天然(ran)氣作爲一(yi)種高效清(qing)潔能源，其(qi)需求量随(suí)着全球低(dī)碳經濟的(de)發展呈現(xian)快速增長(zhang)趨勢，預計(jì) 2020 年國内天(tian)🐪然氣需求(qiú)量将達 3 000×108m3。進(jìn)口渦輪流(liu)量計一直(zhí)占據着高(gao)壓管道貿(mào)易計量市(shì)場，而國産(chǎn)渦輪流量(liàng)計通常應(ying)用于低壓(yā)管道，用戶(hu)主要爲城(cheng)市燃氣的(de)工業用戶(hu)。
　　随着工業(ye)過程控制(zhì)自動化的(de)實施及輸(shū)氣管道的(de)♻️大量建設(she)，對💛貿易計(jì)量所需的(de)渦輪流量(liàng)計和具有(yǒu)強大功能(néng)的流✌️量計(ji)算機的需(xū)求量也不(bú)斷增大，因(yin)此，擁有自(zì)主知🏃🏻識産(chǎn)權且滿足(zú)👣工業性🌈應(yīng)用要求的(de)高精度高(gao)壓渦輪流(liu)量計與流(liú)量計算機(jī)，對實現管(guǎn)道設備的(de)國産化，打(da)破國外技(jì)🔴術壟🛀🏻斷，保(bao)障管道安(an)全、經濟、高(gāo)效運行，具(ju)有十⭐分重(zhòng)💯要的意義(yi)。爲了評價(jia)國産化流(liú)量計在實(shi)際運💘行過(guo)程中的精(jing)☔度、可重複(fú)性、穩定性(xìng)及安全性(xing)等指💔标，爲(wei)後續新建(jian)管道的推(tuī)廣應用及(ji)流量計的(de)制造、改進(jin)提供依據(jù)，對 4 台國産(chǎn)氣體高壓(yā)渦輪流量(liàng)計和FC 型流(liu)量計算機(ji)進行了現(xiàn)場工業性(xing)。
1　TBQM 型高壓氣(qi)體渦輪流(liú)量計
1.1　工作(zuo)原理
　　高壓(yā)氣體渦輪(lún)流量計是(shi)一種帶機(ji)械計數器(qì)并用于精(jīng)确測量氣(qi)體流量的(de)流量計，其(qí)工作原理(lǐ)：當高壓氣(qi)流進入流(liú)量計時，首(shou)先⭐經過整(zhěng)流器整流(liú)并加速，在(zai)流體的作(zuò)用下，渦輪(lun)克服阻力(li)矩🎯開始轉(zhuǎn)動；當力矩(ju)達到平衡(heng)時，渦輪🙇‍♀️轉(zhuǎn)速穩定，此(ci)時其轉速(su)與氣體工(gong)況流量🛀成(chéng)正比，并通(tōng)過齒輪減(jian)🚶速傳動；磁(ci)耦合聯接(jie)驅動字輪(lun)計數器轉(zhuǎn)動，直接累(lei)積氣體的(de)工況體積(ji)總量。因爲(wei)通過渦輪(lún)的流量與(yu)渦輪🏃🏻‍♂️轉速(su)成正比，所(suǒ)以高頻信(xìn)号脈沖輸(shū)出頻率與(yǔ)渦輪轉速(sù)存在以下(xia)關系[7]：
f=nZ （1）
式中(zhong)：f 爲脈沖頻(pin)率，Hz；n 爲渦輪(lun)轉速，r/s；Z 爲渦(wo)輪
葉片數(shu)。
　　爲了使高(gao)壓渦輪流(liú)量計在一(yī)定的流量(liàng)範圍内正(zhèng)💞常工作，其(qí)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻儀🔴表系數(shu)K 應爲常數(shu)，但實際上(shang)儀表系數(shu)K與體積流(liú)量q 成一定(ding)🈲的函數關(guān)系，即：
q=f/K （2）
将式(shì)（1）代入式（2），可(kě)得：
K=nZ/q （3）
　　式中：K 爲(wei)儀表系數(shu)，爲工況條(tiao)件下每立(li)方米天然(rán)氣通🥵過流(liu)量傳感器(qì)時輸出的(de)脈沖數，1/m3；q 爲(wèi)工況體積(ji)流量，m3/s。
綜上(shàng)所述，儀表(biǎo)系數K 除與(yu)渦輪導程(chéng)、葉片數、葉(yè)片寬度、螺(luo)旋🏒升♈角、流(liú)量計流體(ti)通道等結(jie)構因素有(yǒu)關外，還與(yǔ)💰介質流體(tǐ)黏性、軸承(cheng)本身阻尼(ni)、軸承潤滑(hua)油黏度等(deng)有關，若以(yi)上其中一(yi)種或幾種(zhong)相關因素(su)發生♉改變(biàn)，則儀表系(xì)數K 也會相(xiang)應改變，因(yin)此流量計(ji)應通🔴過線(xian)性檢定等(deng)方式進行(háng)最終設計(ji)确認。
1.2　性能(neng)測試
　　以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和(he) OIML R137-1-2006《氣體流量(liang)計》作爲流(liu)量計産品(pin)的研制依(yi)據，并💞嚴格(ge)按照标準(zhun)進行性能(néng)測試，主要(yao)包括：耐久(jiu)性、彎矩與(yu)扭矩、短時(shí)過載、擾動(dong)以及高低(dī)溫性能測(ce)試等。
1.2.1　耐久(jiu)性測試
　　渦(wō)輪流量計(ji)進行耐久(jiǔ)性測試的(de)目的在于(yu)确認流量(liàng)計在指定(ding)條件下的(de)計量性能(neng)是否符合(he)分段要求(qiú)[9]，即：

　　式中：δ爲(wei)計量相對(duì)誤差；Qmax爲工(gōng)況最大流(liu)量，m3/h；Qmin爲工況(kuang)最小流量(liàng)，m3/h；Qt爲分界流(liú)量點，其值(zhi)等于 20％Qmax，m3/h。
　　确認(ren)各種安裝(zhuāng)位置是否(fou)影響測試(shì)樣機的計(ji)量性能🌍，安(ān)🍓裝位置可(ke)分爲水平(píng)方向、垂直(zhi)向上與垂(chui)直向下。在(zai)不同安裝(zhuang)位置情況(kuàng)📱下，樣機在(zài)耐久性測(ce)試前後指(zhǐ)示誤差的(de)變化量不(bu)得超過式(shi)（4）要求值的(de) 1/3。
以 DN80-G100 樣機爲(wèi)例，進行耐(nai)久性測試(shì)說明。首先(xian)将 3 台樣機(ji)分别🤞安💁裝(zhuang)😘在同一管(guǎn)道的不同(tong)位置，管道(dào)内 0.8 MPa 壓縮氣(qì)體以樣機(jī)最大流量(liàng)進行循環(huan)運行，以每(měi) 1 000 h 爲運行單(dān)位，将樣機(ji)拆卸并在(zài)标準氣體(tǐ)流量裝置(zhi)上進行相(xiàng)應性能測(ce)試，得到 7 000 h 運(yùn)💃行測試數(shù)據（圖 1）。

　　結果表明(míng)：該測試樣(yàng)機滿足耐(nai)久性測試(shi)要求，指示(shi)誤♈差的⭐變(bian)化量未超(chāo)過最大允(yǔn)許誤差的(de) 1/3；軸承經過(guo)長時間運(yùn)行磨合更(gèng)趨于穩定(dìng)，長期運行(hang)後非線性(xìng)段更趨于(yu)理想特性(xing)曲線。
1.2.2　彎扭(niǔ)矩測試
　　對(duì)于高壓渦(wō)輪流量計(ji)，應該詳細(xi)說明流量(liàng)計所需的(de)彎👣曲與扭(niu)力力矩的(de)保護水平(ping)[2]。該數據可(ke)以通過直(zhí)接獲得🙇‍♀️（圖(tú) 2，其中直管(guǎn)段🔞 1 連接氣(qì)體流量标(biao)準裝置，圖(tu) 2a 中在直管(guǎn)段 2 預先确(què)定的力🈲臂(bì)L 位置附加(jiā)垂直方向(xiàng)的力F 而形(xíng)成彎矩M；圖(tu) 2b 中在直管(guan)段 2 側面🍓預(yu)先确定👣的(de)力臂L 位置(zhi)附加垂直(zhi)方向的力(lì)F 而形☀️成扭(niǔ)矩T，而彎🤩矩(jǔ)與扭矩均(jun1)是㊙️作用于(yú)流量計入(rù)口與出口(kǒu)法蘭處）。由(yóu)于該項測(cè)試主要是(shi)針⛹🏻‍♀️對流量(liàng)計強度的(de)校核，爲了(le)使測試結(jie)果更具說(shuō)服力，并且(qiě)提高其可(kě)靠性，将鋁(lü)合金殼體(tǐ)的中低壓(ya)渦輪流量(liang)計 DN80-G100 用于此(ci)次測試。測(ce)試過程中(zhōng)按照 EN 12261-2002 表 10中(zhōng)要求施加(jia) 1 倍、2 倍直至(zhi) 4 倍（即力矩(jǔ)爲 3 040 N·m）的砝碼(mǎ)👣F，未發現流(liú)量計♈殼體(ti)有任何異(yi)常變化。施(shī)加砝碼F 時(shi)及卸下砝(fǎ)碼之後得(de)到的指示(shi)誤差與施(shi)加砝碼F 之(zhī)前的指示(shì)誤差無明(ming)顯變化，實(shi)際變化量(liang)均在最大(da)允許誤差(chà)的 1/3 以内。

1.2.3　常(cháng)壓與高壓(ya)對比
　　爲了(le)确認高壓(ya)渦輪流量(liang)計在高壓(ya)氣體介質(zhi)中計量♈性(xing)能是否滿(mǎn)足工業貿(mào)易計量要(yào)求，将多台(tai) DN80-G160樣機發往(wǎng)國家石油(you)天然氣大(da)流量計量(liang)站南京分(fen)站進🎯行 6 MPa 實(shí)流檢定。使(shǐ)用小流量(liang)标準裝置(zhì)對🛀編号爲(wei)131228041 的 DN80 渦輪流(liu)量計進行(háng)了檢定（圖(tú) 3）。流量計的(de)儀表系數(shù)K 的計算公(gong)式[10]：

　　式中（Ki）max、（Ki）min分(fen)别爲流量(liàng)計在qt～qmax流量(liàng)範圍各流(liu)量檢定點(diǎn)得到的Ki中(zhong)的最大值(zhí)和最小值(zhí)。

2 FC 型流(liu)量計算機(ji)
　　流量計算(suan)機是一種(zhǒng)可對多個(gè)流量測量(liàng)點集中進(jìn)行💛數據采(cai)集、精度高(gao)補償運算(suàn)、數據顯示(shì)存儲及運(yun)用網絡實(shi)現通信功(gōng)能的新一(yi)代以工業(yè)微型計算(suàn)機爲内核(hé)的計量儀(yí)表。與體積(ji)修正儀相(xiàng)比，其數據(ju)采集頻率(lü)高，運算速(su)度快且準(zhun)确，可以同(tóng)時對多台(tai)🐪流量計進(jìn)行溫度壓(yā)力修正和(hé)計量，廣💜泛(fan)應用于石(shí)油、化工、冶(ye)金、電力、城(chéng)市燃氣及(jí)供熱等行(hang)業的重要(yao)🏃貿易計量(liang)場合和工(gong)廠計量管(guan)理網絡。
　　FC 型(xíng)流量計算(suàn)機最多可(ke)以連接 4 路(lù)流量計，可(kě)以與渦輪(lun)流量計、腰(yao)輪流量計(ji)、孔闆流量(liàng)計等配套(tao)使用。當流(liu)量輸入爲(wèi)脈沖信号(hào)時，其體積(jī)流量爲：
Qv=3 600 f/K 　　　　（6）
式(shi)中：Qv爲未經(jing)修正的體(tǐ)積流量，m3/h。
當(dāng)連接孔闆(pan)流量計時(shi)，體積流量(liàng)爲[11]：

　　式中：qv爲(wei)工作狀态(tai)下體積流(liú)量，m3/h；d 爲工作(zuo)條件下孔(kong)闆開孔直(zhí)徑，mm；C 爲流出(chu)系數，對于(yú)孔闆，按标(biao)準計算；? 爲(wei)可膨脹系(xi)數；? 爲節流(liu)件等效直(zhi)徑比；Δp爲介(jiè)質流經孔(kong)闆時産生(shēng)的壓差，kPa；?1爲(wèi)介質在工(gong)作狀态下(xià)的密度，kg/m3。
此(ci)外，FC 型流量(liàng)計算機還(hái)具有能量(liang)計量功能(néng)，可以直接(jiē)通過配置(zhì)的 RS485 通信接(jie)口接收氣(qi)相色譜儀(yi)的組分分(fen)析結果🌈，也(yě)可以在流(liu)量計算機(jī)手動輸入(ru)天然氣組(zǔ)分數據後(hou)，計算發熱(rè)量，再根據(ju)所計量的(de)标準體❤️積(ji)量計算天(tiān)然氣能量(liàng)[12]：
E=∑VnHs　　　　（8）
　　式中：E 爲天(tian)然氣的能(néng)量，kW·h；Vn爲天然(ran)氣基準狀(zhuang)态下的體(ti)積，m3；Hs爲天然(ran)☂️氣基準狀(zhuàng)态下的單(dān)位發熱量(liang)，MJ/m3。
FC 型流量計(ji)算機内置(zhi)多種壓縮(suo)因子計算(suan)模型，且含(han)有多種😍通(tong)信接口，可(ke)以使用 RS485 接(jiē)口與上位(wèi)機或色譜(pu)儀通信，也(ye)可以通過(guo) RJ45 接口使用(yòng) Modbus/TCP通信協議(yi)與上位機(jī)通信。
　　爲了(le)滿足流量(liang)計算機對(duì)多通道數(shù)據快速處(chù)理的🐉要🛀求(qiu)，同時，考慮(lü)到流量計(jì)算機硬件(jian)配置的靈(líng)活性，FC型流(liu)量計算機(ji)采用模塊(kuai)化的結構(gou)設計方案(àn)，數據采集(ji)模塊采用(yong)🌈可插拔的(de)闆卡形式(shì)，每張闆卡(ka)均配有單(dān)獨的♉微處(chù)理器🤩，由該(gāi)處理器負(fù)責接收處(chu)理輸入到(dao)該數據采(cai)集模塊的(de)☁️與流量、溫(wen)度和壓力(lì)相關的電(diàn)信号，同📞時(shi)，數據采集(ji)模塊可以(yǐ)根據輸入(ru)信号的不(bu)同進行相(xiàng)應的配置(zhi)（圖 4）。

4　結論
　　通(tong)過超過半(bàn)年的現場(chang)工業性，高(gao)壓渦輪氣(qì)體流量計(jì)和配套流(liu)量計算機(ji)精度符合(he)設計要求(qiu)，具有較🏃🏻高(gāo)的🐆可靠性(xìng)，各項指标(biāo)和技術性(xing)能完全滿(man)足工業貿(mao)易計💞量的(de)要求，打破(po)了國外🙇‍♀️高(gāo)壓長輸管(guan)道領域的(de)技術壟斷(duàn)，積累了一(yi)定數據和(hé)經驗，爲今(jīn)後高壓🏃🏻‍♂️長(zhang)輸管道長(zhang)期運行奠(diàn)定了堅實(shí)的基礎。随(sui)着我國📧工(gong)業計量事(shì)業和城市(shi)燃氣的發(fa)展，以及能(neng)量計量的(de)逐步實施(shi)，國産📐化流(liu)量計具有(you)很🏃🏻‍♂️強的市(shì)場競争力(li)🤟和較大的(de)市場潛力(lì)，也爲天然(ran)氣的計量(liang)管理提供(gong)了保障。

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