渦輪流量計在天然氣計量中的應(yīng)用

何嬋

宜興市產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全檢驗檢測中心 江蘇無錫 214200

1 渦輪流量計簡單概述

天然氣進(jìn)入流量計后，由燃?xì)廨啓C(jī)流量計內(nèi)的特殊先導(dǎo)液加速。在流體的作用下，渦輪葉片與流體流動方向形成一定的角度。此時，汽輪機(jī)將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，在汽輪機(jī)開始旋轉(zhuǎn)之前，需要克服阻力轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩。當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、阻力轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩平衡時，渦輪轉(zhuǎn)速將保持恒定。此外，渦輪轉(zhuǎn)速與流量之間存在線性關(guān)系。葉輪的轉(zhuǎn)速由一對齒輪減速，旋轉(zhuǎn)趨勢通過密封的磁力聯(lián)軸器傳遞到儀器外的機(jī)械計數(shù)器。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，旋轉(zhuǎn)渦輪葉片頂部的磁鐵周期性地改變磁阻，使線圈兩端產(chǎn)生與流體體積流量成正比的脈沖信號。通過測量脈沖信號的頻率來獲得流量。渦輪流量計應(yīng)與流量計算機(jī)配套使用。流量計算機(jī)包括溫度、脈沖、壓力檢測通道，并配有各種通訊接口[1]。

2 特點

（1）智能測量與補(bǔ)償。燃?xì)廨啓C(jī)流量可以直接測量燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)容積或飽和蒸汽質(zhì)量流量，獲得介質(zhì)溫度和壓力的測量數(shù)據(jù)，并自動補(bǔ)償流量，自動修正壓縮系數(shù)。

（2）高精度。渦輪流量計的精度約為（0.5-0.1）%。在線性流量范圍內(nèi)，即使流量發(fā)生變化，累積流量的精度也不會降低。渦輪流量計的重復(fù)性可在短時間內(nèi)達(dá)到0.05%。

（3）寬量程比。渦輪流量量程比可達(dá)8-10。渦輪流量計的最大流量比其他同口徑流量計的最大流量大。

（4）適應(yīng)性強(qiáng)。渦輪流量計可制成封閉式結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)速信號為非接觸式測量，易于實現(xiàn)高壓電阻的設(shè)計。如果流量計的渦輪和軸承由耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料制成，則可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。

（5）數(shù)字信號輸出。渦輪流量計的輸出是與流量成比例的脈沖數(shù)字信號。其優(yōu)點是在傳輸過程中不降低精度，易于積累，易于送入計算機(jī)系統(tǒng)。

3 渦輪流量計在天然氣計量中具體應(yīng)用

由于中國天然氣項目的積極發(fā)展，渦輪流量計已廣泛用于天然氣貿(mào)易結(jié)算過程。在使用渦輪流量計測量天然氣流量之前，請先安裝渦輪流量計。在安裝渦輪流量計之前，請確保燃?xì)夤艿狼鍧?，并且沒有水，灰塵等。否則可能會損壞渦輪葉片和渦輪流量計的機(jī)械零件。損壞的雜質(zhì)，如果測試的天然氣中含有雜質(zhì)，則應(yīng)添加過濾器以防止損壞渦輪流量計。安裝期間必須將渦輪流量計調(diào)平。不要垂直安裝。如果天然氣管道中裝有水，則應(yīng)將渦輪流量計傾斜放置，以使天然氣流出流量計。天然氣的輸送方向必須與渦輪流量計上指示的方向匹配，不允許以相反的方向進(jìn)行安裝。通常，建議在渦輪流量計的入口和出口端增加直管。入口端的長度必須至少為管段內(nèi)徑的10 倍，出口端的長度必須至少為管段內(nèi)徑的5 倍，并且可以安裝在節(jié)流裝置與渦輪流量計之間。在兩者之間安裝整流器[2]。

當(dāng)天然氣進(jìn)入流量計時，首先要使它通過燃?xì)鉁u輪流量計內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)流體來加速。在流體的作用下，渦輪葉片與流體的流動方向形成一個角度。此時，渦輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩，該扭矩必須在渦輪開始旋轉(zhuǎn)之前克服阻力扭矩和摩擦扭矩。當(dāng)旋轉(zhuǎn)扭矩，阻力扭矩和摩擦扭矩達(dá)到平衡時，渦輪速度恒定。另外，渦輪轉(zhuǎn)速與流量具有線性關(guān)系。葉輪的速度通過一對齒輪降低，并且密封的磁耦合裝置將旋轉(zhuǎn)趨勢傳遞到機(jī)器外部的機(jī)械計數(shù)器。利用電磁感應(yīng)原理，通過旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片尖端磁體周期性地改變磁阻，以感應(yīng)出與跨過線圈的流體的體積流量成比例的脈沖信號，并測量脈沖信號的頻率以獲得流速。渦輪流量計必須與包括溫度，脈沖和壓力感應(yīng)通道并配備各種通訊接口的流量計算機(jī)一起使用。

4 渦輪流量計運行管理及維護(hù)要求

4.1 渦輪流量計在進(jìn)行通氣和停氣控制要求

通氣順序：檢查流量計背面的閥門是否關(guān)閉，然后慢慢打開流量計正面的閥門，以檢查壓力上升率≤35KPa/S。最后，緩慢打開流量計背面的閥門，以小流量將其調(diào)節(jié)至所需值。整個過程面臨保持有壓啟動。停止氣體順序：首先緩慢關(guān)閉流量計的后閥，然后緩慢關(guān)閉流量計的前閥。

4.2 有效控制長時間超量運行

超流量運行會嚴(yán)重影響使用壽命，降低測量精度并增加誤差。（儀表頭的流量長時間不應(yīng)超過100%）即時流量：觀察即時流量，以查看是否有小火在使用用戶的當(dāng)前氣體和混合氣體后不會消失，或者大火是否超出范圍。流量計運行時，流量范圍應(yīng)在20%-70%之間。如果長期的下限操作或上限操作影響測量，則無論用戶的燃?xì)庳?fù)荷或燃?xì)庠O(shè)備是否發(fā)生變化，都必須及時解決。

4.3 維護(hù)和抄表檢查

如果電池符號閃爍，則表明電池即將耗盡，需要及時更換電池。任何不正常的警報或警告符號都需要及時發(fā)現(xiàn)，以幫助處理和檢測用戶的非法燃?xì)馐褂们闆r。4.4 對于具有機(jī)械讀數(shù)和校正功能的進(jìn)口渦輪流量計，除了復(fù)制標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積值外，同時還必須將基本的儀表讀數(shù)與校準(zhǔn)器的運行狀況進(jìn)行比較。兩者應(yīng)處于正常狀態(tài)，應(yīng)沒有太大的區(qū)別[3]。

4.4 儀表運行檢查

為了確保渦輪流量計的長期正常運行，有必要加強(qiáng)機(jī)器的運行檢查并監(jiān)視葉輪的旋轉(zhuǎn)。如果聲音異常，必須及時拆除傳感器內(nèi)部的零件。如果渦輪軸承嚴(yán)重磨損或葉片損壞，則必須對其進(jìn)行修理，更換和再次檢查。

4.5 潤滑油養(yǎng)護(hù)

對于帶有潤滑油或清潔液注入口的傳感器，需要定期注入潤滑油或清洗液，以確保葉輪正常工作。長期不使用潤滑油連續(xù)運行不可避免地會導(dǎo)致致命的磨損，而增大的阻尼力會減慢運行速度，并且測量結(jié)果會產(chǎn)生負(fù)差，從而影響使用壽命。

總之，為了使渦輪流量計達(dá)到最佳狀態(tài)，必須采取步驟以通過優(yōu)化流量測量性能來確保測量精度。由于渦輪流量計種類繁多且接線方法不同，因此在驗證渦輪流量計時，根據(jù)特定條件，需要分析幾個問題，并應(yīng)采取個別措施以確保流量計校驗的有效性。