氣體渦輪流量計結(jié)構(gòu)簡單，采用渦輪原理進行測量，量程比可高達40∶1，精度在±0.5%以內(nèi)，慣性小。尺寸小的氣體渦輪流量計的時間常數(shù)可達0.01 s，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣行業(yè)中。

 

1、氣體渦輪流量計的工作原理

當(dāng)氣體進入流量計時，*先通過特殊結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)使流體加速。在流體的作用下，由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，此時渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，在克服阻力矩后開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)諸力矩達到平衡，轉(zhuǎn)速恒定，渦輪轉(zhuǎn)動角速度與流量成線性關(guān)系。利用電磁感應(yīng)原理，通過旋轉(zhuǎn)的渦輪驅(qū)動信號發(fā)生器頂端導(dǎo)磁體周期性地改變磁阻，使磁場也相應(yīng)發(fā)生變化，從而在線圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號。該信號經(jīng)前置放大器放大、整形后與壓力傳感器、溫度傳感器檢測到的壓力、溫度信號同時輸入到流量積算儀進行計算處理，直接顯示出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20 ℃，101.325 kPa）的瞬時體積流量和累計體積。

 

2、測量精度的影響因素及措施

 

2.1  流量計的選型

流量計的選型直接影響其測量精度。應(yīng)根據(jù)使用條件及測量介質(zhì)的特性選擇合適量程比、精度等級、公稱直徑、工作壓力的氣體渦輪流量計，實現(xiàn)流量的溫度、壓力補償和壓縮因子修正。不同精度等級的氣體渦輪流量計的測量相對誤差見表1，表1中qmin為流量計測量范圍內(nèi)的*小流量，qmax為流量計測量范圍內(nèi)的*大流量。精度等級為1.5、1.0級的氣體渦輪流量計參數(shù)分別見表2、3。

表1   不同精度等級的氣體渦輪流量計的測量相對誤差

表2   精度等級為1.5級的氣體渦輪流量計參數(shù)

表3   精度等級為1.0級的氣體渦輪流量計參數(shù)

 

2.2  流量計的安裝

流量計的安裝方式對其測量精度也有影響。流量計對安裝點的上下游直管段有一定的要求，否則會影響測量精度。

氣體渦輪流量計必須水平安裝在等徑直管道上，管道傾斜度必須控制在5°以內(nèi)，安裝時流量計軸線應(yīng)與管道軸線同心，流向要一致。氣體渦輪流量計的上游管道應(yīng)為長度不小于10D（D為管道內(nèi)直徑）的等徑直管段，下游管道應(yīng)為長度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點的上游有漸縮管，流量計上游管道應(yīng)為長度不小于15D的等徑直管段，下游管道應(yīng)為長度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點的上游有漸擴管，流量計上游管道應(yīng)為長度不小于18D的等徑直管段，下游管道應(yīng)為長度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點上游在同一水平面內(nèi)有90°彎頭，流量計上游應(yīng)有長度不小于20D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。

 

2.3  流量計的磨損

在氣體渦輪流量計中，渦輪高速轉(zhuǎn)動，葉片及軸承容易磨損，需要定期校驗，其潤滑十分重要。應(yīng)加強流量計的管理維護，及時給流量計補充潤滑油，減小流量計的磨損，提高測量精度。

 

2.4  天然氣的潔凈度

天然氣無潤滑性，若含有少量油污和固體顆粒物，容易造成軸承磨損及葉輪卡住，從而影響測量精度。應(yīng)提高天然氣的潔凈度，可通過過濾、脫硫、脫水，除去天然氣中的固體顆粒物、油污、水分及腐蝕性成分。

 

2.5  流體的脈動效應(yīng)

流量計參比條件下的精度是基于定常流，定常流是在測量管段中流量不**間而變化的一種流動狀態(tài)。實際上所有的管道內(nèi)流動都是不穩(wěn)定的，無論層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)，總存在各種干擾。天然氣計量過程中其壓力、速度等會不停地發(fā)生變化，從而產(chǎn)生脈動效應(yīng)。天然氣計量末端一般為用戶，脈動效應(yīng)多由旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式壓縮機、鼓風(fēng)機的運行產(chǎn)生。同時管道中流體的共振和流量控制設(shè)備的周期振蕩，例如控制閥的振蕩，也是脈動效應(yīng)的主要起因。導(dǎo)致渦輪流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動流的頻率（簡稱脈動頻率），脈動頻率越小，結(jié)果越接近真值；脈動頻率越大，結(jié)果誤差越大。脈動流出現(xiàn)時，流量計顯示的流速往往遠(yuǎn)大于真實流速，出現(xiàn)正誤差，相對誤差*大可達50%。

脈動流出現(xiàn)的原因主要有：①管路中存在阻流件，包括調(diào)壓裝置、過濾裝置、彎頭、閥門等。②下游用戶用氣量波動，且未設(shè)置儲氣調(diào)峰設(shè)施，造成天然氣流量忽大忽小，容易形成脈動流。③流體壓力過低、流速過快均會導(dǎo)致流體流態(tài)不穩(wěn)。④流量計表面不清潔，天然氣中含液體均會造成氣流脈動。⑤天然氣中含有雜質(zhì)，影響氣體流態(tài)，特別是過濾裝置、整流裝置被雜質(zhì)堵塞后，易形成脈動流。

為減小脈動效應(yīng)對計量精度的影響，應(yīng)減少甚至避免計量裝置前的任何阻流件，在條件許可的情況下，避免上游節(jié)流、調(diào)壓，需要在上游節(jié)流、調(diào)壓時，要延長上游直管段長度，并在離流量計盡可能遠(yuǎn)的地方進行節(jié)流、調(diào)壓。盡量避免低壓供氣，保證天然氣氣質(zhì)符合要求，不含粉塵、油污、水等雜質(zhì)，在氣質(zhì)沒有保證的情況下，設(shè)計時應(yīng)該相應(yīng)提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。配置合適的低通濾波器將脈動阻尼掉，可設(shè)置緩沖罐，使殘存的脈動不足以影響流量計量或只對流量計量造成很小的誤差。

 

3   治理實例

云南某CNG加氣站于2016年8月正式投運，使用精度等級為1.0級的QWLJ-100氣體渦輪流量計。氣體渦輪流量計安裝在同一水平面的等徑直管道上，其前端設(shè)置燃?xì)膺^濾器、調(diào)壓器，后端設(shè)置緩沖罐、止回閥、壓縮機。投運初期，氣體渦輪流量計測得的累計量遠(yuǎn)大于售氣累計量，天然氣輸差率高達8%。多方面進行原因查找，比如通過氣源取樣分析，發(fā)現(xiàn)氣源質(zhì)量穩(wěn)定；對流量計重新檢定，檢定結(jié)果顯示流量計準(zhǔn)確；進行工藝管道及設(shè)備泄漏排查，均未發(fā)現(xiàn)漏點。在壓縮機運行過程中聽到氣流一股一股哧哧變化的聲音，初步判斷為緩沖罐入口管道上的止回閥（H41X型）振動，從而引起管道一同振動，且振動劇烈。查閱相關(guān)資料后，判定在壓縮機運行時產(chǎn)生了脈動流，即產(chǎn)生了脈動效應(yīng)，導(dǎo)致測量精度降低。通過更換另一型號的止回閥（H44X型），發(fā)現(xiàn)氣體渦輪流量計計量的累計量與售氣累計量差距大幅縮小，輸差率由8%下降到了1.48%，效果明顯。

 

4   結(jié)語

影響氣體渦輪流量計測量精度的因素很多。做好流量計的選型、安裝、維護，提高天然氣的潔凈度，合理進行設(shè)備配置，避免脈動效應(yīng)的發(fā)生，可提高氣體渦輪流量計的測量精度。