天然氣(qì)作爲一(yi)種高效(xiào)清潔能(néng)源，其需(xū)求量随(sui)着全球(qiú)低碳經(jing)濟的發(fā)展呈現(xiàn)快速增(zeng)長趨勢(shi)，預計2020 年(nián)國内天(tiān)然氣需(xu)求♻️量将(jiāng)達 3 000×108m3[1-4]。進口(kou)渦輪流(liu)量計一(yī)直占據(ju)着高壓(yā)管道貿(mào)易計量(liàng)市場，而(er)國産 渦(wō)輪流量(liàng)計 通常(cháng)應用于(yú)低壓管(guan)道，用戶(hù)主要爲(wei)城市燃(ran)氣的工(gong)業🔞用戶(hu)。
    随着工(gōng)業過程(chéng)控制自(zi)動化的(de)實施及(ji)輸氣管(guǎn)道的大(da)🤟量建設(shè)，對👌貿易(yì)計量所(suǒ)需的渦(wo)輪流量(liàng)計和具(jù)有強大(dà)功能的(de)流量計(ji)算機🏒的(de)需求量(liàng)也不斷(duan)增大，因(yin)此，擁有(you)🏒自主知(zhī)識産權(quán)🏃‍♂️且滿足(zú)工業性(xìng)應用要(yao)求的精(jīng)度好的(de)高壓渦(wo)輪流量(liàng)計 與流(liu)量計算(suan)機，對實(shí)現管道(dào)設備的(de)國産化(hua)，打破國(guo)外技術(shu)壟🚶‍♀️斷💯，保(bao)障管道(dao)安全、經(jīng)濟、高效(xiao)運行，具(jù)有十🔞分(fen)重要的(de)意義。爲(wèi)了評價(jia)國産化(huà)流量計(jì)在實際(jì)運☔行過(guò)程中的(de)準🤟确度(du)、可重複(fu)性、穩定(dìng)性及安(an)全性等(deng)指标，爲(wèi)後♌續新(xin)建管道(dào)的推廣(guǎng)應用及(ji)流量計(ji)的制造(zao)、改進提(tí)供依據(ju)，對 4 台國(guo)💋産 氣體(ti)高壓渦(wō)輪流量(liang)計🐪和FC 型(xing)流量計(jì)算👈機進(jìn)行了現(xian)場♊工業(ye)性試驗(yan)。
1　高壓氣(qi)體渦輪(lún)流量計(jì)
1.1　工作原(yuán)理
    高壓(yā)氣體渦(wō)輪流量(liàng)計 是一(yī)種帶機(ji)械計數(shu)器并用(yòng)于準确(què)測量氣(qi)體流量(liàng)的流量(liàng)計，其工(gōng)作原理(li)：當高壓(ya)氣流進(jìn)入流量(liang)計時，首(shou)先經過(guo)整流器(qì)整流并(bìng)加速，在(zai)流體的(de)作用下(xia)，渦輪克(ke)服⭐阻力(li)矩開始(shi)轉動；當(dang)力矩達(dá)到平衡(héng)時，渦輪(lún)轉速穩(wěn)定，此時(shí)其轉速(su)與氣體(ti)工況流(liú)量成正(zhèng)比，并通(tōng)過齒輪(lún)減速傳(chuán)動；磁耦(ǒu)🧡合聯接(jiē)驅動字(zi)輪計數(shù)器🔴轉動(dòng)，直接累(lèi)積氣體(ti)的工況(kuàng)體積總(zong)量。
因爲(wei)通過渦(wo)輪的流(liú)量與渦(wō)輪轉速(sù)成正比(bǐ)，所以高(gao)♍頻信号(hao)脈沖輸(shu)出頻率(lǜ)與渦輪(lún)轉速存(cún)在以下(xià)關系[7]：

   綜(zōng)上所述(shu)，儀表系(xi)數K 除與(yǔ)渦輪導(dao)程、葉片(pian)數、葉片(piàn)寬度、螺(luo)旋🎯升角(jiao)、流量計(ji)流體通(tōng)道等結(jié)構因素(su)有關外(wài)，還與介(jie)質✌️流體(ti)黏性、軸(zhóu)承本身(shēn)阻尼、軸(zhou)承潤滑(hua)油黏👉度(du)等有關(guan)，若以上(shàng)其中一(yi)種或幾(jǐ)種相關(guan)因素發(fa)生改變(bian)，則儀表(biao)系數K 也(ye)會相應(ying)改變，因(yīn)此流☀️量(liang)計應通(tōng)過線性(xing)檢定等(deng)試驗方(fang)式進行(háng)最終設(she)計确認(ren)。
1.2　性能測(cè)試
   以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和(he) OIML R137-1-2006《氣體流(liu)量計》作(zuo)爲流量(liàng)計産品(pǐn)的研制(zhi)依據，并(bing)嚴格按(àn)💃🏻照标準(zhǔn)進行性(xing)能測試(shi)，主要包(bao)括：耐久(jiǔ)性試驗(yan)、彎矩與(yǔ)扭矩試(shi)驗、短時(shí)過載試(shi)驗、擾動(dong)試驗以(yǐ)及高低(dī)溫💋性能(néng)測試等(děng)。
1.2.1　耐久性(xìng)測試
渦(wo)輪流量(liàng)計進行(háng)耐久性(xìng)測試的(de)目的在(zai)于确認(rèn)流量計(jì)在指定(dìng)條件下(xia)的計量(liàng)性能是(shi)否符合(hé)分段要(yào)求[9]，即：

   确(que)認各種(zhǒng)安裝位(wèi)置是否(fou)影響測(cè)試樣機(jī)的計量(liàng)性能，安(ān)裝位置(zhì)🔆可分爲(wei)水平方(fang)向、垂直(zhi)向上與(yu)垂直向(xiàng)下。在不(bu)同安裝(zhuāng)位置🈲情(qing)況下，樣(yang)機在耐(nài)久性測(cè)試前⭐後(hòu)指示誤(wù)差的變(bian)化量不(bu)得超過(guo)式（4）要♉求(qiú)值的 1/3。
   以(yǐ) DN80-G100 樣機爲(wèi)例，進行(hang)耐久性(xing)測試說(shuō)明。首先(xian)将 3 台樣(yang)機分♻️别(bié)安裝在(zai)同一管(guan)道的不(bú)同位置(zhì)，管道内(nèi) 0.8 MPa 壓縮氣(qi)體以樣(yang)機最大(da)流量進(jìn)行循環(huan)運行，以(yi)每 1 000 h 爲運(yùn)行單位(wei)，将樣機(ji)拆卸并(bìng)在标準(zhun)氣體流(liú)量裝置(zhi)上進行(háng)相應性(xing)能測試(shì)，得到 7 000 h 運(yun)行測試(shi)數據（圖(tu) 1）。

   結果表(biǎo)明：該測(ce)試樣機(ji)滿足耐(nai)久性測(ce)試要求(qiu)，指示誤(wu)差的變(biàn)化量未(wèi)超過最(zui)大允許(xu)誤差的(de) 1/3；軸承經(jing)過長時(shí)間運行(háng)磨合更(gèng)🍉趨于穩(wen)定，長期(qi)運行後(hou)非線性(xìng)段更趨(qu)于理想(xiǎng)特性曲(qǔ)線。
1.2.2　彎扭(niǔ)矩測試(shì)
   對于高(gao)壓渦輪(lún)流量計(ji)，應該詳(xiáng)細說明(ming)流量計(jì)所需的(de)🔞彎曲與(yǔ)扭力力(li)矩的保(bǎo)護水平(ping)[2]。該數據(ju)可以通(tong)過試驗(yan)直接獲(huò)得（圖 2，其(qí)中直🏃🏻‍♂️管(guǎn)段 1 連接(jiē)氣體流(liú)量标準(zhǔn)裝置，圖(tu) 2a 中在直(zhi)管段 2 預(yù)先确定(dìng)的力臂(bì)L 位置附(fu)加垂直(zhí)方向的(de)力F 而形(xing)成彎矩(jǔ)M；圖 2b 中在(zài)直管段(duàn) 2 側面預(yu)先确定(dìng)的力臂(bì)L 位置附(fu)加垂直(zhi)方向的(de)力🔅F 而形(xing)成扭矩(jǔ)T，而彎矩(jǔ)與扭矩(ju)均是作(zuò)用于流(liu)量計入(ru)口與出(chu)口法蘭(lan)處）。由于(yú)👨‍❤️‍👨該項測(cè)試主要(yào)是針對(dui)流📱量計(jì)強度的(de)校核🥵，爲(wèi)了使測(ce)試結果(guo)♊更具說(shuō)服力，并(bìng)且提🌐高(gāo)其可靠(kào)性，将鋁(lǚ)合🔱金殼(ké)體的中(zhong)低壓渦(wo)輪流量(liàng)計 DN80-G100 用于(yu)此次測(cè)試。測試(shi)過程中(zhong)按照 EN 12261-2002 表(biao) 10中要求(qiu)施加 1 倍(bèi)、2 倍直至(zhi) 4 倍（即力(li)矩爲 3 040 N·m）的(de)🏃🏻‍♂️砝碼F，未(wei)發現流(liú)量計殼(ke)體有任(rèn)何異常(cháng)❓變化。施(shī)加砝碼(mǎ)F 時及卸(xie)下砝碼(ma)之後得(de)到的指(zhi)示誤🚶差(cha)與施加(jia)砝碼F 之(zhi)前的指(zhi)示誤差(chà)無明顯(xian)變化，實(shi)際變化(hua)量均在(zài)最大允(yǔn)許誤差(cha)的 1/3 以内(nei)。

1.2.3　常(cháng)壓與高(gao)壓試驗(yan)對比
   爲(wèi)了确認(ren)高壓渦(wo)輪流量(liàng)計在高(gāo)壓氣體(tǐ)介質中(zhong)計量性(xing)能💘是否(fou)滿足工(gong)業貿易(yì)計量要(yao)求，将多(duō)台 DN80-G160樣機(ji)發往國(guo)家石油(you)天然氣(qì)大📞流量(liang)計量站(zhan)南京分(fen)站進行(háng) 6 MPa 實流檢(jiǎn)定。使用(yòng)小流量(liàng)标準裝(zhuang)置對編(bian)号爲131228041 的(de) DN80 渦輪流(liu)量計進(jin)行了檢(jiǎn)🧡定（圖 3）。流(liú)量計的(de)儀表系(xì)數K 的計(ji)⁉️算公式(shi)[10]


2 　FC 型(xíng)流量計(jì)算機
   流(liú)量計算(suàn)機是一(yi)種可對(dui)多個流(liú)量測量(liang)點集中(zhong)進行數(shù)據采集(jí)、精度高(gao)補償運(yun)算、數據(ju)顯示存(cún)儲及運(yùn)用網絡(luo)實🐉現通(tong)信功㊙️能(néng)的🌈新一(yī)代以工(gōng)業微型(xing)計算機(jī)爲内核(he)的計量(liang)儀表。與(yu)體積修(xiū)正儀相(xiàng)比，其數(shu)據📞采集(ji)頻率高(gāo)，運算速(su)度快且(qiě)準确，可(kě)以同時(shi)對多台(tai)♉流量計(ji)進行溫(wen)度壓力(li)修正和(he)計量，廣(guǎng)泛應用(yong)于石🔞油(you)、化工、冶(ye)金、電⛹🏻‍♀️力(lì)、城市燃(rán)氣及☔供(gòng)熱等行(hang)業的重(zhòng)要貿易(yi)計量場(chǎng)合和工(gong)廠計量(liàng)管理網(wǎng)絡。
   FC 型流(liu)量計算(suan)機最多(duō)可以連(lian)接 4 路流(liu)量計，可(kě)以與渦(wo)輪⚽流量(liang)計、腰輪(lún)流量計(ji)、 孔闆流(liú)量計 等(deng)配套使(shǐ)用。當流(liu)量輸入(rù)爲脈沖(chòng)信号時(shí)，其體積(jī)流🤞量📱爲(wei)：

   此外，FC 型(xíng)流量計(ji)算機還(hai)具有能(néng)量計量(liàng)功能，可(ke)以直🐅接(jie)通✔️過✊配(pei)✉️置的 RS485 通(tong)信接口(kǒu)接收氣(qì)相色譜(pǔ)儀的組(zǔ)分分析(xī)結果🔞，也(ye)可以在(zài)流量計(jì)算機手(shou)動輸入(rù)天然氣(qì)組分數(shù)🐇據後，計(jì)算發熱(rè)量，再根(gēn)據所計(ji)🌈量的标(biao)準體👈積(jī)量計算(suan)天然氣(qì)能量[12]：

   FC 型(xíng)流量計(ji)算機内(nèi)置多種(zhǒng)壓縮因(yin)子計算(suàn)模型，且(qiě)含有多(duo)🐅種☔通信(xin)接口，可(ke)以使用(yòng) RS485 接口與(yǔ)上位機(jī)或色譜(pu)儀通🐕信(xìn)，也可以(yǐ)通過 RJ45 接(jiē)口使用(yòng) Modbus/TCP通信協(xie)議與上(shàng)位機通(tong)信。
   爲了(le)滿足流(liu)量計算(suàn)機對多(duō)通道數(shu)據快速(su)處理的(de)要求，同(tong)時，考慮(lǜ)到流量(liang)計算機(jī)硬件配(pei)置的靈(ling)活性，FC型(xing)流量計(jì)算機采(cǎi)用模塊(kuai)化的結(jie)構設計(jì)方案，數(shu)據🈲采集(ji)模塊采(cǎi)用可插(chā)拔的闆(pan)卡形式(shi)，每張闆(pan)卡均配(pei)置有單(dān)獨數據(ju)采集模(mo)塊可以(yǐ)根據輸(shu)入信号(hao)的不㊙️同(tóng)進行相(xiang)應📱的配(pei)置（圖 4）。的(de)微處理(li)器，由該(gāi)處理器(qì)負責接(jiē)收處理(li)輸入到(dao)該數據(ju)采🔞集模(mó)塊的與(yǔ)流量、溫(wen)度和壓(yā)力相關(guān)的電信(xìn)号，同時(shí)，數據🌈采(cai)集模塊(kuai)可以根(gēn)🌈據輸入(rù)信号的(de)不同進(jin)行相應(ying)的配💃置(zhì)（圖 4）。

3　現(xian)場工業(yè)性試驗(yàn)
   對 4 台高(gāo)壓氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計及(ji)流量計(ji)算機進(jin)行現場(chang)工業性(xìng)試🏒驗，試(shi)驗場地(di)爲鎮江(jiang)分輸站(zhàn)（DN80）、滁州分(fen)輸站（DN80）、青(qing)山分輸(shu)清管站(zhàn)（DN50），站場設(she)計壓力(lì)均爲 10 MPa。以(yǐ)滁州分(fen)輸站爲(wèi)🔞例，介紹(shào)現場工(gōng)業性試(shi)🐕驗的情(qing)況。
   滁州(zhōu)分輸站(zhan)用戶分(fèn)輸路共(gòng) 2 台 Elster-InstrometTRZ G160 DN80 渦輪(lún)流量計(ji)，設置 1 座(zuò)🏒計量🏃‍♂️橇(qiao)（圖 5），具💁備(bei)比對流(liú)程。選擇(zé) FE3401 備用回(hui)路進行(háng) TBQM型流量(liàng)計的替(ti)換試用(yong)，同時将(jiāng)配套的(de)流量計(jì)算機更(gèng)換爲 FC 型(xíng)流量計(ji)算💜機，調(diao)試正常(cháng)後與 FE3301 回(huí)路流量(liàng)計進行(háng)比對運(yùn)行。從流(liú)量計算(suan)機機櫃(gui)鋪設一(yī)根🏃🏻‍♂️ 3 芯信(xin)号線🏒到(dào) PLC 機櫃，PLC 機(ji)櫃安裝(zhuang) SD16X 防雷及(ji) 485-232 轉換分(fèn)支器。流(liu)量計算(suàn)機通過(guo) RS485 信号連(lian)接至站(zhàn)控系統(tong)，站控系(xì)統通過(guò) Modbus 協議讀(dú)取流量(liang)計算機(jī)的計量(liàng)數據。試(shì)運行期(qi)間，每 3 個(ge)月将 流(liu)量計拆(chāi)卸下來(lái)，送南京(jing)計量中(zhong)心檢定(dìng)🐪。

   流量計(ji)同時輸(shū)出高頻(pin)脈沖和(he)低頻脈(mò)沖，其中(zhōng)高頻信(xin)号用于(yú)計量，低(di)頻信号(hao)用于比(bǐ)對。當兩(liang)信号的(de)誤差超(chao)🏃‍♀️出一👣定(dìng)範圍時(shi)，流量計(jì)算機會(hui)提示。如(rú)渦輪流(liu)量計共(gong)有 12 個葉(ye)片，當某(mou)一葉片(piàn)損壞時(shí)高頻和(he)低頻信(xìn)号将會(huì)🚩産生 1/12 的(de)誤差。
   流(liu)量計算(suan)機可通(tōng)過 RS485 信号(hào)直接與(yǔ)氣相色(se)譜儀連(lian)接，讀取(qu)🏃🏻天然✉️氣(qì)組分數(shù)據，也可(ke)以通過(guo)站控機(jī)發送或(huò)手動設(she)置天然(rán)氣組分(fen)數🌏據。由(yóu)于滁州(zhou)站的氣(qi)相色譜(pu)儀停用(yong)，因此 FE3301 路(lu)和 FE3401 路流(liu)量計算(suan)機的天(tiān)然氣組(zǔ)分🐇均爲(wèi)每天手(shǒu)動輸入(rù)。
   開始現(xiàn)場安裝(zhuāng)試驗前(qián)，分别将(jiāng) 4 台渦輪(lun)流量計(jì)和流量(liang)計算機(jī)✉️送👄第三(sān)方檢定(dìng)機構檢(jiǎn)定。其中(zhong)，渦輪流(liu)量計送(sòng)南京🈲計(ji)量🆚中心(xīn)檢定（圖(tu) 6，編号爲(wèi) 131228042 的DN80-G160 流量(liang)計的檢(jiǎn)定結果(guǒ)）。流量計(jì)💁算機送(song)至上海(hai)儀器儀(yi)表自控(kong)系統檢(jiǎn)驗測試(shì)所進行(háng)校準測(ce)試（表 1，編(bian)号爲 131227004 的(de)流量計(ji)算🔞機校(xiào)準測試(shì)數據），在(zài)壓力、溫(wen)度爲數(shu)字量輸(shu)入的情(qíng)🌈況下，流(liu)量計算(suàn)機的誤(wù)差來源(yuán)爲脈沖(chòng)測量、壓(ya)💰縮因子(zǐ)計算以(yǐ)及标況(kuang)流量計(jì)算。


   試驗(yan)期間，各(ge)站點每(měi)天會記(ji)錄兩台(tai)作比對(duì)的流量(liàng)🚶計的📞标(biao)況累積(ji)量，從而(er)統計計(jì)量誤差(cha)。根據滁(chu)州站FC 型(xing)流量計(jì)算機和(he) Elster 流⁉️量計(jì)算機（精(jing)度爲 0.5，流(liú)量範圍(wéi)爲 13～250 m
3/h）部分(fen)日累積(jī)量的比(bi)對數據(ju)（表 2），偏差(cha)量大部(bu)分爲負(fu)偏差且(qiě)最大值(zhi)爲 0.33％，說明(míng) FC 型流量(liang)計算機(ji)計量準(zhun)确且穩(wěn)定。

   試運(yùn)行 3 個月(yuè)後，将鎮(zhèn)江站 渦(wo)輪流量(liang)計和青(qing)山站 渦(wō)🤩輪流量(liàng)💜計拆卸(xiè)下來，送(song)南京計(ji)量中心(xīn)檢定。根(gēn)據鎮江(jiāng)分🐇輸站(zhàn)編号爲(wei) 131228041 的流量(liàng)計試運(yùn)行前後(hou)檢定結(jié)果（圖 7a）、青(qing)山分輸(shū)清管站(zhan)編👄号爲(wèi) 131228036 的流量(liàng)計試運(yùn)行前後(hou)檢定結(jie)果😘（圖 7b），
   流(liú)量計仍(réng)然滿足(zu) ±1％誤差的(de)要求。而(ér)與 Elster 流量(liàng)計的對(dui)比數據(ju)表🤩明：該(gai)類型國(guó)産渦輪(lún)流量計(ji)與流量(liàng)計算機(ji)達到📐了(le)國際水(shui)🏃準，滿✍️足(zu)工業計(ji)量要求(qiú)。

4　結論
   通(tōng)過超過(guò)半年的(de)現場工(gōng)業性試(shì)驗，高壓(yā)渦輪氣(qì)體流量(liàng)計和配(pei)套流量(liang)計算機(ji)精度符(fu)合設計(jì)要求，具(ju)🈲有較🐕高(gāo)的可靠(kao)🈲性，各項(xiang)指标和(he)技術性(xing)能完全(quan)滿足工(gōng)業貿易(yì)計量的(de)要求，打(dǎ)破了♌國(guó)外高壓(yā)長輸管(guan)道領域(yu)的技👄術(shu)壟斷，積(jī)累了一(yi)定🧑🏾‍🤝‍🧑🏼試驗(yan)數據🌍和(hé)經驗，爲(wei)今後高(gao)壓長輸(shū)管道長(zhang)期運行(hang)奠定了(le)⭕堅實的(de)基礎。随(suí)着我國(guó)工業☔計(jì)量事業(yè)和城市(shì)燃氣的(de)發展，以(yi)及能量(liang)計量的(de)逐步實(shí)施，國❓産(chǎn)化流量(liàng)計具有(yǒu)很強的(de)市場競(jìng)争力和(he)較大🛀🏻的(de)市場潛(qián)力，也爲(wei)天然氣(qi)的計💘量(liàng)管理提(ti)🌍供了技(jì)術保♍障(zhàng)。

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