氣體渦輪流量計結構簡單，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，慣性小。尺寸小的氣體渦輪流量計的時間常數可達0.01 s，廣泛應用于石油、天然氣行業中。

 

1、氣體渦輪流量計的工作原理

當氣體進入流量計時，首先通過特殊結構的前導使流體加速。在流體的作用下，由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，此時渦輪產生轉動力矩，在克服阻力矩后開始轉動。當諸力矩達到平衡，轉速恒定，渦輪轉動角速度與流量成線性關系。利用電磁感應原理，通過旋轉的渦輪驅動信號發生器頂端導磁體周期性地改變磁阻，使磁場也相應發生變化，從而在線圈兩端感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號。該信號經前置放大器放大、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，直接顯示出標準狀態（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。應根據使用條件及測量介質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的最小流量，qmax為流量計測量范圍內的最大流量。精度等級為1.5、1.0級的氣體渦輪流量計參數分別見表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

表3   精度等級為1.0級的氣體渦輪流量計參數

 

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，安裝時流量計軸線應與管道軸線同心，流向要一致。氣體渦輪流量計的上游管道應為長度不小于10D（D為管道內直徑）的等徑直管段，下游管道應為長度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點的上游有漸縮管，流量計上游管道應為長度不小于15D的等徑直管段，下游管道應為長度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點的上游有漸擴管，流量計上游管道應為長度不小于18D的等徑直管段，下游管道應為長度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點上游在同一水平面內有90°彎頭，流量計上游應有長度不小于20D的等徑直管段，下游應有不小于5D的等徑直管段。

 

2.3  流量計的磨損

在氣體渦輪流量計中，渦輪高速轉動，葉片及軸承容易磨損，需要定期校驗，其潤滑十分重要。應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

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隨時間而變化的一種流動狀態。實際上所有的管道內流動都是不穩定的，無論層流狀態還是湍流狀態，總存在各種干擾。天然氣計量過程中其壓力、速度等會不停地發生變化，從而產生脈動效應。天然氣計量末端一般為用戶，脈動效應多由旋轉式或往復式壓縮機、鼓風機的運行產生。同時管道中流體的共振和流量控制設備的周期振蕩，例如控制閥的振蕩，也是脈動效應的主要起因。導致渦輪流量計產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，結果越接近真值；脈動頻率越大，結果誤差越大。脈動流出現時，流量計顯示的流速往往遠大于真實流速，出現正誤差，相對誤差最大可達50%。

脈動流出現的原因主要有：①管路中存在阻流件，包括調壓裝置、過濾裝置、彎頭、閥門等。②下游用戶用氣量波動，且未設置儲氣調峰設施，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、流速過快均會導致流體流態不穩。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，影響氣體流態，特別是過濾裝置、整流裝置被雜質堵塞后，易形成脈動流。

為減小脈動效應對計量精度的影響，應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，避免上游節流、調壓，需要在上游節流、調壓時，要延長上游直管段長度，并在離流量計盡可能遠的地方進行節流、調壓。盡量避免低壓供氣，保證天然氣氣質符合要求，不含粉塵、油污、水等雜質，在氣質沒有保證的情況下，設計時應該相應提高技術標準。配置合適的低通濾波器將脈動阻尼掉，可設置緩沖罐，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，其前端設置燃氣過濾器、調壓器，后端設置緩沖罐、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，發現氣源質量穩定；對流量計重新檢定，檢定結果顯示流量計準確；進行工藝管道及設備泄漏排查，均未發現漏點。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。查閱相關資料后，判定在壓縮機運行時產生了脈動流，即產生了脈動效應，導致測量精度降低。通過更換另一型號的止回閥（H44X型），發現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，合理進行設備配置，避免脈動效應的發生，可提高氣體渦輪流量計的測量精度。