高壓渦輪流量計(jì),原理及流量計(jì)算機(jī)的工業(yè)性
摘要：目前國內(nèi)缺乏自主研發(fā)的高壓渦輪流量計(jì)，而西氣東輸、川氣東送等輸氣管道對用于貿(mào)易計(jì)量的渦輪流量計(jì)與流量計(jì)算機(jī)需求旺盛，為此，研發(fā)了用于輸氣管道的 TBQM 型高精度高壓渦輪流量計(jì)及 FC 型流量計(jì)算機(jī)。介紹了 TBQM 型高精度高壓渦輪流量計(jì)的工作原理及性能測試情況，包括耐久性試驗(yàn)、彎矩與扭矩試驗(yàn)、短時(shí)過載試驗(yàn)、擾動(dòng)試驗(yàn)、高低溫性能測試等。研發(fā)的 FC 型流量計(jì)算機(jī)可以連接 4 路流量計(jì)，且具有能量計(jì)量功能，可直接通過配置的 RS485 通信接口接收氣相色譜儀的組分分析結(jié)果。為了更好地驗(yàn)證 TBQM 型高精度高壓渦輪流量計(jì)與 FC 型流量計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確性和可靠性，分別在鎮(zhèn)江分輸站、滁州分輸站、青山分輸清管站進(jìn)行了超過半年的現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)和技術(shù)性能完全滿足工業(yè)貿(mào)易計(jì)量的要求。（圖 7，表 2，參 12）
Abstract: In China now, no high pressure turbine flowmeter is developed independently, and turbine flowmeter and flowrate computer used for trade measurement is highly demanded for long-distance, large-diameter and high pressure natural gas pipelines, such as West-to-East Gas Pipeline, and Sichuan-East Gas Pipeline. Accordingly, TBQM high precision and high pressure turbine flowmeter and FC flowrate computer are developed. This paper presents the working principle and performance test of the TBQM high precision and high pressure turbine flowmeter, including durability test, bending moment and torque test, short-time overload test, disturbance test, and high/low temperature performance test. The FC
flowrate computer can be connected to four flowmeters. It has the function of energy measurement and is equipped with the RS485 communication interface to receive component analysis results from gas chromatography. To further verify the accuracy and reliability of TBQM high precision and high pressure turbine flowmeter and FC flowrate computer, industrial
field tests have been carried out in Zhenjiang Offtake Station, Chuzhou Offtake Station, and Qingshan Offtake and Pigging Operation Station respectively for more than half a year. The results show that all the indexes and technical performance can meet the requirements of industry trade measurement. (7 Figures, 2 Tables, 12 References)
Key words: natural gas pipeline, high pressure, flowrate computer, industrial test
1、TBQM 型高壓氣體渦輪流量計(jì)：
| d= | （4） |
| ±1％，Qt≤Q＜Qmax |
圖 1 DN80-G100 流量計(jì)樣機(jī)耐久性測試數(shù)據(jù)
結(jié)果表明：該測試樣機(jī)滿足耐久性測試要求，指示誤差的變化量未超過***大允許誤差的 1/3；軸承經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行磨合更趨于穩(wěn)定，長期運(yùn)行后非線性段更趨于理想特性曲線。
1.2.2、彎扭矩測試：
對于高壓渦輪流量計(jì)，應(yīng)該詳細(xì)說明流量計(jì)所需的彎曲與扭力力矩的保護(hù)水平[2]。該數(shù)據(jù)可以通過試驗(yàn)直接獲得（圖 2，其中直管段 1 連接氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，圖 2a 中在直管段 2 預(yù)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(cè)面預(yù)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于流量計(jì)入口與出
圖 2 高壓渦輪流量計(jì)的彎矩與扭矩測試裝置示意圖
| K=（Ki）max＋（Ki）min |
| 2 |
圖 3 DN80 渦輪流量計(jì)常壓與高壓檢定數(shù)據(jù)
| π d 2 | Ce | 2 p | ||
| qv= | （7） | |||
| 4 | 1-b4 | r1 | ||
圖 4 流量計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)示意圖
3、現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)：
圖 5 滁州分輸站計(jì)量橇工藝流程圖
TBQM 型流量計(jì)同時(shí)輸出高頻脈沖和低頻脈沖，其中高頻信號(hào)用于計(jì)量，低頻信號(hào)用于比對。當(dāng)兩信號(hào)的誤差超出一定范圍時(shí)，流量計(jì)算機(jī)會(huì)提示。如渦輪流量計(jì)共有 12 個(gè)葉片，當(dāng)某一葉片損壞時(shí)高頻和低頻信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生 1/12 的誤差。
流量計(jì)算機(jī)可通過 RS485 信號(hào)直接與氣相色譜儀連接，讀取天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)，也可以通過站控機(jī)發(fā)送或手動(dòng)設(shè)置天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)。由于滁州站的氣相色譜儀停用，因此 FE3301 路和 FE3401 路流量計(jì)算機(jī)的天然氣組分均為每天手動(dòng)輸入。
開始現(xiàn)場安裝試驗(yàn)前，分別將 4 臺(tái)渦輪流量計(jì)和流量計(jì)算機(jī)送第三方檢定機(jī)構(gòu)檢定。其中，渦輪流量計(jì)送南京計(jì)量中心檢定（圖 6，編號(hào)為 131228042 的 DN80-G160 流量計(jì)的檢定結(jié)果）。流量計(jì)算機(jī)送至上海儀器儀表自控系統(tǒng)檢驗(yàn)測試所進(jìn)行校準(zhǔn)測試（表 1，編號(hào)為 131227004 的流量計(jì)算機(jī)校準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)），在壓力、溫度為數(shù)字量輸入的情況下，流量計(jì)算機(jī)的誤差來源為脈沖測量、壓縮因子計(jì)算以及標(biāo)況流量計(jì)算。
| 圖 6 | 試驗(yàn)前流量計(jì)的檢定結(jié)果 |
標(biāo)稱流量（/m3·h-1） 流量顯示值（/m3·h-1） 誤差％
| 31 762.00 | 31 | 759.7 | -0.01 |
| 63 524.00 | 63 | 519.4 | -0.01 |
| 105 873.34 | 105 | 865.7 | -0.01 |
試驗(yàn)期間，各站點(diǎn)每天會(huì)記錄兩臺(tái)作比對的流量計(jì)的標(biāo)況累積量，從而統(tǒng)計(jì)計(jì)量誤差。根據(jù)滁州站 FC 型流量計(jì)算機(jī)和 Elster 流量計(jì)算機(jī)（精度為 0.5，流量范圍為 13～250 m3/h）部分日累積量的比對數(shù)據(jù)（表 2），偏差量大部分為負(fù)偏差且***大值為 0.33％，說明 FC 型流量計(jì)算機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確且穩(wěn)定。
| 表 2 | 流量計(jì)算機(jī)日累積量比對數(shù)據(jù) | |||
| FC 型流量計(jì)算機(jī) | Elster 進(jìn)口流量 | 偏差量 | ||
| 日期 | 標(biāo)況累積量 | 計(jì)算機(jī)標(biāo)況累積量 | ||
| ％ | ||||
| /m3 | /m3 | |||
| 2014-7-15 | 44 102 | 44 215 | -0.26 | |
| 2014-7-16 | 44 085 | 44 167 | -0.19 | |
| 2014-7-17 | 44 017 | 44 111 | -0.21 | |
| 2014-7-18 | 44 075 | 44 131 | -0.13 | |
| 2014-7-19 | 44 376 | 44 464 | -0.20 | |
| 2014-7-20 | 44 475 | 44 452 | 0.05 | |
| 2014-7-21 | 44 475 | 44 597 | -0.27 | |
| 2014-7-22 | 44 201 | 44 347 | -0.33 | |
| 2014-7-23 | 44 279 | 44 371 | -0.21 | |
| 2014-7-24 | 44 321 | 44 336 | -0.03 | |
| 2014-7-25 | 44 509 | 44 577 | -0.15 | |
| 2014-7-26 | 44 547 | 44 637 | -0.20 | |
| 2014-7-27 | 44 385 | 44 473 | -0.20 | |
| 2014-7-28 | 44 587 | 44 648 | -0.14 | |
| 2014-7-29 | 44 494 | 44 519 | -0.06 | |
| 2014-7-30 | 44 262 | 44 315 | -0.12 | |
| 2014-7-31 | 44 472 | 44 563 | -0.20 | |
| 圖 7 | 不同站場試運(yùn)行前后流量計(jì)檢定結(jié)果對比 |
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4、結(jié)論：
通過超過半年的現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)，高壓渦輪氣體流量計(jì)和配套流量計(jì)算機(jī)精度符合設(shè)計(jì)要求，具有較高的可靠性，各項(xiàng)指標(biāo)和技術(shù)性能完全滿足工業(yè)貿(mào)易計(jì)量的要求，打破了國外高壓長輸管道領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，積累了一定試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為今后高壓長輸管道長期運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著我國工業(yè)計(jì)量事業(yè)和城市燃?xì)獾陌l(fā)展，以及能量計(jì)量的逐步實(shí)施，國產(chǎn)化流量計(jì)具有很強(qiáng)的市場競爭力和較大的市場潛力，也為天然氣的計(jì)量管理提供了技術(shù)保障。
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