天然氣(qì)作爲一(yi)種高效(xiao)清潔能(neng)源，其需(xū)求量随(suí)着全球(qiú)低🛀🏻碳🥰經(jing)濟的發(fā)展呈現(xiàn)快速增(zeng)長趨勢(shi)，預計2020 年(nián)國内天(tiān)㊙️然氣需(xū)求量将(jiāng)㊙️達 3 000×108m3[1-4]。進口(kou)渦輪流(liu)量計一(yī)直占據(jù)🌈着高壓(yā)管道貿(mao)易計量(liang)🎯市場，而(ér)國産 渦(wō)輪流量(liang)計 通常(cháng)應用于(yú)低壓管(guǎn)道，用戶(hu)主要爲(wèi)城市燃(rán)氣的工(gong)業用戶(hù)🚩。
    随着工(gong)業過程(chéng)控制自(zi)動化的(de)實施及(jí)輸氣管(guǎn)道的大(dà)量建設(she)，對貿易(yì)計量所(suǒ)需的渦(wo)輪流量(liang)計和具(jù)有強大(da)功能的(de)流量計(ji)算機的(de)需求量(liàng)也不斷(duan)增大，因(yīn)此，擁有(yǒu)自主知(zhi)識産權(quán)且滿足(zú)工業性(xing)應用要(yao)求的精(jīng)度好的(de)高壓渦(wō)輪流量(liang)計 與流(liú)量計算(suan)機，對實(shí)現管道(dào)設備的(de)國産化(huà)，打破國(guo)外技術(shu)壟斷，保(bao)障管道(dao)安全、經(jing)濟、高效(xiào)運行，具(jù)有十分(fèn)重要的(de)🈲意義。爲(wei)了評價(jià)💋國産化(hua)流量計(jì)在實際(jì)運行過(guo)程中的(de)準确度(du)、可♌重複(fu)性、穩定(dìng)性及安(an)全性等(deng)☀️指标，爲(wei)後續新(xin)建管道(dào)的推廣(guǎng)應用及(ji)流量計(jì)的制造(zao)、改進提(tí)供依據(jù)，對 4 台國(guo)産 氣體(ti)高壓渦(wo)輪流量(liang)計💰和FC 型(xing)流量計(ji)算機進(jìn)行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yan)。
1　高壓氣(qì)體渦輪(lun)流量計(ji)
1.1　工作原(yuan)理
    高壓(ya)氣體渦(wō)輪流量(liang)計 是一(yi)種帶機(jī)械計數(shù)器并用(yong)于準确(que)測量氣(qi)體流量(liàng)的流量(liàng)計，其💞工(gōng)作原理(lǐ)：當高壓(ya)氣流進(jin)入流量(liàng)計時，首(shou)先☀️經過(guo)整流⭐器(qì)整流并(bing)🔅加速，在(zài)流體的(de)作用下(xia)，渦輪克(kè)服阻力(lì)矩開始(shǐ)轉動；當(dang)力矩達(dá)到平衡(héng)時，渦輪(lun)轉速穩(wen)定，此時(shí)其轉速(su)與氣體(ti)工況流(liu)量成正(zhèng)比，并通(tōng)過齒輪(lun)減速傳(chuan)動；磁耦(ou)合聯接(jiē)驅動字(zi)輪計數(shù)器轉動(dòng)，直接累(lei)積氣體(ti)的工況(kuàng)體積總(zong)量。
因爲(wei)通過渦(wō)輪的流(liú)量與渦(wō)輪轉速(su)成正比(bi)，所以高(gāo)頻信号(hào)脈沖💔輸(shu)出頻率(lü)與渦輪(lún)轉速存(cún)在以下(xià)關系[7]：

   綜(zōng)上所述(shu)，儀表系(xì)數K 除與(yu)渦輪導(dǎo)程、葉片(piàn)數、葉片(pian)寬度、螺(luo)旋升角(jiǎo)㊙️、流量計(jì)流體通(tōng)道等結(jié)構因素(su)有關外(wai)，還與介(jie)質流體(ti)黏性🌈、軸(zhóu)承本身(shēn)阻尼、軸(zhou)承潤滑(huá)油黏🤩度(dù)等有關(guān)，若以上(shang)其中一(yī)種或幾(ji)種相關(guan)因素發(fā)生改變(biàn)，則儀💯表(biao)系數K 也(ye)會相應(ying)改變，因(yin)此流量(liang)計應通(tong)🔞過線性(xing)檢定等(deng)試驗方(fang)式進行(háng)最終設(shè)計确認(rèn)。
1.2　性能測(cè)試
   以 EN 12261-2002《Gas meters - Turbine gasmeters》[8]和(hé) OIML R137-1-2006《氣體流(liu)量計》作(zuò)爲流量(liang)計産品(pin)的研制(zhi)依據，并(bìng)嚴🔞格按(àn)照💚标準(zhun)進行性(xing)能測試(shi)，主要包(bāo)括：耐久(jiu)性試驗(yan)、彎矩與(yu)扭矩🧡試(shi)驗、短時(shi)過載試(shi)驗、擾動(dong)試驗以(yi)及高低(dī)溫性能(néng)測✨試等(děng)。
1.2.1　耐久性(xing)測試
渦(wo)輪流量(liàng)計進行(háng)耐久性(xìng)測試的(de)目的在(zài)于确認(ren)流量計(jì)在指定(ding)條件下(xia)的計量(liang)性能是(shi)否符合(he)分段要(yào)求[9]，即：

   确(que)認各種(zhǒng)安裝位(wèi)置是否(fou)影響測(ce)試樣機(jī)的計量(liang)性能，安(an)💰裝位🈲置(zhi)可分爲(wèi)水平方(fāng)向、垂直(zhi)向上與(yu)垂直向(xiang)🚶‍♀️下。在不(bú)同⭐安裝(zhuang)位置情(qing)況下，樣(yàng)機在耐(nai)久性測(cè)試前後(hou)指示誤(wu)差的變(bian)化量📞不(bu)得超過(guò)式（4）要求(qiu)值的 1/3。
   以(yi) DN80-G100 樣機爲(wei)例，進行(hang)耐久性(xing)測試說(shuo)明。首先(xiān)将 3 台樣(yàng)機分🔴别(bie)安🌈裝在(zai)同一管(guan)道的不(bu)同位置(zhì)，管道内(nèi) 0.8 MPa 壓縮氣(qì)體以樣(yang)機最大(dà)流量進(jin)行循環(huán)運行，以(yi)每 1 000 h 爲運(yun)行單位(wèi)，将樣🌈機(jī)拆卸并(bìng)在标準(zhǔn)氣體流(liú)量裝置(zhì)上進行(hang)相應性(xing)能測試(shi)，得到 7 000 h 運(yùn)行測試(shì)數據（圖(tú) 1）。

   結果表(biǎo)明：該測(cè)試樣機(ji)滿足耐(nài)久性測(ce)試要求(qiu)，指示誤(wu)差的變(bian)化🏃🏻量未(wèi)超過最(zuì)大允許(xu)誤差的(de) 1/3；軸承經(jing)過長時(shi)間運行(háng)磨合更(gèng)👉趨于穩(wen)定，長期(qi)運行後(hou)非線性(xìng)段更趨(qū)于理想(xiǎng)⁉️特性曲(qu)♉線。
1.2.2　彎扭(niu)矩測試(shi)
   對于高(gao)壓渦輪(lun)流量計(jì)，應該詳(xiáng)細說明(míng)流量計(ji)所需的(de)彎曲與(yu)扭力力(lì)矩的保(bao)護水平(píng)[2]。該數據(jù)可以通(tong)過試驗(yàn)❓直接獲(huò)得✌️（圖 2，其(qi)中直管(guǎn)段 1 連接(jie)氣體流(liú)量标準(zhǔn)裝置，圖(tu) 2a 中在直(zhi)管段 2 預(yu)🐇先确定(ding)的力臂(bì)L 位置附(fù)加垂直(zhí)方向的(de)⭐力F 而形(xíng)成彎矩(jǔ)M；圖 2b 中在(zài)直管段(duan)⭐ 2 側面預(yù)先确定(ding)的力臂(bi)L 位置附(fù)加垂直(zhi)方向的(de)力🌐F 而形(xíng)成扭矩(ju)🌈T，而彎矩(ju)與扭矩(jǔ)均是作(zuo)用于流(liu)量計入(ru)口與出(chū)口法蘭(lán)處）。由于(yu)💜該項測(ce)試主要(yào)是針對(duì)流量計(ji)強度的(de)校核✌️，爲(wei)了使測(ce)試結果(guǒ)😄更具說(shuō)服力，并(bìng)且提高(gao)其可靠(kao)性，将鋁(lü)合金殼(ke)體的中(zhong)⭕低壓渦(wō)🔆輪流量(liàng)計 DN80-G100 用于(yu)此次🌂測(ce)試。測試(shi)過程中(zhōng)按照 EN 12261-2002 表(biǎo) 10中要求(qiu)施加 1 倍(bei)、2 倍直至(zhi) 4 倍（即力(lì)矩爲 3 040 N·m）的(de)砝碼F，未(wèi)發現🌏流(liú)量計殼(ke)體有任(rèn)何異常(chang)⚽變化。施(shi)加砝碼(ma)F 時及卸(xiè)下砝碼(ma)之後得(dé)到的指(zhi)示誤差(cha)與施加(jiā)砝碼F 之(zhi)前的指(zhi)示誤差(cha)無明♉顯(xiǎn)變化，實(shi)際變化(huà)量均在(zai)最大允(yǔn)許誤差(chà)的 1/3 以内(nei)。

1.2.3　常(cháng)壓與高(gāo)壓試驗(yàn)對比
   爲(wèi)了确認(ren)高壓渦(wo)輪流量(liang)計在高(gao)壓氣體(ti)介質中(zhong)計量性(xing)能是否(fou)滿足工(gōng)業貿易(yì)計量要(yao)求，将多(duo)台 DN80-G160樣機(jī)發往國(guó)家石油(you)天然氣(qi)大流量(liàng)計量站(zhàn)南京分(fen)站進行(háng) 6 MPa 實流🐅檢(jian)定。使用(yòng)小流量(liàng)标準裝(zhuāng)置對編(bian)号爲131228041 的(de) DN80 渦輪流(liu)量計進(jin)行了檢(jiǎn)定（圖 3）。流(liú)量🔱計的(de)儀表系(xì)數K 的計(jì)算公式(shì)[10]


2 　FC 型(xing)流量計(ji)算機
   流(liú)量計算(suàn)機是一(yi)種可對(duì)多個流(liú)量測量(liang)點集中(zhōng)進行✂️數(shù)據采集(ji)、精度高(gāo)補償運(yùn)算、數據(jù)顯示存(cun)儲及運(yùn)😘用網絡(luo)實現通(tong)信功能(neng)的🥰新一(yi)代以工(gong)業微型(xing)計算機(jī)爲内核(hé)的計🈲量(liàng)儀表🌈。與(yǔ)體積修(xiū)正儀相(xiang)比，其數(shu)據采集(jí)頻率高(gāo)，運算速(sù)☔度快且(qie)準确，可(kě)以同時(shí)對多台(tái)流量計(ji)進行溫(wēn)度壓力(lì)修🧑🏽‍🤝‍🧑🏻正和(hé)計量，廣(guǎng)泛應用(yong)于石油(you)、化工、冶(ye)金、電力(lì)、城市燃(rán)氣及供(gòng)熱等行(háng)業的重(zhong)要貿易(yi)計量場(chǎng)合和工(gōng)廠計量(liàng)管理網(wǎng)絡。
   FC 型流(liu)量計算(suàn)機最多(duo)可以連(lian)接 4 路流(liu)量計，可(ke)以與渦(wō)輪流量(liàng)🙇🏻計、腰輪(lún)流量計(jì)、 孔闆流(liu)量計 等(děng)配套使(shi)用。當流(liú)量輸入(ru)爲脈沖(chòng)信号時(shi)，其體積(jī)流量爲(wei)：

   此外，FC 型(xing)流量計(ji)算機還(hai)具有能(néng)量計量(liang)功能，可(kě)以直接(jiē)通過配(pèi)置的 RS485 通(tong)信接口(kou)接收氣(qì)相色譜(pu)儀的組(zu)分分析(xī)☂️結果，也(ye)可✔️以在(zài)🏃‍♂️流量計(jì)算機手(shǒu)動輸入(ru)天然氣(qì)組分數(shu)據後，計(jì)👣算發熱(rè)🈲量，再根(gēn)據所計(ji)量的标(biao)準體積(jī)量計算(suàn)天然氣(qi)能量[12]：

   FC 型(xing)流量計(jì)算機内(nei)置多種(zhong)壓縮因(yin)子計算(suàn)模型，且(qiě)含有多(duō)㊙️種通信(xìn)接口，可(ke)以使用(yong) RS485 接口與(yu)上位機(jī)或色譜(pu)儀通信(xìn)，也可以(yi)通過 RJ45 接(jie)口使用(yong) Modbus/TCP通信協(xié)議與上(shàng)位機🏃‍♂️通(tong)信。
   爲了(le)滿足流(liú)量計算(suan)機對多(duō)通道數(shù)據快速(sù)處理的(de)要求，同(tong)時，考慮(lǜ)到流量(liang)計算機(ji)硬件配(pèi)置的靈(ling)活性，FC型(xíng)流量計(jì)算機采(cǎi)用🎯模塊(kuài)👈化的結(jie)構設計(ji)方案，數(shu)據采集(ji)模塊采(cai)用可插(cha)拔的闆(pan)卡形式(shì)，每張闆(pan)卡均配(pèi)置有單(dān)獨數據(jù)采集⭕模(mó)塊可以(yǐ)根據輸(shu)入信号(hao)的不同(tóng)進行相(xiàng)應的配(pèi)置（圖 4）。的(de)微處理(lǐ)器，由🏃‍♀️該(gai)處理器(qi)負責接(jiē)收處理(lǐ)輸入到(dào)該數據(jù)采集模(mó)塊的與(yǔ)流量、溫(wēn)度和壓(ya)力相關(guan)的👌電信(xin)号，同時(shí)，數據采(cǎi)集模塊(kuai)可以根(gēn)據輸入(rù)信号的(de)不同進(jìn)行相應(ying)的配置(zhì)（圖 4）。

3　現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)
   對 4 台高(gāo)壓氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計及(ji)流量計(ji)算機進(jin)行現場(chang)工業性(xing)👅試驗，試(shì)驗場地(di)爲鎮江(jiāng)分輸站(zhàn)（DN80）、滁州分(fèn)輸站（DN80）、青(qing)山分輸(shū)清管站(zhan)（DN50），站場設(she)計壓力(lì)均爲 10 MPa。以(yǐ)滁州分(fen)輸站爲(wei)例，介紹(shao)現場工(gōng)業性試(shì)驗的情(qing)況。
   滁州(zhōu)分輸站(zhan)用戶分(fèn)輸路共(gòng) 2 台 Elster-InstrometTRZ G160 DN80 渦輪(lun)流量計(jì)，設置 1 座(zuò)計量橇(qiao)（圖 5），具備(bèi)比對流(liú)程。選擇(zé) FE3401 備用回(hui)路進行(hang) TBQM型流量(liàng)計的替(ti)換試用(yòng)，同時将(jiāng)配套的(de)流量計(ji)算機更(geng)換爲 FC 型(xíng)流量計(jì)算機，調(diào)試🐪正常(cháng)後與 FE3301 回(hui)路💁流量(liang)計進行(háng)🈲比對運(yùn)行。從流(liú)量計算(suàn)機機櫃(guì)鋪設一(yi)根 3 芯信(xìn)号線到(dào) PLC 機櫃，PLC 機(ji)櫃㊙️安裝(zhuang) SD16X 防雷及(jí) 485-232 轉換分(fen)支器。流(liu)量計算(suàn)機通過(guo) RS485 信号連(lián)接至站(zhàn)控系統(tǒng)，站控系(xi)統通過(guò) Modbus 協議讀(dú)取流量(liàng)計📞算機(jī)的計量(liang)數據。試(shi)運行期(qi)間，每 3 個(ge)月将 流(liú)量計拆(chāi)卸下來(lai)，送✔️南京(jing)計量中(zhōng)心檢定(ding)🚩。

   流量計(ji)同時輸(shu)出高頻(pín)脈沖和(hé)低頻脈(mo)沖，其中(zhōng)高頻信(xin)号用于(yu)計🍉量，低(di)頻信号(hào)用于比(bi)對。當兩(liang)信号的(de)誤差超(chāo)出一定(ding)範圍時(shi)，流量計(ji)算機會(hui)提示。如(rú)渦輪流(liú)♌量計共(gong)有 12 個葉(ye)🏃‍♀️片，當某(mǒu)一葉片(piàn)損壞時(shi)高頻和(hé)低頻信(xin)号将會(hui)産生 1/12 的(de)誤差。
   流(liú)量計算(suàn)機可通(tōng)過 RS485 信号(hao)直接與(yu)氣相色(se)譜儀連(lian)接，讀取(qǔ)天✨然💞氣(qì)組分數(shu)據，也可(kě)以通過(guò)站控機(ji)發送或(huò)手動設(she)置天然(rán)氣組分(fèn)數🧑🏽‍🤝‍🧑🏻據。由(yóu)于滁州(zhou)站的氣(qi)相色🌈譜(pǔ)儀停用(yòng)，因此 FE3301 路(lù)和 FE3401 路流(liú)量計算(suàn)機的天(tiān)然氣組(zu)分均爲(wei)每天手(shou)動輸入(rù)🏃🏻。
   開始現(xian)場安裝(zhuāng)試驗前(qian)，分别将(jiang) 4 台渦輪(lun)流量計(ji)和流量(liàng)計算機(ji)送👣第三(sān)方檢定(dìng)機構檢(jian)定。其中(zhōng)，渦輪流(liu)量計送(sòng)南京計(ji)量中心(xin)檢定（圖(tu) 6，編号爲(wèi) 131228042 的DN80-G160 流量(liàng)計的檢(jian)定結果(guǒ)）。流量計(jì)算機送(song)至上海(hǎi)儀器儀(yí)💛表自控(kong)系統✨檢(jiǎn)驗測試(shi)🤞所進行(hang)校準測(ce)試（表 1，編(bian)号爲 131227004 的(de)🌍流量計(ji)算🐪機校(xiào)準測試(shì)數據），在(zai)壓力、溫(wēn)度爲數(shu)字量輸(shū)入的情(qíng)🔴況下，流(liú)量計算(suàn)機的誤(wù)差來源(yuán)爲脈沖(chòng)測量、壓(yā)縮因子(zi)計算以(yǐ)🌏及标況(kuàng)流量計(ji)算。


   試驗(yan)期間，各(ge)站點每(měi)天會記(ji)錄兩台(tái)作比對(dui)的流量(liang)計的😍标(biāo)況累積(jī)量，從而(ér)統計計(jì)量誤差(cha)。根據滁(chu)州站FC 型(xíng)流量計(ji)算機和(he) Elster 流🌈量計(jì)算機（精(jīng)度爲 0.5，流(liú)量範圍(wéi)爲 13～250 m
3/h）部分(fèn)日累積(ji)量的比(bǐ)對數據(ju)（表 2），偏差(cha)量大部(bù)分爲負(fu)偏差✔️且(qiě)最大✊值(zhi)爲 0.33％，說明(míng) FC 型流量(liang)計算機(ji)計量準(zhun)确且👨‍❤️‍👨穩(wěn)定。

   試運(yùn)行 3 個月(yue)後，将鎮(zhen)江站 渦(wo)輪流量(liàng)計和青(qīng)山站 渦(wō)輪流♍量(liàng)計📧拆🐪卸(xiè)下來，送(sòng)南京計(jì)量中心(xin)檢定。根(gen)據鎮江(jiāng)分🍉輸站(zhan)編号爲(wèi) 131228041 的流量(liang)計試運(yùn)行前後(hòu)檢定結(jie)果（圖 7a）、青(qing)山🍓分輸(shu)清管站(zhan)編号爲(wei) 131228036 的流量(liang)計試運(yun)行前後(hòu)檢定結(jie)果（圖 7b），
   流(liu)量計仍(reng)然滿足(zu) ±1％誤差的(de)要求。而(ér)與 Elster 流量(liàng)計的對(duì)比數據(jù)♌表明：該(gāi)類型國(guo)産渦輪(lún)流量計(ji)與流量(liàng)計算機(ji)達到了(le)國✂️際水(shuǐ)準，滿足(zú)工業計(jì)量要求(qiu)。

4　結論
   通(tōng)過超過(guò)半年的(de)現場工(gōng)業性試(shì)驗，高壓(ya)渦輪氣(qì)體流量(liang)計和配(pèi)套流量(liàng)計算機(ji)精度符(fú)合設計(jì)要求，具(ju)有較高(gāo)的可靠(kào)性，各項(xiàng)指标和(hé)技術性(xìng)能完全(quan)滿足工(gōng)業貿👌易(yi)計量的(de)要求，打(da)破了國(guó)外高⭕壓(yā)長輸管(guan)道領域(yu)的技術(shù)壟斷，積(ji)累了一(yī)定試驗(yan)數據和(hé)經驗，爲(wei)今後高(gāo)壓長輸(shu)管道長(zhǎng)期🐇運行(háng)奠定了(le)堅實的(de)基礎。随(suí)着我國(guo)工🤩業計(ji)量事業(ye)和城市(shì)燃氣的(de)發展，以(yi)及能量(liang)計量的(de)逐步實(shí)施，國産(chan)化流量(liàng)計具有(you)很強的(de)市場競(jìng)争力和(he)較大🙇‍♀️的(de)市場潛(qián)力，也爲(wèi)天然氣(qi)的計量(liàng)管理提(tí)供了技(ji)術保障(zhang)。

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