我國正式步入天然氣時代，其中在天然氣計量上，大量使用的是渦輪流量計，這是一種結構簡單、體積小、量程比寬、重復性好和準確度高的流量計，適合用在貿(mào)易計量和氣體流量量值傳遞中。但在實際運用中，卻易因工藝流程不正確等問題而出現(xiàn)測量誤差，這將會影響到天然氣供需雙方的利益。對此，本文筆者結合相關知識，舉例淺析天然氣計量誤差及其改進措施。

0.引言

目前，我國天然氣流量計量主要使用的是渦輪流量計，其采用的是動量矩守恒定律，即 ：渦輪在天然氣進入流量計時轉(zhuǎn)動，其中天然氣的流量與渦輪的轉(zhuǎn)速按比例變動，則可根據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)速來計算天然氣的流量，并顯示在儀表上。

渦輪流量計主要由渦輪、整流器、發(fā)生器、計數(shù)器、磁耦合、壓力管嘴、溫度管嘴、輔助葉輪、高頻脈沖及高低頻脈沖發(fā)生器等組成。與其他流量計相比，渦輪流量計具有體積小、結構簡單、量程比寬、脈沖量輸出、安裝維修方便、重復性好及準確度高等優(yōu)點。因此，在正常條件下，渦輪流量計的測量精度均可滿足標準要求，但在實際應用中，卻多因工藝流程設計和操作問題而出現(xiàn)測量誤差。對此，本文以 DN80 氣體渦輪流量計為例，淺析其在天然氣計量中產(chǎn)生誤差的原因，并在綜合分析的基礎上提出改進措施。

1 .天然氣計量誤差的成因

圖 1 所示為 DN80 氣體渦輪流量計的現(xiàn)場工藝流程圖。

根據(jù)氣量統(tǒng)計表得出，下游氣量在 2015 年 2、3 月的輸差為 -5%，這明顯高于計量管理規(guī)定的±3%，因此可判定這一渦輪流量計存在問題。通過拆卸發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計的零部件均無粉碎或破損現(xiàn)象，但通過標定卻發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計存在較大的誤差，究其成因如下 ：

1.1工藝流程的操作不當

根據(jù)圖 2，渦輪流量計的前后均設有閥門及其作用是通過開關操作來切換生產(chǎn)工藝流程，且在工藝上，這 2 個閥門應選設球閥，其中閥門 1、2 處應分別裝設手動球閥和電動球閥。因此，操作人員在流程操作時，如若無法有效控制閥門 1、2 的開閥速度，渦輪流量計將會產(chǎn)生瞬時高流，并打碎流量計的內(nèi)部葉輪或引起其他零部件受損，從而導致渦輪流量計在工作時產(chǎn)生測量誤差。

1.2  下游用氣量失穩(wěn)

研究發(fā)現(xiàn)，如正向下游正常供氣，且下游用氣量較小及距離下游門站較近時，一旦下游用氣量瞬間劇增，會增大渦輪流量計到下游門站這一管段的壓差。此時，利用流體力學原理便可知，天然氣會大量補充下游，這無疑會在瞬間增快渦輪流量計的轉(zhuǎn)速，且這一轉(zhuǎn)速遠超其額定工作轉(zhuǎn)速，從而造成渦輪流量計的零部件受損，并***終影響其測量精度。

1.3 氣質(zhì)因素的影響

在天然氣計量中，氣質(zhì)因素對渦輪流量計測量精度的影響尤其明顯，其中包括天然氣中的雜質(zhì)等。在案例項目中，計量分輸站屬于過路分輸計量中間站，即其既需向下游用戶供氣，還需在夏季正輸時，注氣入儲氣庫，同時在冬季反輸時從儲氣庫采氣，但冬季采氣的氣質(zhì)較差，即在天然氣中夾有雜質(zhì)。對此，雖在渦輪流量計前裝有分離器，但仍無法徹底凈化天然氣，這時其中的雜質(zhì)顆粒便會反復撞擊葉輪、軸承等零部件，從而造成零部件位移偏移或本體損壞，并***終影響到渦輪流量計的測量精度。

2.天然氣計量誤差的改進

結合上述研究，在天然氣計量中，渦輪流量計測量誤差的成因具有多樣性，其中以工藝流程設計和操作不當為主要原因。據(jù)此，本案提出如下改進建議 ：

2.1 更換渦輪流量計中損壞的零部件

在渦輪流量計中，損壞的零部件包括齒輪和磁耦合，因此需先將其更換，再重新檢定。

2.2 調(diào)整工藝流程操作

鑒于工藝流程的正確操作對渦輪流量計測量精度的影響尤其明顯，則建議調(diào)整工藝流程的操作，具體如下 ：首先，確定閥門 2 的關閉狀態(tài) ；其次，手動開啟閥門 1，并保證開啟的速度緩慢且耗時約為5min，特別是在初啟時，更應將閥門的開啟速度放緩，以免因開閥速度過快而在管線中形成超速渦流，這將會對渦輪系統(tǒng)造成沖擊，注意整流器在調(diào)整急速氣體流態(tài)時的時長不得過短，以免極不規(guī)則氣流對葉輪造成沖擊損壞及引起軸承改變，從而保持渦輪系統(tǒng)的動平衡狀態(tài) ；第三，天然氣從渦輪流量計中通過的速度應≤ 25m/s 及其***大過負荷應≤ 30s、***大流量應≤ 1.2qmax（q 為流量，m3?h-1），在這一條件下，進行閥門 1、2 間管段沖壓，注意沖壓的速度應足夠緩慢 ；第四，手動開啟閥門 2，注意放緩閥門 2 的開啟速度，并按下游沖壓管線長 1km 內(nèi)耗時 4min 來計算開啟時長，對于管線長＞ 1km 的情況，應在 4-8min 內(nèi)進行調(diào)整，其中在初啟時的速度尤其要緩慢，以免因瞬時流速過高而損壞渦輪中的葉輪。

2.3 穩(wěn)定下游用氣量

渦輪損壞的重要原因之一便是下游的非正常用氣，其中與下游場站的近距離排布更為加重這一影響。因此，應設法穩(wěn)定下游的用氣量，具體可通過與下游用戶簽署協(xié)議來穩(wěn)定供氣和用氣，其中應明確規(guī)定下游用戶的操作，即 ：如若下游場站需緊急關斷，應按我方的操作規(guī)程進行啟輸操作，以免管道中天然氣的流速劇增 ；如若下游用戶的用氣量較大，應按我方的操作流程進行啟輸操作，如此便可從根本上防止下游用氣量不穩(wěn)而對渦輪流量計的正常工作造成不利影響，從而保證其測量精度。

2.4優(yōu)化過濾工藝

鑒于天然氣中雜質(zhì)對渦輪流量計的影響較大，則建議在流量計前增設過濾器，并提高其濾芯的技術指標，以保證其對天然氣的凈化效果更佳及防止雜質(zhì)顆粒對軸承、葉輪等零部件造成破壞。

3.結語

綜上，渦輪流量計是一種適合用在貿(mào)易計量和氣體流量量值傳遞中的流量測量儀表，其在天然氣計量中的應用極具價值。但研究發(fā)現(xiàn)，其計量精度將會受制于工藝流程的設計與操作。在本案，筆者結合實際案例，提出了 4 點改進建議 ：一是更換損壞的零部件，并對其進行重新檢定 ；二是調(diào)整工藝流程的操作 ；三是穩(wěn)定下游用氣量 ；四是優(yōu)化過濾工藝。通過觀察發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計的運作正常，但針對其中取消了的旁通流程設計，存在一定的不合理性，具體應在不取消的條件下，新增渦輪流量計自診斷功能，以便隨時判斷其工作狀態(tài)。此外，在日常管維中，應保證渦輪流量計的注油頻度為 1 次 / 月，注意注油的次數(shù)應視氣質(zhì)條件而定，即氣質(zhì)條件越差，注油次數(shù)更多，如此方才能充分潤滑渦輪流量計的軸承及維持其渦輪系統(tǒng)的***佳動平衡狀態(tài)。