天然氣作(zuò)爲一種高(gāo)效清潔能(neng)源，其需求(qiu)量随着全(quán)☁️球❌低🔴碳經(jing)濟的發展(zhǎn)呈現快速(sù)增長趨勢(shi)，預計2020 年國(guo)👉内天然氣(qi)需求量将(jiang)達 3 000×108m3[1-4]。進口渦(wo)輪流量計(jì)一直占據(jù)着高壓管(guǎn)道貿易計(ji)量市場，而(er)國産 渦輪(lún)流量計 通(tong)常應用于(yu)低壓管道(dào)，用戶主要(yào)爲城市燃(ran)氣的工業(yè)用👉戶。
    随着(zhe)工業過程(cheng)控制自動(dòng)化的實施(shi)及輸氣管(guǎn)道的大量(liang)建設，對貿(mào)易計量所(suǒ)需的渦輪(lun)流量計和(he)具有強大(dà)✨功能的流(liu)量計算機(jī)的需求量(liang)也不斷增(zeng)大，因此，擁(yōng)有自主知(zhi)識産權且(qiě)滿足工業(ye)性應用要(yao)求的精度(dù)好的高壓(yā)渦輪流量(liàng)計 與流量(liang)計算機，對(duì)實現管道(dào)設備的國(guo)産化，打破(po)國外🐇技🧑🏾‍🤝‍🧑🏼術(shù)壟斷，保障(zhang)管道安全(quan)、經濟、高效(xiào)運行，具有(you)十分重要(yao)的🐕意義。爲(wèi)了♋評價國(guo)産化流量(liàng)計在實際(ji)運行過程(cheng)中的準确(que)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(jí)流量計的(de)制🏃造、改進(jin)提供⛹🏻‍♀️依據(ju)，對 4 台國☎️産(chǎn) 氣體高壓(ya)渦輪流量(liàng)計和FC 型流(liu)量計算⛷️機(ji)進行了現(xian)場工業性(xìng)試驗。
1　高壓(ya)氣體渦輪(lun)流量計
1.1　工(gong)作原理
    高(gāo)壓氣體渦(wo)輪流量計(ji) 是一種帶(dài)機械計數(shu)器并用于(yu)準确測量(liàng)氣體流量(liang)的流量計(ji)，其工作原(yuán)理：當高壓(yā)氣流進入(ru)流量計時(shi)❄️，首先經過(guò)整流🏒器整(zhěng)流并加速(sù)，在流體的(de)作用下，渦(wo)🌈輪克服阻(zu)力矩開始(shǐ)轉動；當力(li)矩達到平(píng)衡時，渦輪(lun)轉速穩定(dìng)，此時其轉(zhuǎn)速與氣體(tǐ)工況流量(liàng)成正比，并(bìng)🌍通過齒輪(lún)減速傳動(dong)；磁耦合聯(lian)接驅動㊙️字(zì)輪計數器(qì)轉動，直接(jie)累積氣體(tǐ)的工況體(tǐ)積總量。
因(yin)爲通過渦(wo)輪的流量(liang)與渦輪轉(zhuan)速成正比(bǐ)，所以高頻(pin)信号🐉脈沖(chòng)輸出頻率(lü)與渦輪轉(zhuan)速存在以(yǐ)下關系[7]：

   綜(zōng)上所述，儀(yí)表系數K 除(chú)與渦輪導(dǎo)程、葉片數(shu)、葉片寬度(dù)、螺旋升角(jiǎo)、流量計流(liú)體通道等(deng)結構因素(su)有關外，還(hái)與介質流(liu)體黏性、軸(zhóu)承本身阻(zu)尼、軸承潤(rùn)滑油黏度(du)等有關，若(ruò)以💔上其中(zhong)一種或幾(ji)種相關因(yīn)素發生改(gǎi)變，則儀表(biǎo)系數K 也會(hui)相應改變(biàn)，因此流量(liàng)計應通過(guò)線性檢定(dìng)等試驗方(fang)式進行最(zuì)終設計确(que)認。
1.2　性能測(ce)試
   以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和 OIML R137-1-2006《氣(qi)體流量計(jì)》作爲流量(liàng)計産品的(de)研制依據(ju)，并嚴🏃🏻格❗按(an)照标準進(jin)行性能測(cè)試，主要包(bao)括：耐久性(xing)試驗、彎矩(jǔ)與扭矩試(shi)驗、短時過(guo)載試驗、擾(rǎo)動試驗以(yǐ)及高低溫(wēn)性能測試(shì)等。
1.2.1　耐久性(xìng)測試
渦輪(lun)流量計進(jin)行耐久性(xìng)測試的目(mu)的在于确(que)認流量計(ji)在指定條(tiao)件下的計(ji)量性能是(shi)否符合分(fen)段要求[9]，即(ji)：

   确認各種(zhǒng)安裝位置(zhi)是否影響(xiang)測試樣機(jī)的計量性(xìng)⚽能，安裝位(wei)置♋可分爲(wèi)水平方向(xiang)、垂直向上(shàng)與垂直向(xiang)下。在不同(tong)安裝位置(zhì)情況下，樣(yàng)機在耐久(jiǔ)性測試前(qián)後指示🛀🏻誤(wù)差的變化(hua)量不得超(chāo)🚶‍♀️過式（4）要求(qiú)值的 1/3。
   以 DN80-G100 樣(yàng)機爲例，進(jin)行耐久性(xìng)測試說明(ming)。首先将 3 台(tai)樣機分🧡别(bié)安裝在同(tóng)一管道的(de)不同位置(zhì)，管道内 0.8 MPa 壓(ya)縮氣體以(yi)⁉️樣機☁️最大(da)流量進行(háng)循環運行(hang)，以每 1 000 h 爲運(yun)行單‼️位，将(jiang)樣🎯機拆卸(xie)并在标準(zhǔn)氣體流量(liang)裝💰置上進(jìn)行相應性(xing)能測試，得(dé)到 7 000 h 運行測(ce)試數據（圖(tu) 1）。

   結果表明(míng)：該測試樣(yàng)機滿足耐(nai)久性測試(shì)要求，指示(shì)誤差的變(biàn)化量未超(chāo)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(geng)趨于穩定(ding)，長期運行(háng)後非線性(xing)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(wo)輪流量計(ji)，應該詳細(xì)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(kě)以通過試(shi)驗直接獲(huo)得（圖 2，其💞中(zhong)直管段 1 連(lian)接氣體流(liu)量标準裝(zhuāng)置，圖 2a 中在(zai)直管段 2 預(yù)先确定的(de)力臂L 位置(zhi)附加垂直(zhi)方向的力(li)F 而形成彎(wān)矩M；圖 2b 中💜在(zài)直管段 2 側(cè)面預先确(què)定的力臂(bi)L 位置附加(jiā)垂直方向(xiàng)的力F 而形(xing)成扭矩T，而(er)彎矩與扭(niǔ)矩均是作(zuo)用于流🥰量(liang)計入口與(yǔ)出口法蘭(lan)處）。由于該(gai)項測試主(zhǔ)要是針對(dui)流量計強(qiáng)度的校核(he)，爲了使測(cè)試結果☎️更(geng)具說服力(li)，并且提高(gao)其可靠性(xìng)，将鋁合🈲金(jīn)殼體的中(zhong)低壓渦輪(lun)流量計 DN80-G100 用(yòng)于此次測(cè)試。測試過(guo)程中按照(zhào) EN 12261-2002 表 10中要求(qiú)施加 1 倍📞、2 倍(bei)直至 4 倍（即(ji)力矩爲 3 040 N·m）的(de)🚩砝碼F，未發(fa)現🏃‍♂️流量計(ji)殼體有任(ren)何異常♊變(biàn)化。施加砝(fa)碼F 時及卸(xiè)下💞砝碼之(zhī)🔴後得到的(de)指示誤差(cha)與施加砝(fǎ)碼F 之前的(de)指示誤差(cha)無明顯變(biàn)化，實際變(biàn)化量均在(zai)最❄️大允許(xu)誤差的 1/3 以(yǐ)内。

1.2.3　常壓與(yǔ)高壓試驗(yàn)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(xìng)能🔴是否💃滿(man)足工業貿(mào)易計量要(yao)求，将多台(tái) DN80-G160樣機發往(wang)國家❓石油(you)🍉天然氣大(da)流量計量(liàng)站南京分(fèn)站進行 6 MPa 實(shí)流🆚檢定。使(shǐ)用小流量(liàng)标準裝置(zhi)對編号爲(wei)131228041 的 DN80 渦輪流(liu)量計進行(háng)了檢‼️定（圖(tu) 3）。流量計的(de)儀表系數(shù)K 的計算公(gong)式[10]


2 　FC 型(xing)流量計算(suàn)機
   流量計(ji)算機是一(yi)種可對多(duo)個流量測(ce)量點集中(zhōng)進行數據(ju)采集、精度(du)高補償運(yùn)算、數據顯(xiǎn)示存儲及(ji)運用網絡(luo)實現通信(xìn)功能的新(xin)一代以工(gōng)業微型計(jì)算♈機爲内(nèi)核的計量(liàng)儀表。與體(tǐ)積修正儀(yi)相比，其數(shu)據采集頻(pín)率高，運算(suàn)速度快且(qie)準确，可以(yǐ)同時對多(duo)台🐉流量計(ji)進行溫度(du)壓力修正(zhèng)和計量，廣(guǎng)泛應用于(yú)石油、化工(gōng)、冶金、電力(li)、城市燃氣(qi)及👈供熱等(děng)行業的重(zhong)要貿易計(ji)量場合和(hé)工廠計量(liang)管理網絡(luo)。
   FC 型流量計(jì)算機最多(duo)可以連接(jiē) 4 路流量計(jì)，可以與渦(wō)輪流量計(jì)、腰輪流量(liang)計、 孔闆流(liú)量計 等配(pei)套使用。當(dang)流量輸入(ru)爲脈沖信(xìn)号時，其體(ti)積流量爲(wei)：

   此外，FC 型流(liú)量計算機(ji)還具有能(neng)量計量功(gong)能，可以直(zhí)接通過配(pei)置的 RS485 通信(xìn)接口接收(shōu)氣相色譜(pu)儀的組分(fen)分析結果(guo)，也可以在(zai)流量計算(suàn)機手動輸(shū)入天然氣(qi)✉️組分數據(ju)後，計🔞算發(fā)熱量，再根(gen)據所計量(liàng)的标準體(tǐ)積量計算(suan)天然氣能(néng)量[12]：

   FC 型流量(liang)計算機内(nèi)置多種壓(yā)縮因子計(ji)算模型，且(qie)含㊙️有多種(zhǒng)通信接口(kou)，可以使用(yong) RS485 接口與上(shàng)位機或色(sè)譜♊儀通信(xìn)，也可以通(tong)過 RJ45 接口使(shi)用 Modbus/TCP通信協(xié)議與上位(wei)機通信。
   爲(wei)了滿足流(liú)量計算機(ji)對多通道(dào)數據快速(su)處理的要(yào)求，同時，考(kao)慮到流量(liang)計算機硬(yìng)件配置的(de)靈活性，FC型(xíng)流量計算(suan)機采用✔️模(mó)塊化的結(jié)構設計方(fang)案，數據采(cǎi)集模塊采(cai)用可插拔(ba)的闆卡形(xing)式，每🌈張闆(pǎn)卡均配置(zhì)有單獨數(shù)據采集模(mo)塊可以根(gēn)據輸入㊙️信(xìn)号的不☂️同(tong)進行相應(ying)的配置（圖(tú) 4）。的微處理(lǐ)器，由該處(chu)理器負責(zé)接收處理(lǐ)輸入到該(gāi)數據采☔集(ji)模塊的與(yǔ)流量、溫度(dù)和壓力相(xiàng)關的🐉電信(xìn)号🧡，同時，數(shù)據采集模(mo)塊可以根(gen)據輸入信(xìn)号的不同(tong)進行相應(ying)的配置（圖(tu) 4）。

3　現場工(gong)業性試驗(yan)
   對 4 台高壓(ya)氣體渦輪(lún)流量計及(ji)流量計算(suàn)機進行現(xian)場工業性(xing)試驗，試驗(yan)場地爲鎮(zhèn)江分輸站(zhàn)（DN80）、滁州分輸(shū)站（DN80）、青山分(fen)輸清管站(zhan)（DN50），站場設計(jì)壓力均爲(wei) 10 MPa。以滁州分(fèn)輸站爲🌐例(li)，介紹♊現場(chǎng)工業性試(shi)驗的情🔞況(kuang)。
   滁州分輸(shu)站用戶分(fen)輸路共 2 台(tái) Elster-InstrometTRZ G160 DN80 渦輪流量(liàng)計，設置 1 座(zuo)計量橇（圖(tu) 5），具備比對(duì)流程。選擇(zé) FE3401 備用回路(lù)進行 TBQM型流(liu)量計的替(ti)🐕換試用，同(tóng)🆚時将💋配套(tao)的流量計(ji)算機更換(huàn)爲 FC 型流量(liang)計算機，調(diao)試正常後(hou)👣與 FE3301 回路流(liú)量計進行(háng)比對運行(hang)。從流量計(ji)算機機櫃(gui)鋪設一根(gēn) 3 芯信号線(xiàn)🔞到 PLC 機櫃，PLC 機(jī)櫃安裝 SD16X 防(fáng)雷及 485-232 轉換(huan)分支器。流(liu)量計算機(ji)通過 RS485 信号(hào)連接至站(zhàn)控系統，站(zhàn)🌏控系統通(tōng)過 Modbus 協議讀(du)取流量計(jì)算機的計(ji)量數據。試(shi)運行期間(jian)，每 3 個月将(jiāng)💘 流量計拆(chāi)卸下來，送(sòng)㊙️南京計量(liàng)中心檢定(dìng)。

   流量計同(tong)時輸出高(gāo)頻脈沖和(he)低頻脈沖(chong)，其中高頻(pín)信号用于(yú)🐕計量，低頻(pín)信号用于(yú)比對。當兩(liǎng)信号的誤(wu)差超出一(yī)定範圍時(shí)，流量計算(suàn)機會提示(shi)。如渦輪流(liu)量計共有(yǒu) 12 個葉片，當(dang)某一葉片(pian)損壞時高(gāo)頻和低頻(pín)信号将會(huì)産生 1/12 的誤(wu)差。
   流量計(jì)算機可通(tōng)過 RS485 信号直(zhi)接與氣相(xiang)色譜儀連(lián)接，讀取天(tiān)💁然氣組分(fen)數據，也可(ke)以通過站(zhan)控機發送(sòng)或📧手動設(shè)置天然氣(qì)組分數據(jù)。由于滁州(zhōu)站的氣相(xiàng)色譜儀停(ting)😘用，因此 FE3301 路(lu)和 FE3401 路流量(liàng)計算機的(de)💘天然氣組(zǔ)分均爲每(měi)天手動輸(shu)入✨。
   開始現(xiàn)場安裝試(shì)驗前，分别(bie)将 4 台渦輪(lun)流量計和(he)流量計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻算(suan)機送第三(san)方檢定機(ji)構檢定。其(qí)中，渦輪流(liú)量計送南(nan)京計量中(zhong)心🥵檢定（圖(tú) 6，編号爲 131228042 的(de)DN80-G160 流量計的(de)檢定結果(guǒ)）。流量計算(suàn)機送至上(shàng)海儀器儀(yi)表自控系(xi)統檢驗測(ce)試所進行(hang)校🌍準測試(shi)（表☂️ 1，編号爲(wei) 131227004 的㊙️流量計(jì)算👨‍❤️‍👨機校準(zhun)測試數據(ju)），在壓力、溫(wen)度爲數字(zì)量輸入的(de)情👄況下，流(liú)量計算機(jī)的誤差來(lái)源爲脈沖(chòng)測量、壓縮(suō)因子計算(suan)以及标況(kuàng)🔞流量計算(suàn)。


   試驗期間(jiān)，各站點每(mei)天會記錄(lù)兩台作比(bi)對的流量(liang)計的标況(kuang)累積量，從(cong)而統計計(jì)量誤差。根(gen)據滁州站(zhàn)FC 型流💃量計(jì)算機和 Elster 流(liú)量計算機(jī)（精度爲 0.5，流(liú)量範圍爲(wei) 13～250 m
3/h）部分日累(lei)積量的比(bǐ)對數據（表(biǎo) 2），偏差量大(dà)部分爲負(fu)偏差且最(zuì)🐅大💋值爲 0.33％，說(shuo)明 FC 型流量(liang)計算機計(jì)量準确且(qie)穩定。

   試運(yùn)行 3 個月後(hòu)，将鎮江站(zhàn) 渦輪流量(liang)計和青山(shān)站 渦輪流(liú)量計拆卸(xie)下來，送南(nán)京計量中(zhōng)心檢定。根(gen)據鎮江分(fèn)🏃‍♂️輸站編号(hào)爲 131228041 的流量(liang)計試運行(hang)前後檢定(dìng)結果🛀🏻（圖 7a）、青(qīng)山分輸清(qīng)管站編号(hao)爲 131228036 的流量(liàng)計試運行(hang)前後檢定(ding)結果（圖 7b），
   流(liu)量計仍然(rán)滿足 ±1％誤差(chà)的要求。而(er)與 Elster 流量計(ji)的對比❄️數(shù)🔅據表明：該(gāi)類型國産(chan)渦輪流量(liang)計與流量(liang)計算機⁉️達(da)到了國際(ji)水準，滿足(zú)工業計量(liang)要求。

4　結論(lùn)
   通過超過(guo)半年的現(xiàn)場工業性(xing)試驗，高壓(yā)渦輪氣體(tǐ)流量計和(hé)配🍓套流量(liàng)計算機精(jīng)度符合設(shè)計要求，具(jù)有較高的(de)🥵可靠性，各(ge)🏃‍♀️項指标和(hé)技術性能(neng)完全滿足(zu)☀️工業貿易(yi)計量的要(yào)求，打破了(le)🔞國外高👌壓(yā)長輸管道(dao)🌈領域的技(jì)術壟斷，積(jī)累了一定(ding)試驗數據(jù)和經驗，爲(wèi)今後高壓(ya)長輸管道(dào)長期運行(háng)奠定了堅(jian)實的基礎(chu)。随着我國(guo)工🚶‍♀️業計量(liang)事業和城(cheng)市燃氣的(de)發展，以及(jí)能量計量(liang)的逐步實(shí)施，國産化(hua)流量計具(ju)有很強的(de)市場競争(zhēng)力和較大(dà)🔞的市場潛(qián)力，也爲天(tian)然氣的計(jì)量管理提(tí)供了技術(shu)保障。

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