天然(rán)氣作爲一種高(gao)效清潔能源，其(qi)需求量随着全(quan)球低碳經✏️濟的(de)發展呈現快速(sù)增長趨勢，預計(ji) 2020 年國内天然氣(qì)需求量将💃達 3 000×108m3。進(jin)口渦輪流量計(jì)一直占據着高(gao)壓管道貿易計(jì)量市場，而國産(chan)渦輪流量計通(tong)常應用于低壓(yā)管道，用戶主要(yào)爲城市燃氣的(de)工✨業用戶。
　　随着(zhe)工業過程控制(zhì)自動化的實施(shī)及輸氣管道的(de)🍓大❗量建設，對貿(mào)易計量所需的(de)渦輪流量計和(hé)具有👣強大功能(néng)的流量計算機(ji)的需求量也不(bu)斷增大，因此，擁(yōng)有🙇‍♀️自主知‼️識産(chǎn)權且滿足📐工業(yè)性應用要求的(de)高精度高壓渦(wō)輪流量計與流(liú)量計算機，對實(shi)現管道設備的(de)國産化，打破國(guó)外技術壟斷🤞，保(bǎo)障管道安全、經(jing)濟、高效運行，具(jù)有十分重要的(de)意義。爲了評價(jià)國産化流量計(jì)在實際運行過(guo)程中的精度、可(kě)重複性、穩🔞定性(xing)及安全性等指(zhi)标，爲後續新建(jiàn)管道❗的推廣應(ying)用及流量計的(de)制造、改進提供(gòng)依據，對 4 台國産(chǎn)氣體高壓渦輪(lun)流量計和FC 型流(liú)量計算機進行(hang)了現場工業性(xìng)。
1　TBQM 型高壓氣體渦(wō)輪流量計
1.1　工作(zuò)原理
　　高壓氣體(ti)渦輪流量計是(shì)一種帶機械計(jì)數器并用于精(jing)确測量氣體流(liú)量的流量計，其(qí)工作原理：當高(gao)壓氣流進入流(liu)量計時，首先✔️經(jīng)過整流器整流(liú)并加速，在流體(ti)的作用下，渦輪(lún)克服阻力矩開(kai)始轉動；當力🧡矩(jǔ)達到📧平衡時，渦(wō)輪轉速穩定，此(ci)時其轉速與氣(qì)體工況流量成(cheng)正比，并通過齒(chǐ)輪減速傳動；磁(ci)耦合聯接驅動(dòng)字輪計數器轉(zhuǎn)動，直接累積氣(qi)體的工況體積(ji)總量。因爲通過(guò)渦🌍輪的流量與(yǔ)渦輪轉速成正(zheng)比，所以高頻信(xìn)号脈沖輸出頻(pín)率與渦輪轉速(sù)存在以下關系(xi)[7]：
f=nZ （1）
式中：f 爲脈沖頻(pín)率，Hz；n 爲渦輪轉速(su)，r/s；Z 爲渦輪
葉片數(shu)。
　　爲了使高壓渦(wo)輪流量計在一(yi)定的流量範圍(wéi)内正常工作，其(qi)儀✉️表系數K 應爲(wèi)常數，但實際上(shàng)儀表系數⭐K與體(tǐ)積流量q 成一定(dìng)的函數關系，即(ji)：
q=f/K （2）
将式（1）代入式（2），可(ke)得：
K=nZ/q （3）
　　式中：K 爲儀表(biao)系數，爲工況條(tiáo)件下每立方米(mǐ)天然氣通過流(liu)量傳感器時輸(shu)出的脈沖數，1/m3；q 爲(wei)工況體積流🏃‍♀️量(liang)，m3/s。
綜上所述，儀表(biao)系數K 除與渦輪(lun)導程、葉片數、葉(ye)片寬🚩度、螺旋升(sheng)角、流量計流體(ti)通道等結構因(yin)素有關外，還與(yǔ)介質流體黏性(xìng)🔴、軸承💯本身阻尼(ni)、軸承潤滑油黏(nián)度等有關，若以(yǐ)上其中一種或(huo)❌幾種相關因素(sù)發生改變，則儀(yi)表系數K 也會相(xiàng)應改變，因此流(liú)量計應通⭐過線(xian)性檢定等方式(shi)進行最終設計(jì)确認。
1.2　性能測試(shì)
　　以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和 OIML R137-1-2006《氣體流量(liàng)計》作爲流量計(jì)産品的研制依(yi)據，并嚴格🤩按照(zhao)标👄準進行性能(néng)測試，主要包括(kuo)：耐久性、彎矩與(yu)扭矩、短時過載(zai)、擾動以及高低(di)溫性能測試等(deng)。
1.2.1　耐久性測試
　　渦(wo)輪流量計進行(háng)耐久性測試的(de)目的在于确認(rèn)流量㊙️計在指定(dìng)條件下的計量(liang)性能是否符合(hé)分段要求[9]，即：

　　式(shi)中：δ爲計量相對(duì)誤差；Qmax爲工況最(zuì)大流量，m3/h；Qmin爲工況(kuang)最小流量✌️，m3/h；Qt爲分(fen)界流量點，其值(zhi)等于 20％Qmax，m3/h。
　　确認各種(zhǒng)安裝位置是否(fǒu)影響測試樣機(jī)的計量性能，安(an)裝位置可分爲(wèi)水平方向、垂直(zhí)向上與垂直向(xiàng)🏒下。在✍️不同安裝(zhuāng)位置情況下，樣(yang)機在耐久性測(ce)試前後指示誤(wu)差的💰變化量不(bu)得超🔞過式（4）要求(qiú)值的 1/3。
以 DN80-G100 樣機爲(wei)例，進行耐久性(xing)測試說明。首先(xian)将 3 台樣機分别(bie)安💃裝在同一管(guǎn)道的不同位置(zhi)，管道内 0.8 MPa 壓縮氣(qì)體以樣機✊最大(dà)流量進行循環(huán)運行，以每 1 000 h 爲運(yùn)行單位，将樣機(ji)拆卸并在标準(zhǔn)氣體流量裝置(zhi)上進行相應性(xìng)能測試，得到 7 000 h 運(yùn)行測試數🔴據（圖(tu) 1）。

　　結果表明(míng)：該測試樣機滿(mǎn)足耐久性測試(shi)要求，指示誤差(chà)的🤩變化量未超(chāo)過最大允許誤(wù)差的 1/3；軸承經過(guo)長時間運行磨(mo)合更趨于穩定(ding)，長期運行後非(fei)線性段更趨于(yú)理想特性曲線(xiàn)。
1.2.2　彎扭矩測試
　　對(dui)于高壓渦輪流(liu)量計，應該詳細(xi)說明流量計所(suo)需的彎曲與扭(niu)力力矩的保護(hù)水平[2]。該數據可(kě)以通過直接獲(huò)得（圖 2，其中直管(guan)段 1 連接氣體流(liú)量标準裝置🌂，圖(tú) 2a 中在🐉直管段 2 預(yu)先确定的力臂(bi)L 位置附加垂直(zhí)方向的力F 而形(xing)成彎矩M；圖 2b 中在(zài)直管段 2 側面預(yu)先确定的力臂(bì)L 位置附加垂直(zhi)方向的力F 而形(xíng)✨成扭矩T，而彎矩(ju)與扭矩均是作(zuo)用于流量計入(ru)口與出口法蘭(lan)處）。由于該項測(ce)試主要是針對(duì)流量計強度的(de)校核，爲了💃使測(ce)試結果更具說(shuo)服力，并且提高(gao)其可靠性，将鋁(lǚ)合金殼體的中(zhong)低壓渦輪流量(liàng)計 DN80-G100 用于此次測(ce)試。測試過程中(zhōng)按照🙇🏻 EN 12261-2002 表 10中要❄️求(qiu)施加 1 倍、2 倍直至(zhi) 4 倍（即力矩爲 3 040 N·m）的(de)砝碼F，未發現流(liú)量計殼體有任(rèn)何異常變化。施(shi)加❌砝碼F 時及卸(xiè)下砝碼之後🏃🏻得(dé)到的指示誤差(chà)與施加砝碼🐕F 之(zhi)前的指示誤差(chà)無明📱顯變化，實(shí)際變化量均在(zài)最大允許誤⭐差(chà)的 1/3 以内。

1.2.3　常(chang)壓與高壓對比(bi)
　　爲了确認高壓(yā)渦輪流量計在(zai)高壓氣體介質(zhì)中計量性能是(shi)否💃🏻滿足工業貿(mao)易計量要求，将(jiang)多台 DN80-G160樣機發往(wang)國家石油✏️天然(ran)氣大流量計量(liàng)站南京分站進(jìn)行 6 MPa 實流檢定。使(shǐ)用小流量标準(zhun)裝置對編号爲(wèi)131228041 的 DN80 渦😘輪流量計(ji)進行了檢☎️定（圖(tu) 3）。流量計的儀表(biǎo)系數K 的計❤️算公(gōng)式[10]：

　　式中（Ki）max、（Ki）min分别爲(wèi)流量計在qt～qmax流量(liàng)範圍各流量檢(jian)定點得到😄的Ki中(zhong)🎯的最大值和最(zui)小值。

2 FC 型流(liu)量計算機
　　流量(liàng)計算機是一種(zhong)可對多個流量(liang)測量點集中進(jin)行數據采集、精(jing)度高補償運算(suàn)、數據顯示存儲(chǔ)及運用網絡實(shi)現通信功能的(de)新一代以工業(yè)微型計算機爲(wèi)内核的計量儀(yí)表。與體積修正(zheng)儀相比，其數據(jù)采集頻率高，運(yun)算速度快且準(zhun)确，可以同時對(duì)多台㊙️流量計進(jìn)行溫度壓力修(xiu)正和計量，廣泛(fan)應用于石油、化(hua)工、冶金、電力、城(chéng)市燃氣及供熱(re)等行業的重要(yao)貿易計量場合(hé)和工廠計量管(guan)理網絡。
　　FC 型流量(liàng)計算機最多可(kě)以連接 4 路流量(liàng)計，可以與渦輪(lún)流量計、腰輪流(liú)量計、孔闆流量(liàng)計等配套使用(yong)。當流量輸入爲(wèi)脈沖信号時，其(qí)體積流量爲：
Qv=3 600 f/K 　　　　（6）
式(shi)中：Qv爲未經修正(zhèng)的體積流量，m3/h。
當(dang)連接孔闆流量(liàng)計時，體積流量(liang)爲[11]：

　　式中：qv爲工作(zuo)狀态下體積流(liú)量，m3/h；d 爲工作條件(jiàn)下孔闆開孔直(zhi)徑，mm；C 爲流出系數(shù)，對于孔闆，按标(biāo)準計算；? 爲可膨(peng)脹系數；? 爲節流(liu)件等效直徑比(bǐ)；Δp爲介質流經孔(kong)闆時産生的壓(yā)差，kPa；?1爲介質在工(gong)作狀态下的密(mi)度，kg/m3。
此外，FC 型流量(liang)計算機還具有(you)能量計量功能(néng)，可以直接通過(guò)🍉配置的 RS485 通信接(jiē)口接收氣相色(se)譜儀的組分🔆分(fèn)析結果，也可以(yǐ)在流量計算機(ji)手動輸入天然(rán)氣組分數據後(hou)，計算發熱量，再(zai)根據所計量的(de)标準體🐇積量計(ji)算天然氣能量(liang)[12]：
E=∑VnHs　　　　（8）
　　式中：E 爲天然氣(qi)的能量，kW·h；Vn爲天然(ran)氣基準狀态下(xia)的體積，m3；Hs爲天然(rán)氣基準狀态下(xià)的單位發熱量(liàng)，MJ/m3。
FC 型流量計算機(jī)内置多種壓縮(suō)因子計算模型(xing)，且含有多㊙️種通(tōng)信🏃接口，可以使(shi)用 RS485 接口與上位(wei)機或色譜儀通(tōng)信，也可以通過(guo) RJ45 接口❄️使用 Modbus/TCP通信(xin)協議與上位機(ji)通信。
　　爲了滿足(zú)流量計算機對(dui)多通道數據快(kuài)速處理的要求(qiú)🐆，同🈲時，考慮到流(liú)量計算機硬件(jian)配置的靈活性(xìng)，FC型流量計算機(ji)采用模塊化的(de)結構設計方案(àn)，數據⭐采集模塊(kuai)采用可插拔的(de)闆卡形式，每張(zhāng)闆卡均配有單(dān)獨的微處理器(qi)，由該處理✔️器負(fu)責接收處理輸(shū)🐕入到該數據😍采(cǎi)集模塊的與流(liu)量、溫度和壓力(lì)相關的電信号(hào)，同時，數據采集(jí)模塊可以根據(ju)輸入🚶‍♀️信号🏃🏻‍♂️的不(bu)同進行相應‼️的(de)配置（圖 4）。

4　結論
　　通(tōng)過超過半年的(de)現場工業性，高(gao)壓渦輪氣體流(liú)量計🔞和配套流(liú)量計算機精度(du)符合設計要求(qiu)，具有較高的可(ke)靠性，各🛀🏻項指标(biao)和技術性能完(wan)全滿足工業貿(mào)易計量的要求(qiu)，打破了國外高(gao)壓長🔱輸管道領(ling)域的技術壟斷(duàn)，積累了一定數(shu)據和經驗，爲今(jīn)後高壓長輸管(guǎn)道長期運行奠(dian)定👅了堅實的基(jī)礎。随着我國工(gong)業計量事✨業和(hé)城市燃氣的💚發(fa)展，以及能量✨計(jì)量的逐步實施(shi)，國産化流量計(jì)具有很強的市(shì)場競争力和較(jiào)大的市場潛力(lì)，也爲天然氣的(de)計量管理提🏒供(gong)了保障。

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