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隨著西氣東輸、 川氣東送等長距離、 大口徑、 高壓力的輸氣管道的建成投產(chǎn)以及國家天然氣輸配網(wǎng)絡的逐漸形成， 管道運營商對天然氣貿(mào)易計量的科學性、 可靠性、 公正性提出了更高的要求。依賴電子技術、 互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的迅猛發(fā)展， 天然氣計量方式亦向自動化、 智能化、 遠程化方向發(fā)展， 目前天然氣渦輪天然氣流量計已經(jīng)實現(xiàn)了實時、 在線、 遠程控制， 并逐步向渦輪天然氣流量計、 變送器、 SCADA 系統(tǒng)、 色譜分析儀等組成的智能計量系統(tǒng)方向發(fā)展。
由于渦輪天然氣流量計靈敏度高、 重復性好、 量程比寬、結構緊湊， 因此廣泛應用于工業(yè)貿(mào)易計量。在設計標準方面， 歐洲 PrEN12261是目前氣體渦輪天然氣流量計zui全面、 針對性的標準規(guī)范， 在計量性能、 材料要求、輸出、 標記、 文件資料等方面對氣體渦輪天然氣流量計提出了具體要求； 其他設計標準還包括美國、標準化組織 ISO9951： 1993、法制計量組織OIML R137-1、 日本 JIS Z8765-1980等。國內(nèi)主要采用 GB/T18940 － 2003進行渦輪天然氣流量計的設計。
1 渦輪天然氣流量計的測量原理
渦輪天然氣流量計是一種速度式流量儀表， 測量本體是渦輪流量傳感器， 主要由葉輪和磁電感應線圈組成， 葉輪軸心與管道中心相同， 可以自由轉(zhuǎn)動， 其葉片與氣體流動方向成一定角度。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， 動能越大， 渦輪的轉(zhuǎn)速也越高。渦輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)磁電感應轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應頻率的電脈沖， 通過顯示儀表進行積算和顯示 （圖 1） 。
渦輪天然氣流量計通過不同的計算方法， 可分別顯示累計流量和瞬時流量。當渦輪葉片切割殼體內(nèi)*磁鋼產(chǎn)生的磁力線時， 將引起傳感線圈磁通的變化， 磁通周期變化信號經(jīng)前置放大器放大、 整形， 產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號， 脈沖信號經(jīng)流量積算電路換算后顯示累積流量值， 同時經(jīng)頻率電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流量， 進而顯示瞬時流量值 （圖 2） 。
2 渦輪天然氣流量計的應用
2.1 起始流量
渦輪葉片克服摩擦力做功， 當氣體流量較小時， 葉片未啟動旋轉(zhuǎn)， 導致渦輪天然氣流量計存在計量盲區(qū)。當壓力、 溫度， 密度等氣體參數(shù)發(fā)生改變時， 渦輪天然氣流量計的起始流量也會發(fā)生相應變化。被測天然氣的靜壓增大時， 所測流量范圍也相應增大， 同時天然氣的密度會引起不同的壓損。氣體渦輪天然氣流量計適合流量幅度較大的場合， 但當氣量過小時， 渦輪天然氣流量計不能克服摩擦力矩轉(zhuǎn)動。氣量大于一定值后， 流量與轉(zhuǎn)速呈線性關系； 受葉輪強度、 氣流壓損、 軸承壽命等條件的限制， 氣流量也不宜過大。大多數(shù)渦輪天然氣流量計在大氣壓下的測量范圍是 1:10～1:30， 準確度可達到 ±0.5%～±1.0% 。
2.2 安裝要求
渦輪天然氣流量計對管輸天然氣的流態(tài)非常敏感， 而流量計入口前端的阻流設備 （分離除塵、 管道彎頭、 旋風分離器和過濾器等） 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入口和出口端各加接一直管段， 其入口端長度不小于 10 倍管段內(nèi)徑， 出口端長度不小于 5 倍管段內(nèi)徑。若安裝空間不能滿足上述要求， 可在阻流設備與渦輪天然氣流量計之間安裝整流器。另外， 變送器電源線需采用金屬屏蔽線， 且接地良好可靠。
3 故障分析與維護處理
天然氣正常流動， 渦輪天然氣流量計不計數(shù)。故障分析：
電源線、 功能選擇開關和信號線有無斷路或接觸不良；顯示儀內(nèi)部印制電路板、 接觸件有無接觸不良； 線圈是否良好； 葉輪是否碰撞傳感器內(nèi)壁， 有無異物卡住， 軸和軸承有無雜物卡住或斷裂。維護處理： 用歐姆表排查故障點； 印制電路板故障檢查采用替換 “備用板" 法，換下故障板再作細致檢查； 檢查線圈有無斷線和焊點脫落； 去除異物， 清洗或更換損壞零件， 復原后氣吹或手拔動葉輪， 應無摩擦聲， 更換軸承等零件后應重新校驗， 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： 渦輪天然氣流量計前的過濾器是否堵塞； 流量傳感器管段上的閥門開度自動減少； 傳感器葉輪受雜物阻礙或軸承間隙進入異物， 阻力增加而減緩轉(zhuǎn)速。操作維護： 清洗過濾器； 調(diào)節(jié)流量計上游閥門， 判斷有*， 確認后再修理或更換； 卸下傳感器清除雜物， 必要時重新校驗。
天然氣不流動， 流量顯示不為零。故障分析： 傳輸信號線路屏蔽不良， 外界信號干擾； 管道外部振動， 葉輪隨之抖動， 產(chǎn)生誤信號； 截止閥關閉不嚴發(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： 檢查動力電纜與信號電纜是否分開鋪設， 顯示儀端子接地是否良好； 加固管道， 安裝防止振動的設備； 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。
4 應用案例
某輸氣站場采用渦輪天然氣流量計 （圖 3） 進行計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。該站場投產(chǎn)時正值冬季， 進站壓力為 7.8 MPa， 出站壓力為 4.0 MPa， 渦輪天然氣流量計安裝正確， 調(diào)壓裝置未安裝防冰堵的加熱設備。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。當開啟出站閥門時， 渦輪天然氣流量計正常運行約 30 min 后站控室流量計算機報警， 瞬時流量和累計流量快速下降并變?yōu)?， 門站渦輪天然氣流量計正常計數(shù)。
通過逐項排查， 發(fā)現(xiàn)流量計前面的過濾器和流量計后的調(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、 清洗過濾器及調(diào)低流量計入口壓力至 4.0 MPa 等措施， 改善了天然氣的節(jié)流效應， 使渦輪天然氣流量計能夠正常運行。 經(jīng)與下游門站渦輪天然氣流量計比對，輸差控制在有效范圍。
（1） 渦輪天然氣流量計投用前， 通過流量計算機的控制面板完成儀表系數(shù)的重新設定。
（2） 渦輪天然氣流量計投運時， 其前后壓差不能過大， 氣體流速不能過快， 應緩慢地手動開啟入口閥門， 待管道*充滿天然氣且壓力平衡后手動開啟出口閥門， 以防止發(fā)生冰堵和瞬間氣流沖擊而損壞渦輪。（3） 定期對渦輪天然氣流量計進行清洗、 檢查和復校， 定期注入潤滑油， 以維持葉輪良好運行； 關注流量計算機的流量顯示狀況， 評估流量情況，有異常時立即檢查。
（4） 保持管路暢通?？梢砸罁?jù)過濾器入口、 出口處的差壓變送器的差壓值來判斷過濾器是否被堵塞。天然氣流量計渦輪運轉(zhuǎn)失常時應清洗管路， 將流量計的渦輪拆除后用輕質(zhì)高標號汽油*清洗后重新安裝。
