天然(rán)氣作爲(wèi)一種高效(xiào)清潔(jié)能源，其(qí)需求量(liàng)随着全球(qiú)低碳經濟(jì)的發展呈(chéng)現快速增(zēng)長趨勢，預(yù)計 2020 年(nián)國内(nèi)天然氣需(xū)求量将達(dá) 3 000×108m3。進(jìn)口渦輪(lún)流量計一(yī)直占(zhàn)據着高壓(yā)管道(dào)貿易(yì)計量市場(chǎng)，而國産渦(wō)輪流(liú)量計通常應用(yòng)于低壓管(guǎn)道，用(yòng)戶主要(yào)爲(wèi)城市(shì)燃氣(qì)的工業用(yòng)戶。
　　随着工業過(guò)程控制自動化的實施及輸氣(qì)管道的大量建(jiàn)設，對貿易(yì)計量(liàng)所需的渦輪流(liú)量計和(hé)具(jù)有強大功能的(de)流量計算機的(de)需求(qiú)量也不斷增大，因此(cǐ)，擁有(yǒu)自主知識産(chǎn)權且滿(mǎn)足工業性(xìng)應用要求的高精度(dù)高壓(yā)渦輪流量(liàng)計(jì)與(yǔ)流(liú)量計算(suàn)機，對實現管道(dào)設備的國(guó)産化(huà)，打破(pò)國(guó)外技術(shù)壟斷，保障管道(dào)安(ān)全、經濟、高效運行(háng)，具有(yǒu)十分重要的意(yì)義。爲(wèi)了評價國(guó)産化流量計在(zài)實際(jì)運行過程(chéng)中的(de)精度(dù)、可(kě)重複性、穩定(dìng)性及(jí)安全(quán)性等指(zhǐ)标，爲後(hòu)續新建管道的(de)推廣應用(yòng)及流(liú)量計(jì)的制(zhì)造、改(gǎi)進提供依據，對(duì) 4 台國産(chǎn)氣體高壓渦(wō)輪流量計(jì)和fc 型(xíng)流量計算(suàn)機進行(háng)了(le)現場(chǎng)工業性。
1　tbqm 型(xíng)高壓氣體渦(wō)輪(lún)流量計
1.1　工(gōng)作(zuò)原理
　　高(gāo)壓氣體渦輪流(liú)量計(jì)是一種(zhǒng)帶機械計數器并(bìng)用于(yú)精确(què)測量(liàng)氣體(tǐ)流量的流(liú)量計，其工作原(yuán)理：當高壓(yā)氣流進入(rù)流(liú)量(liàng)計時，首先經過整流(liú)器整(zhěng)流并加速(sù)，在流體的(de)作用(yòng)下，渦輪克服(fú)阻(zǔ)力矩開始(shǐ)轉動；當力矩(jǔ)達(dá)到平(píng)衡時，渦(wō)輪轉速穩定，此(cǐ)時其轉(zhuǎn)速與氣體(tǐ)工況流量成正(zhèng)比，并(bìng)通過齒(chǐ)輪減速傳動(dòng)；磁耦合聯接驅(qū)動字(zì)輪計(jì)數器轉動，直接(jiē)累積氣體的工(gōng)況體(tǐ)積(jī)總(zǒng)量。因(yīn)爲通(tōng)過渦輪的流量(liàng)與渦輪轉(zhuǎn)速成正比，所以高頻信号(hào)脈沖(chòng)輸出頻(pín)率與渦輪轉(zhuǎn)速存在以下關系[7]：
f=nz （1）
式中：f 爲(wèi)脈沖(chòng)頻率，hz；n 爲渦(wō)輪轉(zhuǎn)速，r/s；z 爲(wèi)渦輪(lún)
葉片數。
　　爲(wèi)了使(shǐ)高壓渦輪(lún)流量(liàng)計(jì)在一(yī)定的流(liú)量範圍内(nèi)正常工作，其儀表系(xì)數k 應(yīng)爲(wèi)常數，但實際(jì)上儀表系(xì)數k與體積流量(liàng)q 成一(yī)定的函數(shù)關系，即：
q=f/k （2）
将(jiāng)式（1）代(dài)入式（2），可得：
k=nz/q （3）
　　式中(zhōng)：k 爲儀(yí)表系數，爲工(gōng)況(kuàng)條件下每(měi)立方米天(tiān)然氣通過流量傳感(gǎn)器時輸(shū)出的脈沖數，1/m3；q 爲工況體積流量(liàng)，m3/s。
綜上所述，儀(yí)表(biǎo)系數(shù)k 除(chú)與渦(wō)輪導程、葉(yè)片數、葉片寬度、螺旋升角、流量(liàng)計流體通道等(děng)結構(gòu)因素(sù)有(yǒu)關(guān)外，還(hái)與(yǔ)介(jiè)質流(liú)體黏性、軸承本身阻尼、軸承潤滑(huá)油黏(nián)度等有(yǒu)關，若以上(shàng)其(qí)中(zhōng)一種或幾種相關因素發生改(gǎi)變，則儀(yí)表系數k 也會相(xiàng)應改變(biàn)，因此流量計(jì)應通過線性檢定(dìng)等方式進(jìn)行最終設計确認。
1.2　性(xìng)能測試
　　以(yǐ) en 12261-2002《gas meters - turbine gasmeters》[8]和 oiml r137-1-2006《氣(qì)體流(liú)量計》作爲(wèi)流量計産品的研制依(yī)據(jù)，并嚴(yán)格按(àn)照标(biāo)準進(jìn)行性(xìng)能測(cè)試，主(zhǔ)要包括：耐久性、彎矩(jǔ)與(yǔ)扭(niǔ)矩、短(duǎn)時過(guò)載、擾動以(yǐ)及高低溫性能(néng)測試(shì)等。
1.2.1　耐久性(xìng)測試
　　渦輪流量計進行(háng)耐(nài)久性(xìng)測試(shì)的目的在于确認流(liú)量計在(zài)指定條件下(xià)的計量性能是否符(fú)合(hé)分(fèn)段要(yào)求[9]，即：

　　式中：δ爲計量相(xiàng)對誤差；qmax爲(wèi)工況最(zuì)大流量，m3/h；qmin爲工況(kuàng)最小流(liú)量，m3/h；qt爲分界(jiè)流量(liàng)點，其值(zhí)等于 20％qmax，m3/h。
　　确(què)認各種安(ān)裝位置是(shì)否(fǒu)影響測(cè)試樣機(jī)的計量(liàng)性能(néng)，安裝(zhuāng)位置(zhì)可分爲水(shuǐ)平方向、垂直向上與(yǔ)垂直向(xiàng)下(xià)。在不(bú)同安(ān)裝位(wèi)置情(qíng)況下，樣機(jī)在耐久性(xìng)測(cè)試前後指示(shì)誤差的變(biàn)化(huà)量不得(dé)超過(guò)式（4）要(yào)求值的 1/3。
以(yǐ) dn80-g100 樣機(jī)爲(wèi)例，進行(háng)耐久性(xìng)測(cè)試說明。首(shǒu)先将 3 台樣(yàng)機分别(bié)安裝在(zài)同一(yī)管道(dào)的不(bú)同位置，管(guǎn)道内 0.8 mpa 壓縮氣(qì)體以樣(yàng)機最大流量進(jìn)行(háng)循(xún)環運(yùn)行，以(yǐ)每 1 000 h 爲運(yùn)行單位，将樣(yàng)機拆卸并(bìng)在标準(zhǔn)氣體流(liú)量裝(zhuāng)置(zhì)上進行(háng)相(xiàng)應性能測試，得到 7 000 h 運(yùn)行測試(shì)數據(jù)（圖 1）。

　　結果(guǒ)表明：該測試(shì)樣機(jī)滿足(zú)耐久(jiǔ)性測試要(yào)求，指(zhǐ)示誤(wù)差的變化(huà)量未超過(guò)最大允(yǔn)許誤差(chà)的 1/3；軸(zhóu)承經過長時間運行磨(mó)合(hé)更趨(qū)于穩(wěn)定，長期運(yùn)行後非線性段更趨于理想特(tè)性曲線(xiàn)。
1.2.2　彎扭矩測試
　　對于(yú)高壓(yā)渦輪流(liú)量計，應該詳(xiáng)細說(shuō)明流(liú)量計所需(xū)的彎(wān)曲與(yǔ)扭力力矩(jǔ)的保護水(shuǐ)平[2]。該數據可(kě)以通過(guò)直接獲得(dé)（圖 2，其(qí)中直管段(duàn) 1 連接(jiē)氣體(tǐ)流量标準裝置(zhì)，圖(tú) 2a 中在直(zhí)管段 2 預先确定的力臂l 位置附(fù)加(jiā)垂(chuí)直方(fāng)向的(de)力f 而形(xíng)成(chéng)彎矩(jǔ)m；圖 2b 中在直管段 2 側面預(yù)先确定的力臂l 位置附加垂直方(fāng)向的(de)力f 而形成扭(niǔ)矩t，而彎(wān)矩(jǔ)與(yǔ)扭矩(jǔ)均是作(zuò)用于流量計(jì)入口與出口法蘭處）。由于(yú)該項(xiàng)測(cè)試主要(yào)是針對(duì)流量計強度的(de)校核，爲(wèi)了使(shǐ)測試(shì)結果更具(jù)說(shuō)服力，并(bìng)且提高其可靠(kào)性，将(jiāng)鋁合金殼(ké)體的中(zhōng)低(dī)壓渦(wō)輪流(liú)量計(jì) dn80-g100 用于(yú)此(cǐ)次測試(shì)。測試(shì)過程中按照 en 12261-2002 表(biǎo) 10中要求施加 1 倍、2 倍直至 4 倍（即力(lì)矩爲 3 040 n·m）的砝碼f，未發現流(liú)量計殼(ké)體有任(rèn)何(hé)異常變化。施加砝碼(mǎ)f 時及卸下砝碼之後(hòu)得到的指(zhǐ)示誤(wù)差與施加(jiā)砝碼f 之前的指示誤差無(wú)明顯(xiǎn)變化，實(shí)際變化(huà)量均在最(zuì)大允(yǔn)許誤差的 1/3 以内(nèi)。

1.2.3　常壓與高(gāo)壓對比
　　爲(wèi)了确(què)認高壓渦輪(lún)流量計在高(gāo)壓氣(qì)體介(jiè)質(zhì)中計量(liàng)性能(néng)是否(fǒu)滿足(zú)工業貿易(yì)計量(liàng)要求，将多台 dn80-g160樣機發(fā)往國家石(shí)油天然(rán)氣(qì)大流(liú)量計量站南京(jīng)分站進(jìn)行(háng) 6 mpa 實流(liú)檢定。使用小(xiǎo)流量标(biāo)準裝(zhuāng)置對(duì)編号爲131228041 的 dn80 渦輪流量(liàng)計進行了(le)檢定(dìng)（圖 3）。流(liú)量計(jì)的儀表(biǎo)系數(shù)k 的(de)計算公式(shì)[10]：

　　式中(zhōng)（ki）max、（ki）min分别爲流(liú)量計(jì)在qt～qmax流量範圍各(gè)流(liú)量(liàng)檢定(dìng)點得(dé)到的ki中的最大(dà)值和(hé)最小值。

2 fc 型(xíng)流量計算(suàn)機
　　流量(liàng)計(jì)算機(jī)是一(yī)種(zhǒng)可(kě)對多(duō)個流量(liàng)測量點(diǎn)集中(zhōng)進行數據(jù)采(cǎi)集、精度(dù)高補(bǔ)償運(yùn)算、數據顯(xiǎn)示存儲及運用(yòng)網絡(luò)實(shí)現通信功能的(de)新(xīn)一代(dài)以工業微型計(jì)算機(jī)爲(wèi)内核的(de)計量儀表。與體(tǐ)積修正儀相比(bǐ)，其數(shù)據(jù)采集頻(pín)率高，運算速度(dù)快且準确，可(kě)以(yǐ)同時對多(duō)台流(liú)量計(jì)進(jìn)行溫度(dù)壓力(lì)修正和計(jì)量，廣泛應用于(yú)石油、化工、冶金、電力、城(chéng)市燃氣(qì)及供(gòng)熱(rè)等行業(yè)的重(zhòng)要貿(mào)易計(jì)量場(chǎng)合和(hé)工廠(chǎng)計量管理網絡(luò)。
　　fc 型流量計(jì)算機(jī)最多可(kě)以連接(jiē) 4 路流量計，可以(yǐ)與渦(wō)輪(lún)流量計(jì)、腰輪流量(liàng)計、孔(kǒng)闆流量(liàng)計等配套使用。當流量(liàng)輸入(rù)爲脈沖信(xìn)号(hào)時，其體積流量爲：
qv=3 600 f/k 　　　　（6）
式中(zhōng)：qv爲未(wèi)經修正的體積流量，m3/h。
當連接孔(kǒng)闆流(liú)量計(jì)時，體積流(liú)量爲(wèi)[11]：

　　式中(zhōng)：qv爲工作狀(zhuàng)态下(xià)體積流量，m3/h；d 爲工(gōng)作條件(jiàn)下孔闆(pǎn)開孔(kǒng)直徑，mm；c 爲流(liú)出系數，對于孔闆，按(àn)标準計算(suàn)；? 爲可膨脹(zhàng)系數(shù)；? 爲節(jiē)流件等效(xiào)直徑(jìng)比(bǐ)；Δp爲介質(zhì)流經(jīng)孔闆時産(chǎn)生的(de)壓(yā)差，kpa；?1爲介(jiè)質在(zài)工作(zuò)狀态(tài)下的密(mì)度，kg/m3。
此外，fc 型流量計(jì)算機(jī)還具有能量計(jì)量功能，可(kě)以直(zhí)接通過(guò)配置的 rs485 通信(xìn)接(jiē)口接收(shōu)氣相色譜(pǔ)儀的(de)組(zǔ)分(fèn)分析結果(guǒ)，也可(kě)以(yǐ)在(zài)流量(liàng)計算(suàn)機(jī)手動輸(shū)入天(tiān)然氣(qì)組分(fèn)數據後(hòu)，計算發熱量(liàng)，再根據所計量的标(biāo)準體(tǐ)積量計算(suàn)天然氣能量(liàng)[12]：
e=∑vnhs　　　　（8）
　　式中：e 爲(wèi)天然氣的能量(liàng)，kw·h；vn爲天(tiān)然氣基準(zhǔn)狀态下的體(tǐ)積，m3；hs爲天然(rán)氣基準(zhǔn)狀态下(xià)的單位(wèi)發熱(rè)量，mj/m3。
fc 型流量(liàng)計算(suàn)機内置多(duō)種壓縮因子計算模(mó)型，且(qiě)含有(yǒu)多種通信接口(kǒu)，可以使用 rs485 接口與上位機或色(sè)譜儀通信，也(yě)可(kě)以通過 rj45 接(jiē)口使(shǐ)用 modbus/tcp通信(xìn)協議與上位機(jī)通信。
　　爲了(le)滿(mǎn)足流量計(jì)算機(jī)對多(duō)通道數據快速處理(lǐ)的要(yào)求(qiú)，同(tóng)時，考慮到(dào)流量計算(suàn)機硬(yìng)件配置的(de)靈活性，fc型流(liú)量(liàng)計算機采(cǎi)用模(mó)塊化的(de)結構設(shè)計方(fāng)案(àn)，數據采集模塊采用可(kě)插拔的闆卡(kǎ)形(xíng)式，每張闆(pǎn)卡均(jun1)配有單獨的微(wēi)處理(lǐ)器(qì)，由該處理(lǐ)器(qì)負責接收(shōu)處理輸入到該數據(jù)采集模塊(kuài)的與(yǔ)流量(liàng)、溫度和壓(yā)力相關的(de)電信(xìn)号(hào)，同時，數(shù)據采集(jí)模塊可(kě)以根據輸入信(xìn)号的不同進行(háng)相應的配置（圖(tú) 4）。

4　結論
　　通過超過(guò)半年的現(xiàn)場工(gōng)業性(xìng)，高壓渦輪(lún)氣體流量(liàng)計和(hé)配套流量計(jì)算(suàn)機精度符合設(shè)計要求(qiú)，具有較(jiào)高的(de)可靠性，各(gè)項指(zhǐ)标和技術(shù)性能完全(quán)滿足工業貿易計量(liàng)的要求(qiú)，打破了(le)國外(wài)高壓長輸管道領域(yù)的技術壟(lǒng)斷，積累(lèi)了(le)一定(dìng)數據(jù)和經(jīng)驗，爲今(jīn)後高壓長輸管道長期(qī)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實的基礎(chǔ)。随着我國(guó)工業計量(liàng)事業和(hé)城(chéng)市燃(rán)氣的(de)發展，以及能量(liàng)計量(liàng)的逐(zhú)步實施，國(guó)産(chǎn)化(huà)流量計具有很(hěn)強的市場競争(zhēng)力和(hé)較大(dà)的市(shì)場(chǎng)潛力，也爲天(tiān)然氣的(de)計(jì)量管(guǎn)理提(tí)供了保障(zhàng)。

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