械式燃气表通常为运行体积表；标准体积的换算需通过配备额外压力和温度传感器的外部流量换算器完成。 为了达到要求的精度，这些传感器必须具有极高的精度，并安装在计量表内部或附近——其测量误差会叠加到计量表的精度上，而计量表的精度通常以运行体积为基准。 VA 550 和 VA 570 通过测量热质量流量，在气体参数设置正确且参考条件确定的情况下，直接输出标准体积流量；因此无需配备带额外压力和温度测量的独立流量转换器。 进行比较时，参考条件必须一致（例如 0 °C；1.013,25 mbar (a)，符合 DIN 1343 标准——也称为标准 m³/Nm³）；对于 kWh 结算，还需加上热值。

工作体积与标准体积：为何这一差异对天然气至关重要

当工作压力升高时，标准体积大于工作体积——其比例与绝对压力的比值成正比，并需根据温度进行额外校正。 如果将工作体积错误地作为标准体积报告或进行后续处理，则实际天然气消耗量会被系统性地低估，而千瓦时（kWh）结算数据也会完全复制这一误差，因为它与体积呈线性关系：

此外还需考虑温度因素：在气体温度20 °C与0 °C标准参考温度之间，温差约为7%。这些数值仅用于以理想气体为例进行说明； 若用于结算或高精度状态换算，则需综合考虑温度、气体性质及可压缩性等因素（DVGW G 685规范）。能源平衡计算中最常见的误差来源并非测量精度，而是未被察觉的错误体积基准。

天然气热量计量在哪些场合特别值得采用？

在主干管和支管中，一个检测点可持续监测整栋建筑、区域或锅炉房的总消耗量——对于较大的现有管道，VA 550作为插入式传感器颇具吸引力，因为无需在DN口径内安装完整的在线测量段。 在各个终端设备（锅炉、燃烧器、生产设备）的正前方，可以直观地看到哪个终端设备在何时消耗了多少天然气——这是制定负荷曲线和成本中心的基础。最具参考价值的是将主计量与分表相结合：主计量加上分表可以显示总消耗量及其分布情况。

测量值如何传输到能源管理系统？

许多已安装的机械式现有计量表仅通过脉冲输出端传输消耗值；现代电子计量表同样可提供数字接口。 VA 550和VA 570可根据订购的型号，通过以太网上的Modbus TCP直接接入中央控制技术或能源监测软件（流量、总消耗量、天然气温度）；无需RTU/TCP网关。 可选的 PoE 技术将数据传输与供电整合于一条网络电缆中——这大大降低了安装工作量，特别是在有多个检测点的情况下。此外，还提供 Modbus RTU、4…20 mA、脉冲、M-Bus、IO-Link 或 HART 等通信协议。

安装、维护和重新校准的优势

将 VA 550 作为插入式传感器进行改装：通过合适的工艺入口或球阀安装传感器。深度刻度和预设的安装方向可确保传感器位置的可重复性。 VA 550 设计用于最高 50 bar 的工作压力（DVGW 版本最高 16 bar），在带压状态下的安装和拆卸通过带保险环的 ½" 球阀进行。

VA 570 作为在线解决方案：在清洗或重新校准时，测量段仍保留在管道中——仅需拆下传感器单元。 重新校准时需将传感器寄回；校准期间可安装备用传感器，从而避免中断运行。

操作：VA 550 和 VA 570 均配备光学按键，无需打开外壳即可进行设置——两款设备的操作方式完全相同。数字设备信息和状态信息（Modbus 寄存器）有助于故障排查和交接文档记录。

实践案例：从消耗值到工艺指标

在一项锅炉应用中，测量数据为 330 Nm³/h 天然气和 5,000 kg/h 蒸汽。 根据天然气消耗量、热值和蒸汽数据，可计算出锅炉效率——在该记录的示例中为 84%。由此，单纯的消耗量测量转化为衡量效率和维护工作的可靠指标。（→ 蒸汽锅炉应用报告）

哪种天然气流量计适合该应用？

关于 ATEX 和燃气安装有哪些规定？

VA 550 和 VA 570根据具体型号可提供 ATEX/IECEx 认证； 根据数据表，这些型号的防爆标识为：ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb（气体）以及II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db（粉尘）；IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db。防爆型产品的介质温度上限为 120 °C，防护等级为 IP 65。欧盟型式检验证书可在下载专区获取。针对特定防爆区域的适用性评估由运营商负责。CS INSTRUMENTS 为此提供技术数据表和防爆证书，但不对区域划分或设备在特定设施中的适用性提供咨询。