天然氣作為一種高效清潔能源，其需求量隨著全球低碳經濟的發展呈現快速增長趨勢，預計 2020 年國內天然氣需求量將達 3 000×108m3。進口渦輪流量計一直占據著高壓管道貿易計量市場，而國產渦輪流量計通常應用於低壓管道，用戶主要為城市燃氣的工業用戶。
　　suizhegongyeguochengkongzhizidonghuadeshishijishuqiguandaodedaliangjianshe，duimaoyijiliangsuoxudewolunliuliangjihejuyouqiangdagongnengdeliuliangjisuanjidexuqiuliangyebuduanzengda，yinci
，yongyouzizhuzhishichanquanqiemanzugongyexingyingyongyaoqiudegaojingdu高壓渦輪流量計與流量計算機
，對實現管道設備的國產化
，打破國外技術壟斷
，保障管道安全、經濟、高效運行
，具有十分重要的意義。為了評價國產化流量計在實際運行過程中的精度
、可重複性
、穩定性及安全性等指標
，為後續新建管道的推廣應用及流量計的製造、改進提供依據，對 4 台國產氣體高壓渦輪流量計和FC 型流量計算機進行了現場工業性。
1　TBQM 型高壓氣體渦輪流量計
1.1　工作原理
　　高壓氣體渦輪流量計是一種帶機械計數器並用於精確測量氣體流量的流量計
，其工作原理：當高壓氣流進入流量計時
，首先經過整流器整流並加速，在流體的作用下
，渦輪克服阻力矩開始轉動；當力矩達到平衡時，渦輪轉速穩定，此時其轉速與氣體工況流量成正比，並通過齒輪減速傳動
；磁ci耦ou合he聯lian接jie驅qu動dong字zi輪lun計ji數shu器qi轉zhuan動dong，直zhi接jie累lei積ji氣qi體ti的de工gong況kuang體ti積ji總zong量liang。因yin為wei通tong過guo渦wo輪lun的de流liu量liang與yu渦wo輪lun轉zhuan速su成cheng正zheng比bi，所suo以yi高gao頻pin信xin號hao脈mai衝chong輸shu出chu頻pin率lv與yu渦wo輪lun轉zhuan速su存cun在zai以yi下xia關guan係xi[7]：
f=nZ （1）
式中：f 為脈衝頻率，Hz；n 為渦輪轉速，r/s；Z 為渦輪
葉片數。
　　為了使高壓渦輪流量計在一定的流量範圍內正常工作
，其儀表係數K 應為常數
，但實際上儀表係數K與體積流量q 成一定的函數關係，即：
q=f/K （2）
將式（1）代入式（2）
，可得：
K=nZ/q （3）
　　式中：K 為儀表係數

，為工況條件下每立方米天然氣通過流量傳感器時輸出的脈衝數，1/m3；q 為工況體積流量
，m3/s。
綜上所述
，儀表係數K 除與渦輪導程、葉片數
、葉片寬度、螺旋升角、流量計流體通道等結構因素有關外，還與介質流體黏性、軸承本身阻尼
、軸承潤滑油黏度等有關，若以上其中一種或幾種相關因素發生改變，則儀表係數K 也會相應改變，因此流量計應通過線性檢定等方式進行最終設計確認。
1.2　性能測試
　　以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和 OIML R137-1-2006《氣體流量計》作為流量計產品的研製依據，並嚴格按照標準進行性能測試
，主要包括：耐久性、彎矩與扭矩、短時過載
、擾動以及高低溫性能測試等。
1.2.1　耐久性測試
　　渦輪流量計進行耐久性測試的目的在於確認流量計在指定條件下的計量性能是否符合分段要求[9]
，即：

　　式中：δ為計量相對誤差
；Qmax為工況最大流量
，m3/h
；Qmin為工況最小流量，m3/h；Qt為分界流量點
，其值等於 20％Qmax，m3/h。
　　確認各種安裝位置是否影響測試樣機的計量性能
，安裝位置可分為水平方向、垂直向上與垂直向下。在不同安裝位置情況下
，樣機在耐久性測試前後指示誤差的變化量不得超過式（4）要求值的 1/3。
以 DN80-G100 樣機為例，進行耐久性測試說明。首先將 3 台樣機分別安裝在同一管道的不同位置，管道內 0.8 MPa 壓縮氣體以樣機最大流量進行循環運行，以每 1 000 h 為運行單位，將樣機拆卸並在標準氣體流量裝置上進行相應性能測試，得到 7 000 h 運行測試數據（圖 1）。

　　結果表明：該測試樣機滿足耐久性測試要求，指示誤差的變化量未超過最大允許誤差的 1/3；軸承經過長時間運行磨合更趨於穩定，長期運行後非線性段更趨於理想特性曲線。
1.2.2　彎扭矩測試
　　對於高壓渦輪流量計，應該詳細說明流量計所需的彎曲與扭力力矩的保護水平[2]。該數據可以通過直接獲得（圖 2
，其中直管段 1 連接氣體流量標準裝置，圖 2a 中在直管段 2 預先確定的力臂L 位置附加垂直方向的力F 而形成彎矩M；圖 2b 中在直管段 2 側麵預先確定的力臂L 位置附加垂直方向的力F 而形成扭矩T
，而彎矩與扭矩均是作用於流量計入口與出口法蘭處）。由於該項測試主要是針對流量計強度的校核
，為了使測試結果更具說服力
，並且提高其可靠性，將鋁合金殼體的中低壓渦輪流量計 DN80-G100 用於此次測試。測試過程中按照 EN 12261-2002 表 10中要求施加 1 倍
、2 倍直至 4 倍（即力矩為 3 040 N・m）的砝碼F，未發現流量計殼體有任何異常變化。施加砝碼F 時及卸下砝碼之後得到的指示誤差與施加砝碼F 之前的指示誤差無明顯變化，實際變化量均在最大允許誤差的 1/3 以內。

1.2.3　常壓與高壓對比
　　為了確認高壓渦輪流量計在高壓氣體介質中計量性能是否滿足工業貿易計量要求
，將多台 DN80-G160樣機發往國家石油天然氣大流量計量站南京分站進行 6 MPa 實流檢定。使用小流量標準裝置對編號為131228041 的 DN80 渦輪流量計進行了檢定（圖 3）。流量計的儀表係數K 的計算公式[10]：

　　式中（Ki）max、（Ki）min分別為流量計在qt～qmax流量範圍各流量檢定點得到的Ki中的最大值和最小值。

2 FC 型流量計算機
　　流量計算機是一種可對多個流量測量點集中進行數據采集
、精度高補償運算
、數(shu)據(ju)顯(xian)示(shi)存(cun)儲(chu)及(ji)運(yun)用(yong)網(wang)絡(luo)實(shi)現(xian)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)的(de)新(xin)一(yi)代(dai)以(yi)工(gong)業(ye)微(wei)型(xing)計(ji)算(suan)機(ji)為(wei)內(nei)核(he)的(de)計(ji)量(liang)儀(yi)表(biao)。與(yu)體(ti)積(ji)修(xiu)正(zheng)儀(yi)相(xiang)比(bi)，其(qi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)頻(pin)率(lv)高(gao)
，運(yun)算(suan)速(su)度(du)快(kuai)且(qie)準(zhun)確(que)，可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)對(dui)多(duo)台(tai)流(liu)量(liang)計(ji)進(jin)行(xing)溫(wen)度(du)壓(ya)力(li)修(xiu)正(zheng)和(he)計(ji)量(liang)，廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)石(shi)油(you)
、化工
、冶金

、電力
、城市燃氣及供熱等行業的重要貿易計量場合和工廠計量管理網絡。
　　FC 型流量計算機最多可以連接 4 路流量計，可以與渦輪流量計、腰輪流量計
、孔板流量計等配套使用。當流量輸入為脈衝信號時，其體積流量為：
Qv=3 600 f/K 　　　　（6）
式中：Qv為未經修正的體積流量
，m3/h。
當連接孔板流量計時，體積流量為[11]：

　　式中：qv為工作狀態下體積流量，m3/h；d 為工作條件下孔板開孔直徑，mm；C 為流出係數，對於孔板
，按標準計算
；? 為可膨脹係數
；? 為節流件等效直徑比；Δp為介質流經孔板時產生的壓差
，kPa；?1為介質在工作狀態下的密度，kg/m3。
此外，FC 型流量計算機還具有能量計量功能，可以直接通過配置的 RS485 通(tong)信(xin)接(jie)口(kou)接(jie)收(shou)氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)的(de)組(zu)分(fen)分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)，也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)流(liu)量(liang)計(ji)算(suan)機(ji)手(shou)動(dong)輸(shu)入(ru)天(tian)然(ran)氣(qi)組(zu)分(fen)數(shu)據(ju)後(hou)，計(ji)算(suan)發(fa)熱(re)量(liang)，再(zai)根(gen)據(ju)所(suo)計(ji)量(liang)的(de)標(biao)準(zhun)體(ti)積(ji)量(liang)計(ji)算(suan)天(tian)然(ran)氣(qi)能(neng)量(liang)[12]：
E=∑VnHs　　　　（8）
　　式中：E 為天然氣的能量
，kW・h
；Vn為天然氣基準狀態下的體積，m3；Hs為天然氣基準狀態下的單位發熱量，MJ/m3。
FC 型流量計算機內置多種壓縮因子計算模型，且含有多種通信接口
，可以使用 RS485 接口與上位機或色譜儀通信，也可以通過 RJ45 接口使用 Modbus/TCP通信協議與上位機通信。
　　為了滿足流量計算機對多通道數據快速處理的要求，同時
，考慮到流量計算機硬件配置的靈活性，FC型(xing)流(liu)量(liang)計(ji)算(suan)機(ji)采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)方(fang)案(an)，數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)可(ke)插(cha)拔(ba)的(de)板(ban)卡(ka)形(xing)式(shi)，每(mei)張(zhang)板(ban)卡(ka)均(jun)配(pei)有(you)單(dan)獨(du)的(de)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)


，由(you)該(gai)處(chu)理(li)器(qi)負(fu)責(ze)接(jie)收(shou)處(chu)理(li)輸(shu)入(ru)到(dao)該(gai)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)的(de)與(yu)流(liu)量(liang)、溫度和壓力相關的電信號，同時，數據采集模塊可以根據輸入信號的不同進行相應的配置（圖 4）。

4　結論
　　通tong過guo超chao過guo半ban年nian的de現xian場chang工gong業ye性xing
，高gao壓ya渦wo輪lun氣qi體ti流liu量liang計ji和he配pei套tao流liu量liang計ji算suan機ji精jing度du符fu合he設she計ji要yao求qiu，具ju有you較jiao高gao的de可ke靠kao性xing，各ge項xiang指zhi標biao和he技ji術shu性xing能neng完wan全quan滿man足zu工gong業ye貿mao易yi計ji量liang的de要yao求qiu，打da破po了le國guo外wai高gao壓ya長chang輸shu管guan道dao領ling域yu的de技ji術shu壟long斷duan
，積ji累lei了le一yi定ding數shu據ju和he經jing驗yan
，為wei今jin後hou高gao壓ya長chang輸shu管guan道dao長chang期qi運yun行xing奠dian定ding了le堅jian實shi的de基ji礎chu。隨sui著zhe我wo國guo工gong業ye計ji量liang事shi業ye和he城cheng市shi燃ran氣qi的de發fa展zhan，以yi及ji能neng量liang計ji量liang的de逐zhu步bu實shi施shi，國guo產chan化hua流liu量liang計ji具ju有you很hen強qiang的de市shi場chang競jing爭zheng力li和he較jiao大da的de市shi場chang潛qian力li，也ye為wei天tian然ran氣qi的de計ji量liang管guan理li提ti供gong了le保bao障zhang。

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