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隨著西氣東輸、 川氣東送等長(zhǎng)距離、 大口徑、 高壓力的輸氣管道的建成投產(chǎn)以及國(guó)家天然氣輸配網(wǎng)絡(luò)的逐漸形成， 管道運(yùn)營(yíng)商對(duì)天然氣貿(mào)易計(jì)量的科學(xué)性、 可靠性、 公正性提出了更高的要求。依賴電子技術(shù)、 互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 天然氣計(jì)量方式亦向自動(dòng)化、 智能化、 遠(yuǎn)程化方向發(fā)展， 目前天然氣渦輪天然氣流量計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、 在線、 遠(yuǎn)程控制， 并逐步向渦輪天然氣流量計(jì)、 變送器、 SCADA 系統(tǒng)、 色譜分析儀等組成的智能計(jì)量系統(tǒng)方向發(fā)展。
由于渦輪天然氣流量計(jì)靈敏度高、 重復(fù)性好、 量程比寬、結(jié)構(gòu)緊湊， 因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)貿(mào)易計(jì)量。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面， 歐洲 PrEN12261是目前氣體渦輪天然氣流量計(jì)zui全面、 針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范， 在計(jì)量性能、 材料要求、輸出、 標(biāo)記、 文件資料等方面對(duì)氣體渦輪天然氣流量計(jì)提出了具體要求； 其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還包括美國(guó)、標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO9951： 1993、法制計(jì)量組織OIML R137-1、 日本 JIS Z8765-1980等。國(guó)內(nèi)主要采用 GB/T18940 － 2003進(jìn)行渦輪天然氣流量計(jì)的設(shè)計(jì)。
1 渦輪天然氣流量計(jì)的測(cè)量原理
渦輪天然氣流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表， 測(cè)量本體是渦輪流量傳感器， 主要由葉輪和磁電感應(yīng)線圈組成， 葉輪軸心與管道中心相同， 可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)， 其葉片與氣體流動(dòng)方向成一定角度。在流體沖擊下， 渦輪沿管道軸向旋轉(zhuǎn)， 其旋轉(zhuǎn)速率隨流量變化而不同， 流速越高， 動(dòng)能越大， 渦輪的轉(zhuǎn)速也越高。渦輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖， 通過(guò)顯示儀表進(jìn)行積算和顯示 （圖 1） 。

渦輪天然氣流量計(jì)通過(guò)不同的計(jì)算方法， 可分別顯示累計(jì)流量和瞬時(shí)流量。當(dāng)渦輪葉片切割殼體內(nèi)*磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)， 將引起傳感線圈磁通的變化， 磁通周期變化信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、 整形， 產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)， 脈沖信號(hào)經(jīng)流量積算電路換算后顯示累積流量值， 同時(shí)經(jīng)頻率電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流量， 進(jìn)而顯示瞬時(shí)流量值 （圖 2） 。

2 渦輪天然氣流量計(jì)的應(yīng)用
2.1 起始流量
渦輪葉片克服摩擦力做功， 當(dāng)氣體流量較小時(shí)， 葉片未啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)， 導(dǎo)致渦輪天然氣流量計(jì)存在計(jì)量盲區(qū)。當(dāng)壓力、 溫度， 密度等氣體參數(shù)發(fā)生改變時(shí)， 渦輪天然氣流量計(jì)的起始流量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。被測(cè)天然氣的靜壓增大時(shí)， 所測(cè)流量范圍也相應(yīng)增大， 同時(shí)天然氣的密度會(huì)引起不同的壓損。氣體渦輪天然氣流量計(jì)適合流量幅度較大的場(chǎng)合， 但當(dāng)氣量過(guò)小時(shí)， 渦輪天然氣流量計(jì)不能克服摩擦力矩轉(zhuǎn)動(dòng)。氣量大于一定值后， 流量與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系； 受葉輪強(qiáng)度、 氣流壓損、 軸承壽命等條件的限制， 氣流量也不宜過(guò)大。大多數(shù)渦輪天然氣流量計(jì)在大氣壓下的測(cè)量范圍是 1:10～1:30， 準(zhǔn)確度可達(dá)到 ±0.5%～±1.0% 。
2.2 安裝要求
渦輪天然氣流量計(jì)對(duì)管輸天然氣的流態(tài)非常敏感， 而流量計(jì)入口前端的阻流設(shè)備 （分離除塵、 管道彎頭、 旋風(fēng)分離器和過(guò)濾器等） 可能使流態(tài)改變而影響轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。為此， 一般推薦在渦輪天然氣流量計(jì)入口和出口端各加接一直管段， 其入口端長(zhǎng)度不小于 10 倍管段內(nèi)徑， 出口端長(zhǎng)度不小于 5 倍管段內(nèi)徑。若安裝空間不能滿足上述要求， 可在阻流設(shè)備與渦輪天然氣流量計(jì)之間安裝整流器。另外， 變送器電源線需采用金屬屏蔽線， 且接地良好可靠。
3 故障分析與維護(hù)處理
天然氣正常流動(dòng)， 渦輪天然氣流量計(jì)不計(jì)數(shù)。故障分析：
電源線、 功能選擇開(kāi)關(guān)和信號(hào)線有無(wú)斷路或接觸不良；顯示儀內(nèi)部印制電路板、 接觸件有無(wú)接觸不良； 線圈是否良好； 葉輪是否碰撞傳感器內(nèi)壁， 有無(wú)異物卡住， 軸和軸承有無(wú)雜物卡住或斷裂。維護(hù)處理： 用歐姆表排查故障點(diǎn)； 印制電路板故障檢查采用替換 “備用板" 法，換下故障板再作細(xì)致檢查； 檢查線圈有無(wú)斷線和焊點(diǎn)脫落； 去除異物， 清洗或更換損壞零件， 復(fù)原后氣吹或手拔動(dòng)葉輪， 應(yīng)無(wú)摩擦聲， 更換軸承等零件后應(yīng)重新校驗(yàn)， 求得新的儀表系數(shù)。
未作減量操作， 流量顯示逐漸下降。故障分析： 渦輪天然氣流量計(jì)前的過(guò)濾器是否堵塞； 流量傳感器管段上的閥門開(kāi)度自動(dòng)減少； 傳感器葉輪受雜物阻礙或軸承間隙進(jìn)入異物， 阻力增加而減緩轉(zhuǎn)速。操作維護(hù)： 清洗過(guò)濾器； 調(diào)節(jié)流量計(jì)上游閥門， 判斷有*， 確認(rèn)后再修理或更換； 卸下傳感器清除雜物， 必要時(shí)重新校驗(yàn)。
天然氣不流動(dòng)， 流量顯示不為零。故障分析： 傳輸信號(hào)線路屏蔽不良， 外界信號(hào)干擾； 管道外部振動(dòng)， 葉輪隨之抖動(dòng)， 產(chǎn)生誤信號(hào)； 截止閥關(guān)閉不嚴(yán)發(fā)生內(nèi)漏；顯示儀線路板之間或電子元件損壞產(chǎn)生干擾。操作維護(hù)： 檢查動(dòng)力電纜與信號(hào)電纜是否分開(kāi)鋪設(shè)， 顯示儀端子接地是否良好； 加固管道， 安裝防止振動(dòng)的設(shè)備； 檢修或更換截止閥； 檢查顯示儀電路， 判斷干擾源， 查出故障點(diǎn)。
4 應(yīng)用案例
某輸氣站場(chǎng)采用渦輪天然氣流量計(jì) （圖 3） 進(jìn)行計(jì)量后向城市門站供氣， 公稱通徑為 80 mm， zui大工作壓力為10.2 MPa， zui大流量為 8 000 m 3 /s。該站場(chǎng)投產(chǎn)時(shí)正值冬季， 進(jìn)站壓力為 7.8 MPa， 出站壓力為 4.0 MPa， 渦輪天然氣流量計(jì)安裝正確， 調(diào)壓裝置未安裝防冰堵的加熱設(shè)備。投產(chǎn)初期， 管道存有較多游離水， 環(huán)境溫度為－ 5 ℃，日輸氣量約為 2×10 4 m 3 ， 采用間歇性供氣。當(dāng)開(kāi)啟出站閥門時(shí)， 渦輪天然氣流量計(jì)正常運(yùn)行約 30 min 后站控室流量計(jì)算機(jī)報(bào)警， 瞬時(shí)流量和累計(jì)流量快速下降并變?yōu)?， 門站渦輪天然氣流量計(jì)正常計(jì)數(shù)。

通過(guò)逐項(xiàng)排查， 發(fā)現(xiàn)流量計(jì)前面的過(guò)濾器和流量計(jì)后的調(diào)壓裝置存在一定程度的冰堵 （圖 4） 。采取管道排污、 輔助加熱、 清洗過(guò)濾器及調(diào)低流量計(jì)入口壓力至 4.0 MPa 等措施， 改善了天然氣的節(jié)流效應(yīng)， 使渦輪天然氣流量計(jì)能夠正常運(yùn)行。 經(jīng)與下游門站渦輪天然氣流量計(jì)比對(duì)，輸差控制在有效范圍。

（1） 渦輪天然氣流量計(jì)投用前， 通過(guò)流量計(jì)算機(jī)的控制面板完成儀表系數(shù)的重新設(shè)定。
（2） 渦輪天然氣流量計(jì)投運(yùn)時(shí)， 其前后壓差不能過(guò)大， 氣體流速不能過(guò)快， 應(yīng)緩慢地手動(dòng)開(kāi)啟入口閥門， 待管道*充滿天然氣且壓力平衡后手動(dòng)開(kāi)啟出口閥門， 以防止發(fā)生冰堵和瞬間氣流沖擊而損壞渦輪。（3） 定期對(duì)渦輪天然氣流量計(jì)進(jìn)行清洗、 檢查和復(fù)校， 定期注入潤(rùn)滑油， 以維持葉輪良好運(yùn)行； 關(guān)注流量計(jì)算機(jī)的流量顯示狀況， 評(píng)估流量情況，有異常時(shí)立即檢查。
（4） 保持管路暢通。可以依據(jù)過(guò)濾器入口、 出口處的差壓變送器的差壓值來(lái)判斷過(guò)濾器是否被堵塞。天然氣流量計(jì)渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)失常時(shí)應(yīng)清洗管路， 將流量計(jì)的渦輪拆除后用輕質(zhì)高標(biāo)號(hào)汽油*清洗后重新安裝。