前言

       天然气作为一种清洁能源在我国的能源战略中占据着重要的地位，随着国家西气东输管道的建成和城市燃气管网的不断完善，科学准确的天然气贸易结算重要性凸显。因为在准确度、重复性、零点漂移、量程比等方面具备显著的优势，涡轮流量计成为一种被广泛使用的速度式流量计。其轴承制作精良、导流片经过特殊设计，能降低磨损，在极端条件下保证测量的可靠性;其输出信号为脉冲，易于数字化;涡轮流量计的仪表系数和线性度都受压力变化影响较小，如与带特殊功能的二次仪表配套，还可以进行定量控制，超量报警等，因此在石油、液化气、天然气领域取得了广泛的应用，本文主要从特点、原理、类型、应用以及不足等 5 个方面介绍气体涡轮流量计在天然气计量中的应用。 

 

1 气体涡轮流量计的特点

       气体涡轮式流量计安装简单、方便，具备在线和巡检式计量已广泛应用于天然气计量中。

 

 1. 1 智能测量与补偿

       气体涡轮流量可直接测量气体的标准体积或饱和蒸汽的质量流量并且获得介质温度与压力的测量数据，对流量进行自动补偿和压缩因子自动修正。 

 

1. 2 制造工艺先进

       气体涡轮流量计采用先进的微机技术与高性能的集成芯片，利用先进的微功耗高新技术，整机功耗低，既可凭内电池长期供电运行，又可由外电源供电运行，采用 LCD 显示屏方便读数，输出脉冲信号，也可输出(4 ～ 20)mA 的标准模拟信号。

 

 1. 3 自动化程度高

       具备通讯接口能够与上位机进行通讯，一台上位机可与多台流量计进行通讯，便于集中管理。

 

 2 气体涡轮流量计工作原理

       气体涡轮流量计的基本原理是:当沿轴线流动的流体进入流量传感器时，叶片迫使流体旋转，然后在旋涡蔓生体的中心产生涡流。涡流在文丘里管中流动，到达收缩段后突然节流，从而加速。当涡旋进入扩散区时，回流迫使其进行二次旋转。此时，涡流的旋转频率与介质的速度成线性正比。压电传感器检测到的弱电荷信号被前置放大器放大，滤波和整形，然后转换为脉冲信号，其频率与流速成正比。非常后，信号被发送到积分器进行计数和处理。

 

       流量积算仪由温度和压力计量模拟通道以及微处理单元组成，流量计中的微处理器可根据温度测量值对应得到介质密度和压力，完成介质的体积流量和质量流量的计算;还可按照气态方程进行温压补偿，并自动进行压缩因子修正。

 

       对于机械计数器式涡轮流量计，计数器通过驱动机构旋转并计数。对于使用电子流量积分器的流量计，代表涡轮转速的脉冲信号通过旋转的发讯盘或信号传感器和放大电路输出，脉冲信号的频率与流体的体积流量成正比。 

 

3 气体涡轮流量计类型

3. 1 基本型涡轮流量计

       传感器本身不具备现场显示功能，仅将流量信号远传输出。流量信号可分为脉冲信号或电流信号。价格低廉、集成度高、体积小巧，特别适用于与二次显示仪、PLC、DCS 等计算机控制系统配合使用。

 

 3. 2 智能涡轮流量计

       智能涡轮流量计结合了涡轮流量传感器和先进的超低功耗单片微机技术开发的显示集成仪表，具有结构紧凑、可靠性高、抗外部电源干扰、防雷击、成本低等优点。可现场进行仪表系数三点修正，智能补偿仪表系数非线性，同时显示瞬时流量、累积流量以及温度、压力等计量参数，具备数据实时存储功能和防爆功能，特别适用于与 PLC、DCS 等计算机控制系统配合使用。

 

 4 气体涡轮流量计的使用

       气体涡轮流量计具有灵敏度高、重复性好、量程比大、精度高特点，因此广泛用于天然气流量测量中。

 

       当流量变化很大时，气体涡轮流量计比差压流量计更合适。气体涡轮流量计的量程比宽，中大口径可以达到 40∶ 1 到 10∶ 1，小口径为 6∶ 1 或 5∶ 1。随着天然气计量技术的发展以及对天然气贸易和交接计量要求的提高，气体涡轮流量计既可以满足贸易计量的要求，又可以满足较宽的测量范围。另外，它的设备成本比孔板流量计和气体超声流量计低。因 此，气体涡轮流量计被越来越广泛地使用，尤其中国天然气市场用量增幅明显，但是普遍存在下游市场前期用量较低，天然气管道往往在初期采取低压运行，在运行一段时间后逐步提高压力，增大供应量，涡轮流量计以其较宽的量程比能降低测量管直径，从而较少投资。

 

       气体涡轮流量计准确度高，普通流量计的准确度为( ±1 ～ ±1. 5)%，特殊专用型为( ± 0. 5 ～ ± 0. 2)%，但其准确度越高，对现场条件的要求越苛刻。涡轮流量计具有良好的重复性，短期重复性可达(0. 05 ～ 0. 2)%。如果定期校准，则可以获得很高的准确度。

 

       气体涡轮流量计结构紧凑轻巧、安装维护方便、流通能力大，适用高压测量。仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表，可以满足管道的升压要求。正因为具备以上优点，因此在天然气贸易结算中是优先选用的流量计之一。 

 

5 气体涡轮流量计的缺陷

       由于气体涡轮流量计难以长期保持稳定的计量特性，需要定期检定或者校准。对于贸易储运和高准确度测量的要求，需要经常对流量计进行在线实流检定以保持其特性，同时气体密度对仪表准确度有较大影响，由于密度与温度和压力密切相关，现场温度和压力的波动是不可避免的，应根据其对流量计计量特性的影响程度采取补偿措施，以保持高精度。因此保持涡轮流量计准确度的同时，需要对现场温度、压力进行定期校准和补偿，从而确保天然气管道贸易计量的准确性。

 

       流量计受速度分布和旋转流的畸变影响很大。传感器的上下两侧需要设置长直管段。如果安装空间有限，可以安装整流器以缩短直管段的长度，这不适合测量脉动流和混溶流。被测气体的清洁度要求很高。如果气体变脏，可以安装过滤器，但同时也会带来压力损失增大、维护增加。

 

 6 小结

       气体涡轮流量计是一种速度流量计，具有精度高、重复性好、无零漂移、量程比大等优点。采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量计，特别适合与计算机控制系统(例如 PLC 和 DCS)来配套使用改善天然气自动化流量计量水平，其量程比宽非常适合流量变化幅度较大的场合，可降低测量管直径，从而较少投资;短期重复性可达(0. 05 ～ 0. 2)% ，如经常校准或在线校准可得极高的准确度;安装维护方便，流通能力大适用高压测量，在天然气管道贸易结算中是优先选用的流量计;然而气体密度对流量计准确度有较大影响，需要定期校准。