一种民用燃气能量计量装置及方法与流程
本发明涉及高效建筑节能领域，尤其涉及一种民用燃气能量计量装置及方法。
背景技术：
作为供给居民生活、商业(公共建筑)和工业企业生产作燃料用的公用性质的燃气，一般包括天然气、液化石油气和人工煤气。随着国家节能减排政策、城市燃气管网普及和“西气东输”工程的顺利实施，天然气很快成为城市燃气中的最为重要的来源。天然气是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是可燃气体烷烃，其中甲烷占绝大部分，另有少量的乙烷、丙烷、丁烷，以及少量的氮气、二氧化碳等非可燃性气体。燃烧后几乎无粉尘、硫化物的产生，具有安全、热值高、洁净等优点。
天然气更多地被用作燃料，其作为清洁燃料的核心价值在于供出的发热量。不同气田的天然气每个组分含量并不相同，不同国家的天然气组分含量也可能有所不同，即使是同一地区、同一气田的天然气各个开采阶段其成分也可能不同。由于组分的差异，同样体积的天然气所产生的能量是不同的。现阶段民用燃气多通过皮膜式燃气表计量燃气的体积，燃气公司与用户通过燃气的体积进行结算，燃气的体积在不同的温度和压力下也会发生一定的变化。天然气销售使用的实质是天然气的能量，而不是体积。因此通过现行的体积量结算的方式无法准确、直观的体现天然气作为能源的价值，不利于资源的合理利用和有效配置，对供需双方也是不合理的。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种民用燃气能量计量装置及方法，不仅能准确计量燃气的供气体积，而且能对燃气的供气体积实现温度和压力修正，进而实现燃气的能量计量。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
民用燃气能量计量装置，包括上表壳和下表壳，所述的上表壳设于下表壳的上部，所述的下表壳的内部横向安装有超声波测量管道，所述的超声波测量管道的一端与进气口连通，所述的超声波测量管道的另一端与出气口连通；所述的超声波测量管道的内部设有一对斜向布置的超声波换能器，所述的上表壳的内部设有压力传感器和温度传感器。温度传感器和压力传感器实时采集燃气的温度和压力，超声波燃气表将燃气的供气体积进行温度压力修正，得到燃气在标准状态下的体积。同时在已知燃气的摩尔组成时，通过计算求得燃气的热值，进而求得用户所消耗的燃气能量。
所述的超声波换能器设于超声波测量管道的两端内部，用于交替发射和接收对方的超声波信号，采集超声波顺逆流时差，进而得到燃气的体积。
所述的超声波测量管道内部为矩形腔体，所述的矩形腔体内设有五层等间距的导流片，用于均匀来流燃气，提高测量精度。
所述的进气口和出气口垂直于超声波测量管道，所述的进气口和出气口延伸至上表壳的上部。
民用燃气能量计量装置的计量方法为：
燃气经进气口进入燃气能量计量装置内部，后流经超声波测量管道，并在导流片的整流作用下，使得流经矩形腔体内部由于五个导流片分割成的六个小腔室内的来流分布均匀；此时，一对斜向布置的超声波换能器交替发射和接收对方的超声波信号，采集时差得到燃气在供气状态下的体积流量qg，温度传感器采集温度Tg，压力传感器采集压力Pg；
燃气在标准状态下的体积qn为：
qn＝qg(Pg/Pn)(Tn/Tg)(Zn/Zg) (1)
其中，Pn为燃气在标准状态下的压力，Tn为燃气在标准状态下的温度，Zn为标准状态下的天然气压缩因子，Zg为供气状态下的天然气压缩因子；
一般天然气在管道内的供气压力为2000-3000Pa，城市供气管道内处于低压时，压缩因子变化不大，即：
Zn/Zg＝1 (2)
将(2)式代入(1)式得：
qn＝qg(Pg/Pn)(Tn/Tg) (3)
将燃气视作理想气体，理想气体的状态方程为：
pV＝mRgT (4)
其中，
其中：p为压强，T为绝对温度，M为混合物的摩尔质量，Mi为组分i的相对分子质量，xi为组分i的摩尔分数，R为通用气体常数，Rg为混合物的气体常数，m为燃气的质量，N为燃气各个组分的总数；
在已知来流燃气的摩尔组成时，通过公式(4)—公式(6)实现燃气的体积计量向燃气的质量计量的转换；
燃气的质量发热量H为：
其中：Hi为组分i的质量发热量。
故燃气的能量计量通过下式实现：
E＝m·H (8)
其中：E为用户消耗的燃气能量。
本发明的有益效果：
本发明的燃气能量计量装置内部的温度、压力传感器实时采集燃气的温度和压力，超声波燃气表将燃气的供气体积进行温度压力修正，得到燃气在标准状态下的体积；不仅能准确计量燃气的供气体积，而且能对燃气的供气体积实现温度和压力修正，进而实现燃气的能量计量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的超声波测量管道的主视图；
图3为本发明的超声波测量管道的左视图；
图4为本发明的超声波测量管道的俯视图；
其中，1-上表壳，2-下表壳，3-进气口，4-出气口，5-压力传感器，6-温度传感器，7-超声波测量管道，8-超声波换能器，9-超声波信号传播路径，10-导流片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1-图4所示，民用燃气能量计量装置，包括上表壳1和下表壳2，所述的上表壳1设于下表壳2的上部，所述的下表壳2的内部横向安装有超声波测量管道7，所述的超声波测量管道7的一端与进气口3连通，所述的超声波测量管道7的另一端与出气口4连通；所述的超声波测量管道7的内部设有一对斜向布置的超声波换能器8，所述的上表壳1的内部设有压力传感器5和温度传感器6。温度传感器6和压力传感器5实时采集燃气的温度和压力，超声波燃气表将燃气的供气体积进行温度压力修正，得到燃气在标准状态下的体积。同时在已知燃气的摩尔组成时，通过计算求得燃气的热值，进而求得用户所消耗的燃气能量。
所述的超声波换能器8设于超声波测量管道7的两端内部，用于交替发射和接收对方的超声波信号，采集超声波顺逆流时差，进而得到燃气的体积。
所述的超声波测量管道7内部为矩形腔体，所述的矩形腔体内设有五层等间距的导流片10，用于均匀来流燃气，提高测量精度。
所述的进气口3和出气口4垂直于超声波测量管道7，所述的进气口3和出气口4延伸至上表壳的上部。
民用燃气能量计量装置的计量方法为：
燃气经进气口3进入燃气能量计量装置内部，后流经超声波测量管道7，并在导流片10的整流作用下，使得流经矩形腔体内部由于五个导流片10分割成的六个小腔室内的来流分布均匀；此时，一对斜向布置的超声波换能器8交替发射和接收对方的超声波信号，采集时差得到燃气在供气状态下的体积流量qg，温度传感器采集温度Tg，压力传感器采集压力Pg；
燃气在标准状态下的体积qn为：
qn＝qg(Pg/Pn)(Tn/Tg)(Zn/Zg) (1)
其中，Pn为燃气在标准状态下的压力，Tn为燃气在标准状态下的温度，Zn为标准状态下的天然气压缩因子，Zg为供气状态下的天然气压缩因子；
一般天然气在管道内的供气压力为2000-3000Pa，城市供气管道内处于低压时，压缩因子变化不大，即：
Zn/Zg＝1 (2)
将(2)式代入(1)式得：
qn＝qg(Pg/Pn)(Tn/Tg) (3)
将燃气视作理想气体，理想气体的状态方程为：
pV＝mRgT (4)
其中，
其中：p为压强，T为绝对温度，M为混合物的摩尔质量，Mi为组分i的相对分子质量，xi为组分i的摩尔分数，R为通用气体常数，Rg为混合物的气体常数，m为燃气的质量，N为燃气各个组分的总数；
在已知来流燃气的摩尔组成时，通过公式(4)—公式(6)实现燃气的体积计量向燃气的质量计量的转换；
燃气的质量发热量H为：
其中：Hi为组分i的质量发热量。
故燃气的能量计量通过下式实现：
E＝m·H (8)
其中：E为用户消耗的燃气能量。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
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