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[1-4]。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。
    隨sui著zhe工gong業ye過guo程cheng控kong製zhi自zi動dong化hua的de實shi施shi及ji輸shu氣qi管guan道dao的de大da量liang建jian設she，對dui貿mao易yi計ji量liang所suo需xu的de渦wo輪lun流liu量liang計ji和he具ju有you強qiang大da功gong能neng的de流liu量liang計ji算suan機ji的de需xu求qiu量liang也ye不bu斷duan增zeng大da，因此
，擁有自主知識產權且滿足工業性應用要求的精度好的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準確度
、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試驗。
1　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準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；磁耦合聯接驅動字輪計數器轉動，直接累積氣體的工況體積總量。
因為通過渦輪的流量與渦輪轉速成正比，所以高頻信號脈衝輸出頻率與渦輪轉速存在以下關係[7]：

   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試驗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：耐久性試驗、彎矩與扭矩試驗、短時過載試驗
、擾動試驗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：

   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]。該數據可以通過試驗直接獲得（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　常壓與高壓試驗對比
   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]


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：

   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]：

   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)置(zhi)有(you)單(dan)獨(du)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)不(bu)同(tong)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)配(pei)置(zhi)（圖 4）。的微處理器，由該處理器負責接收處理輸入到該數據采集模塊的與流量、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）。

3　現場工業性試驗
   對 4 台高壓氣體渦輪流量計及流量計算機進行現場工業性試驗，試驗場地為鎮江分輸站（DN80）、滁州分輸站（DN80）、青山分輸清管站（DN50），站場設計壓力均為 10 MPa。以滁州分輸站為例，介紹現場工業性試驗的情況。
   滁州分輸站用戶分輸路共 2 台 Elster-InstrometTRZ G160 DN80 渦輪流量計
，設置 1 座計量橇（圖 5），具備比對流程。選擇 FE3401 備用回路進行 TBQM型流量計的替換試用，同時將配套的流量計算機更換為 FC 型流量計算機，調試正常後與 FE3301 回路流量計進行比對運行。從流量計算機機櫃鋪設一根 3 芯信號線到 PLC 機櫃，PLC 機櫃安裝 SD16X 防雷及 485-232 轉換分支器。流量計算機通過 RS485 信號連接至站控係統
，站控係統通過 Modbus 協議讀取流量計算機的計量數據。試運行期間，每 3 個月將 流量計拆卸下來
，送南京計量中心檢定。

   liuliangjitongshishuchugaopinmaichonghedipinmaichong
，qizhonggaopinxinhaoyongyujiliang，dipinxinhaoyongyubidui。dangliangxinhaodewuchachaochuyidingfanweishi，liuliangjisuanjihuitishi。ruwolunliuliangjigongyou 12 個葉片，當某一葉片損壞時高頻和低頻信號將會產生 1/12 的誤差。
   流量計算機可通過 RS485 信(xin)號(hao)直(zhi)接(jie)與(yu)氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)連(lian)接(jie)，讀(du)取(qu)天(tian)然(ran)氣(qi)組(zu)分(fen)數(shu)據(ju)，也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)站(zhan)控(kong)機(ji)發(fa)送(song)或(huo)手(shou)動(dong)設(she)置(zhi)天(tian)然(ran)氣(qi)組(zu)分(fen)數(shu)據(ju)。由(you)於(yu)滁(chu)州(zhou)站(zhan)的(de)氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)停(ting)用(yong)，因(yin)此(ci) FE3301 路和 FE3401 路流量計算機的天然氣組分均為每天手動輸入。
   開始現場安裝試驗前，分別將 4 台渦輪流量計和流量計算機送第三方檢定機構檢定。其中，渦輪流量計送南京計量中心檢定（圖 6

，編號為 131228042 的DN80-G160 流量計的檢定結果）。流量計算機送至上海儀器儀表自控係統檢驗測試所進行校準測試（表 1，編號為 131227004 的流量計算機校準測試數據）
，在壓力、溫度為數字量輸入的情況下
，流量計算機的誤差來源為脈衝測量、壓縮因子計算以及標況流量計算。


   試驗期間，各站點每天會記錄兩台作比對的流量計的標況累積量
，從而統計計量誤差。根據滁州站FC 型流量計算機和 Elster 流量計算機（精度為 0.5，流量範圍為 13～250 m
3/h）部分日累積量的比對數據（表 2），偏差量大部分為負偏差且最大值為 0.33％，說明 FC 型流量計算機計量準確且穩定。

   試運行 3 個月後，將鎮江站 渦輪流量計和青山站 渦輪流量計拆卸下來
，送南京計量中心檢定。根據鎮江分輸站編號為 131228041 的流量計試運行前後檢定結果（圖 7a）

、青山分輸清管站編號為 131228036 的流量計試運行前後檢定結果（圖 7b），
   流量計仍然滿足 ±1％誤差的要求。而與 Elster 流量計的對比數據表明：該類型國產渦輪流量計與流量計算機達到了國際水準
，滿足工業計量要求。

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試shi驗yan，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試shi驗yan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技ji術shu保bao障zhang。

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