天然(ran)氣作爲一(yi)種高效清(qing)潔能源，其(qí)需求量随(sui)着全球低(dī)碳經濟🚶的(de)發展呈現(xian)快速增長(zhang)趨勢，預計(ji) 2020 年國内天(tiān)然氣🧡需求(qiú)❄️量将達 3 000×108m3。進(jìn)口渦輪流(liu)量計一直(zhi)占據着高(gao)壓管道貿(mao)易計量市(shì)場，而國産(chǎn)渦輪流量(liang)計通常應(ying)用于低壓(ya)管道，用戶(hu)主要爲城(cheng)市燃氣的(de)工業用戶(hù)。
　　随着工業(yè)過程控制(zhì)自動化的(de)實施及輸(shu)氣管道的(de)大量建🈲設(shè)，對貿易計(ji)量所需的(de)渦輪流量(liang)計和具有(yǒu)強大功能(neng)的流量計(ji)算機⛱️的需(xū)求量也不(bú)斷增大，因(yin)♋此，擁有自(zi)主知識産(chǎn)權且滿足(zu)工業性應(ying)用要求的(de)高精度高(gāo)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(ān)全、經濟、高(gao)效運行，具(jù)有十✔️分重(zhòng)要的意義(yi)🌍。爲了評價(jià)國産化流(liú)量計在實(shí)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(wèi)後續新建(jiàn)管道的推(tui)廣應用及(ji)流量計的(de)制造、改進(jìn)提供依據(ju)，對 4 台國産(chǎn)氣體高壓(yā)渦輪流量(liàng)計和FC 型流(liú)量計算機(ji)進行了現(xiàn)場工業性(xìng)。
1　TBQM 型高壓氣(qì)體渦輪流(liu)量計
1.1　工作(zuò)原理
　　高壓(yā)氣體渦輪(lun)流量計是(shì)一種帶機(ji)械計數器(qì)并用于精(jing)确測量氣(qi)體流量的(de)🌏流量計，其(qí)工作原理(lǐ)：當高壓氣(qì)流進入流(liu)量計時，首(shou)先經過整(zhěng)流器整流(liu)并加速，在(zai)流體的作(zuo)用下，渦輪(lun)克服阻力(lì)矩開始轉(zhuǎn)動；當力🌈矩(jǔ)達到平衡(heng)時，渦輪轉(zhuan)速穩定，此(cǐ)時其轉速(su)與氣體工(gong)況流量成(cheng)正比，并通(tong)過齒輪減(jian)速傳動；磁(cí)耦合聯接(jie)驅動字輪(lún)計數器🐉轉(zhuan)動，直接累(lei)積🤩氣體的(de)工況體⛷️積(ji)總量。因爲(wèi)通👌過渦輪(lun)的流量與(yu)渦輪轉速(sù)成正比，所(suǒ)以高頻信(xìn)号脈沖輸(shū)出頻率與(yu)渦輪轉👄速(su)存在以下(xià)關系[7]：
f=nZ （1）
式中(zhong)：f 爲脈沖頻(pin)率，Hz；n 爲渦輪(lún)轉速，r/s；Z 爲渦(wo)輪
葉片數(shù)。
　　爲了使高(gao)壓渦輪流(liu)量計在一(yi)定的流量(liàng)範圍内正(zheng)常🚩工作，其(qí)🍓儀表系數(shù)K 應爲常數(shù)，但實際上(shang)儀表系數(shu)K與體積流(liu)💛量q 成一定(dìng)的函數關(guan)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(wèi)儀表系數(shù)，爲工況條(tiao)件下每立(lì)方米天然(ran)氣通👨‍❤️‍👨過💘流(liú)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(yǔ)渦輪導程(cheng)、葉片數、葉(ye)片寬度、螺(luó)🈲旋升角、流(liu)量計流體(ti)通道等結(jié)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(zhǒng)相關因素(sù)發生改變(bian)，則儀表系(xì)數K 也🐉會相(xiàng)應改變，因(yin)此流量計(ji)應通過線(xian)性檢定等(deng)方式進行(hang)最終設計(ji)确認。
1.2　性能(néng)測試
　　以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和(hé) OIML R137-1-2006《氣體流量(liang)計》作爲流(liú)量計産品(pin)的研制依(yi)據，并嚴格(gé)按照💚标準(zhǔn)進行性能(néng)測試，主要(yao)包括：耐久(jiǔ)性、彎矩與(yǔ)扭矩、短時(shi)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(jiu)性測試的(de)目的在于(yu)确認流量(liang)計在指💋定(ding)條件下的(de)計量性能(néng)是否符合(he)分段要求(qiu)[9]，即：

　　式中：δ爲(wei)計量相對(dui)誤差；Qmax爲工(gōng)況最大流(liu)量，m3/h；Qmin爲工況(kuàng)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(rèn)各種安裝(zhuāng)位置是否(fǒu)影響測試(shi)樣機的計(jì)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(zài)不同安裝(zhuāng)位置情況(kuang)下，樣機在(zai)耐久性測(cè)試前後指(zhǐ)示誤差的(de)變化量不(bu)得超過式(shì)（4）要☎️求值的(de) 1/3。
以 DN80-G100 樣機爲(wèi)例，進行耐(nai)久性測試(shi)說明。首先(xian)将 3 台樣機(ji)分别安裝(zhuang)在💞同一管(guan)道的不同(tong)位置，管道(dào)内 0.8 MPa 壓縮氣(qi)體以🐅樣機(ji)最大🏃‍♀️流量(liang)進行循環(huán)運行，以每(měi) 1 000 h 爲運行單(dan)位，将樣機(jī)拆卸并在(zai)标準氣體(tǐ)流量裝置(zhi)上進行相(xiang)應性能測(ce)試，得到 7 000 h 運(yùn)行測試數(shu)據（圖 1）。

　　結果表明(míng)：該測試樣(yàng)機滿足耐(nài)久性測試(shì)要求，指示(shi)誤差的🆚變(biàn)化量未超(chao)過最大允(yun)許誤差的(de) 1/3；軸承經過(guò)長時間運(yùn)🆚行磨合更(gèng)趨于穩定(dìng)，長期運行(hang)後非線性(xing)💞段更趨于(yú)理想特性(xing)曲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻線。
1.2.2　彎扭(niu)矩測試
　　對(dui)于高壓渦(wō)輪流量計(ji)，應該詳細(xì)說明流量(liang)計所需🔅的(de)👉彎曲與扭(niu)力力矩的(de)保護水平(píng)[2]。該數據可(ke)以通過直(zhi)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(tú) 2a 中在直管(guǎn)段 2 預先确(què)定的力臂(bi)L 位置💛附加(jia)垂直方向(xiang)的力F 而形(xíng)成彎矩M；圖(tú) 2b 中在直☁️管(guǎn)段 2 側面預(yù)先确定的(de)力臂L 位置(zhì)附加垂直(zhí)方向的力(lì)F 而形成扭(niu)矩T，而彎🌈矩(jǔ)與扭矩均(jun1)是作用于(yu)流量計㊙️入(ru)口與出口(kǒu)法👈蘭處）。由(you)于該項測(cè)試主要是(shì)針對流量(liang)計強度的(de)校核，爲了(le)使測試結(jié)果更具🏃‍♀️說(shuō)服力，并且(qie)提高其♋可(kě)靠性，将🈲鋁(lǚ)合金殼體(tǐ)的中低壓(ya)🌈渦輪流量(liàng)計 DN80-G100 用于此(ci)次測試⭐。測(cè)試過程中(zhōng)按照 EN 12261-2002 表 10中(zhōng)要求施加(jiā) 1 倍、2 倍直至(zhi) 4 倍（即力💚矩(jǔ)爲 3 040 N·m）的砝碼(ma)👌F，未發現流(liu)量計殼體(ti)有任何異(yi)常變化。施(shī)加砝碼F 時(shí)及卸下砝(fa)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(shi)誤差無明(míng)顯變化，實(shí)際變化量(liàng)均在最大(da)允許誤差(cha)的 1/3 以内。

1.2.3　常(cháng)壓與高壓(yā)對比
　　爲了(le)确認高壓(yā)渦輪流量(liàng)計在高壓(yā)氣體介質(zhi)中計💁量性(xing)能是否滿(man)足工業貿(mao)易計量要(yao)求，将多台(tai) DN80-G160樣機發往(wǎng)國家石油(yóu)天然✉️氣大(dà)流量計量(liàng)站南京分(fen)站進行 6 MPa 實(shi)流檢定。使(shi)用小流量(liang)标準裝置(zhi)對編号爲(wei)131228041 的 DN80 渦輪流(liú)量計進行(hang)了檢定（圖(tu) 3）。流量計的(de)儀表🌍系數(shu)K 的計🈲算公(gong)式[10]：

　　式中（Ki）max、（Ki）min分(fèn)别爲流量(liang)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(zhi)和最小值(zhí)。

2 FC 型流(liú)量計算機(jī)
　　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(gāo)補償運算(suan)、數據顯示(shi)存儲及運(yun)用網絡實(shí)🎯現通信功(gong)🌈能的新一(yi)代以工業(yè)微型計算(suàn)機爲内核(he)的計量儀(yí)表。與體積(ji)㊙️修正儀相(xiàng)比，其數據(jù)采集頻率(lǜ)高，運算速(sù)度快且準(zhǔn)❄️确，可以同(tóng)時對多台(tái)流量計進(jìn)行♻️溫度壓(ya)力修正和(he)計量，廣泛(fàn)應用于石(shi)油、化工、冶(yě)金、電力、城(chéng)市燃氣及(ji)供熱等行(hang)業的重要(yao)貿易計量(liang)❓場合和工(gōng)廠計量管(guan)理網絡。
　　FC 型(xing)流量計算(suan)機最多可(kě)以連接 4 路(lù)流量計，可(ke)以與渦輪(lun)流量計、腰(yāo)輪流量計(ji)、孔闆流量(liang)計等配套(tào)使用。當流(liú)量輸入爲(wèi)脈沖信号(hao)時，其體積(ji)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(dang)連接孔闆(pan)流量計時(shi)，體積流量(liang)爲[11]：

　　式中：qv爲(wèi)工作狀态(tài)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(yu)孔闆，按标(biāo)準計算；? 爲(wèi)可膨脹系(xi)數；? 爲節流(liú)件等效直(zhi)徑比；Δp爲介(jiè)質流經孔(kǒng)闆時産生(sheng)✍️的壓差，kPa；?1爲(wei)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(neng)，可以直接(jiē)通過配置(zhi)的 RS485 通信接(jie)口接收氣(qi)相色譜儀(yí)的組分分(fen)析結果，也(yě)可以在流(liú)量♍計算機(ji)手動輸入(rù)天然氣💘組(zǔ)分數據後(hou)，計算發熱(rè)🆚量，再根據(jù)所計量的(de)标準體積(jī)量計算天(tian)然氣能量(liang)[12]：
E=∑VnHs　　　　（8）
　　式中：E 爲天(tiān)然氣的能(neng)量，kW·h；Vn爲天然(rán)氣基準狀(zhuang)态下的體(ti)🏃積，m3；Hs爲天然(ran)氣基準狀(zhuang)态下的單(dan)位發熱量(liàng)，MJ/m3。
FC 型流量計(ji)算機内置(zhì)多種壓縮(suō)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(jie)口與上位(wei)機或色譜(pǔ)儀通信，也(ye)可以通過(guo) RJ45 接口♊使用(yong) Modbus/TCP通信協議(yì)與上位機(jī)🈚通信。
　　爲了(le)滿足流量(liàng)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(ji)算機硬件(jiàn)配置的靈(ling)活性，FC型流(liú)量計☂️算機(jī)采用模塊(kuài)🛀🏻化的結構(gòu)設計方案(an)，數據采集(jí)模塊采用(yòng)可插拔的(de)闆卡🏃‍♀️形式(shi)，每張闆卡(ka)均配有單(dān)獨的微處(chu)理器，由該(gai)處理器負(fù)責接收處(chù)理輸入到(dào)該數據🚶‍♀️采(cai)集模塊的(de)與流量、溫(wen)度和壓力(lì)相關🤩的電(dian)信号，同時(shí)，數據采集(ji)模塊可以(yǐ)根據輸入(rù)信号♊的不(bu)同進行相(xiang)應的配置(zhi)✨（圖 4）。

4　結論
　　通(tong)過超過半(ban)年的現場(chang)工業性，高(gāo)壓渦輪氣(qì)體流量計(ji)和配套流(liú)⛷️量計算機(jī)精度符合(he)設計要求(qiú)，具有較高(gao)的可靠性(xìng)，各❌項指标(biāo)和技術性(xing)能完全滿(man)足工業貿(mào)易計🔞量的(de)要求，打破(po)🐪了國外高(gao)壓長🔅輸管(guan)道領域的(de)技術壟斷(duàn)，積累了一(yī)定數據和(hé)經驗，爲🈲今(jin)後高壓🥰長(zhǎng)輸管道長(zhang)🌂期運行奠(diàn)定了堅實(shi)的基🈲礎。随(sui)着我國工(gong)業計量事(shi)業和城市(shi)燃氣的發(fa)展，以及能(néng)量💃🏻計量☀️的(de)逐步實施(shī)，國産⁉️化流(liu)量計具有(yǒu)很強的市(shi)場競争力(li)和較大的(de)市場潛♌力(li)，也爲天然(ran)氣的🆚計量(liang)管理提💛供(gong)了保障。

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