在燃?xì)鉁u輪流量計(jì)在線監(jiān)測(cè)以及故障診斷方面，無論是在國內(nèi)還是國外都有著不同程度的研究和應(yīng)用，渦輪流量計(jì)首先是在國外得到應(yīng)用的，因此從在線監(jiān)測(cè)以及故障診斷上來說國內(nèi)的起步晚，所以說對(duì)于國內(nèi)的情況來說就需要做出更多的努力。 

1、在線監(jiān)測(cè)的目的意義：
  在國際上是否對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并沒有明確規(guī)定或者標(biāo)準(zhǔn)，***終是否進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)一般要根據(jù)貿(mào)易雙方的相關(guān)商務(wù)或技術(shù)協(xié)議要求確定。在線監(jiān)測(cè)流量計(jì)裝置可以對(duì)計(jì)量流量計(jì)進(jìn)行連續(xù)或非連續(xù)的監(jiān)測(cè)，這樣可以減少測(cè)試設(shè)備、環(huán)境、人員、方法等各種因素引起的誤差。中國石油燃?xì)饧瘓F(tuán)公司企標(biāo) Q/SY1447.2011《輸氣管道計(jì)量導(dǎo)則》中有規(guī)定“現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)公稱直徑大于等于 250mm 時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)宜設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)比對(duì)流程” [20]。比對(duì)計(jì)量就是在貿(mào)易計(jì)量下游安裝一個(gè)計(jì)量流量計(jì)，通過設(shè)置兩個(gè)計(jì)量流量計(jì)的方式進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，在貿(mào)易計(jì)量中，尤其是大流量的情況下，貿(mào)易雙方對(duì)于計(jì)量的準(zhǔn)確與否都很關(guān)心，如果只用一臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行貿(mào)易計(jì)量容易引起爭(zhēng)議，因此比對(duì)計(jì)量就是必須的了。 

2、在線監(jiān)測(cè)分類：
  計(jì)量設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)下的流量計(jì)是否正常，在線監(jiān)測(cè)按照其監(jiān)測(cè)是否間斷分為：性監(jiān)測(cè)和暫時(shí)性監(jiān)測(cè)兩種。 
2.1、性監(jiān)測(cè)：

圖 4-1 串連流量計(jì)監(jiān)測(cè)示意圖 
  在國內(nèi)***大的貿(mào)易計(jì)量就是在長輸管線末站與城市燃?xì)夤?yīng)方之間，上游單位與下游企業(yè)的貿(mào)易計(jì)量采取上游末站為貿(mào)易計(jì)量結(jié)算，下游接收門站比對(duì)計(jì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，這就屬于在貿(mào)易計(jì)量的下游串聯(lián)流量計(jì)的方法。在燃?xì)夤?yīng)方與大用戶之間的貿(mào)易計(jì)算時(shí)候也多采取類似的辦法，即：用戶的爐前流量計(jì)和燃?xì)夤?yīng)方選購的貿(mào)易流量計(jì)相互比對(duì)監(jiān)測(cè)。 
  性監(jiān)測(cè)第二個(gè)方法是流量計(jì)自身監(jiān)測(cè)，例如超聲波流量計(jì)的自身監(jiān)測(cè)是采用聲速核查功能，聲速核查是把計(jì)算出來的聲速與測(cè)量的聲速進(jìn)行比對(duì)，如果超出設(shè)定范圍則需要對(duì)超聲波流量計(jì)做進(jìn)一步的診斷。這種聲速核查功能可以判斷計(jì)量設(shè)備是否正常工作，能夠計(jì)量精度，對(duì)于超聲波流量計(jì)的連續(xù)正常計(jì)量，聲速核查起著及其重要的作用，現(xiàn)在聲速核查功能在國內(nèi)大口徑超聲波流量計(jì)上的得到了普遍的應(yīng)用。 

圖 4-2 渦輪流量計(jì)雙高頻圖 
  圖 4-2 中的渦輪流量計(jì)就是采取了雙高頻比對(duì)計(jì)量，圖中兩個(gè)紅色圓圈內(nèi)的為兩個(gè)高頻頭，左側(cè)連接了數(shù)據(jù)線的為工作高頻頭，右側(cè)圓圈內(nèi)尚未連接數(shù)據(jù)線的高頻頭為參比用的高頻頭。當(dāng)采用雙高頻頭比對(duì)時(shí)，計(jì)量時(shí)兩個(gè)高頻頭可以同時(shí)向流量計(jì)算設(shè)備當(dāng)中輸入脈沖信號(hào)，流量計(jì)算設(shè)備接收到兩組信號(hào)后分別進(jìn)行計(jì)算，以工作高頻頭數(shù)據(jù)為貿(mào)易結(jié)算量，參比高頻頭數(shù)據(jù)作為比對(duì)，一旦兩組數(shù)據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常則產(chǎn)生報(bào)警。 
  通過對(duì)串連流量計(jì)監(jiān)測(cè)和流量計(jì)自身監(jiān)測(cè)兩種辦法的比較，兩者都能實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩者的特點(diǎn)如下：
  串聯(lián)流量計(jì)監(jiān)測(cè)由于是兩臺(tái)流量計(jì)同時(shí)工作，兩臺(tái)流量計(jì)同時(shí)工作即便是有一個(gè)發(fā)生故障仍然能夠正常計(jì)量，除去能夠在線監(jiān)測(cè)外還可以實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。因?yàn)閮膳_(tái)流量計(jì)串聯(lián)工作，因此就需要更長的管線長度占據(jù)更多的土地，除此外這種監(jiān)測(cè)方式缺點(diǎn)是成本高（包括購置成本、維護(hù)成本、標(biāo)定成本等都有所增加）。流量計(jì)自身檢測(cè)雖然能夠降低各種成本、縮減占用空間，但是一旦渦輪流量計(jì)本身出現(xiàn)故障就會(huì)引起監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)，甚至是數(shù)據(jù)丟失等影響計(jì)量的故障發(fā)生。 
  經(jīng)過比對(duì)發(fā)現(xiàn)如果現(xiàn)場(chǎng)條件允許、資金充足并且燃?xì)庥脷饬亢艽蟮那闆r下采取串聯(lián)流量計(jì)監(jiān)測(cè)的方法，相反則可以選擇流量計(jì)自身監(jiān)測(cè)的方法。 

2.2、暫時(shí)性監(jiān)測(cè)：

  除了上述兩種方法外，國外廠商設(shè)計(jì)的在線診斷軟件不需要額外的空間，只需要專業(yè)的工程師攜帶相應(yīng)的設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)去檢測(cè)即可完成渦輪流量計(jì)的在線監(jiān)測(cè)，但是由于需要專門的設(shè)備和專業(yè)人員才可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的操作，因此該方法并不能實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)；另外這個(gè)軟件和工程師的每天診斷費(fèi)用就高達(dá)數(shù)萬元，無論是用戶還是燃?xì)夤?yīng)方都是無法承受的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 

圖 4-3  計(jì)量管線 2 開 1 備設(shè)計(jì)圖 

3、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)：

3.1、渦輪流量計(jì)局部壓力損失的產(chǎn)生分析：
  圖 4-4 是燃?xì)饬鹘?jīng)渦輪流量計(jì)的示意圖，燃?xì)鈴淖笙蛴伊鲃?dòng)，進(jìn)出口處分別對(duì)斷面1 和斷面 2 進(jìn)行分析。 

圖 4-4 燃?xì)饬鹘?jīng)渦輪流量計(jì)的示意圖 
a)  在重力場(chǎng)中流動(dòng)的燃?xì)饪偭髁磕芰糠匠蹋?Z +   +       = Z +   +       + h      [23]                    （4-1）   、  為兩個(gè)斷面的壓強(qiáng) Z 、Z 位兩個(gè)斷面的相對(duì)于基準(zhǔn)面的高程   、  為斷面的平均流速 為流體的容重 為斷面的動(dòng)能修正系數(shù) h    為兩個(gè)斷面之間的平均單位水頭損失 b)  渦輪流量計(jì)要求水平安裝，因此渦輪流量計(jì)前后沒有高度差Z = Z ，則有：      =   −   +       −                                     （4-2） 
  c)  渦輪流量計(jì)的過流面積為 A，流量為 qv 時(shí)，氣體速度  =   ，對(duì)于斷面 1 和斷面 2面積相同，因此  =  。則有：      =                                                （4-3） 由此公式（4-3）我們可以看出，水頭損失值等于進(jìn)出口的壓力損失值除以燃?xì)馊葜?，即：流體在管道中流過渦輪流量計(jì)后，產(chǎn)生壓力損失體現(xiàn)在水頭損失上。 

3.2、渦輪流量計(jì)壓力損失與流量的關(guān)系：
  局部壓力損失公式： Pm=  −  =ξ                                      （4-4） Pm 為局部壓力損失(k Pa)； ξ 為局部阻力系數(shù)（主要是用實(shí)驗(yàn)或半實(shí)驗(yàn)的方法獲得）； ρ 為燃?xì)饷芏龋╣/m³）； V 為燃?xì)馑俣龋╩/s）。[23] 從局部壓力損失的計(jì)算公式（4-4）可以得出結(jié)論：局部壓力損失與速度（流量）的二次方成正比，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中重點(diǎn)就是如何確定其局部阻力數(shù) ξ，氣質(zhì)不變，局部阻力數(shù) ξ 在某一速度下的數(shù)值又可以通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定。 

3.3、壓力損失法在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析：

  圖 4-5 是選自《氣體渦輪流量計(jì)流道壓力損失的數(shù)值模擬》一文，該實(shí)驗(yàn)選擇了13m³/h、25m³/h、62.5m³/h、100m³/h、175m³/h、250m³/h 這 6 個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行同工況環(huán)境數(shù)值模擬測(cè)試。[18]  

圖 4-5 壓力損失與流量函數(shù)圖 
  由上圖我們可以看出燃?xì)鉁u輪流量計(jì)壓力損失和流量存在線性關(guān)系，壓力損失隨著流量的增加而增加，二者之間關(guān)系擬合曲線為二次多項(xiàng)式，表達(dá)式為： P =0.022 5   + 0.108 1  − 0.094 9                  （4-6） 根據(jù)上述結(jié)論，在正常情況下做出壓力損失與流量函數(shù)圖（f( )的函數(shù)圖），得出相應(yīng)的一元二次方程組。將燃?xì)鉁u輪流量計(jì)實(shí)際運(yùn)行情況下記錄的的示數(shù)q  帶入到公式（4-6）中，那么計(jì)算出的壓力損失為P  ，將P  數(shù)值與壓力損失計(jì)所記錄的真實(shí)數(shù)值P 進(jìn)行比對(duì)，在壓力損失計(jì)正常計(jì)量的情況下，如果超出誤差允許的范圍（誤差范圍由渦輪流量計(jì)的誤差、壓差計(jì)的誤差和公式引起的誤差三個(gè)方面共同決定），那么就可以判斷出，該燃?xì)鉁u輪流量計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)量部件存在故障。計(jì)量工程師就需要去現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行故障排除。 應(yīng)用舉例：有些用戶是間斷用氣的，當(dāng)不用氣的時(shí)候，渦輪流量計(jì)的示數(shù)為零，那么該流量計(jì)前后沒有壓力損失，壓力損失計(jì)的示數(shù)為零，這是正常的現(xiàn)象。但是，當(dāng)壓力損失計(jì)持續(xù)顯示，并且示數(shù)較大而流量計(jì)顯示流量為零的時(shí)候，我們就能夠判斷出該流量計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)量部件出現(xiàn)了故障，存在過氣不計(jì)量的情況。 

4、在線監(jiān)測(cè)結(jié)果分析：
  經(jīng)過比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，性監(jiān)測(cè)的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，還可以提高計(jì)量數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性。暫時(shí)性監(jiān)測(cè)不能完全實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，在未監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)的計(jì)量數(shù)據(jù)是否正常就難以確認(rèn)。 燃?xì)鉁u輪流量計(jì)的在線監(jiān)測(cè)手段需要對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，才能夠時(shí)間發(fā)現(xiàn)渦輪流量計(jì)的故障，及時(shí)采取相應(yīng)的措施減少故障帶來的損失。這樣就可以有效的監(jiān)測(cè)渦輪流量計(jì)的工作狀態(tài)，保障貿(mào)易計(jì)量的準(zhǔn)確性。 在線監(jiān)測(cè)必須具有如下功能： 

（2）及時(shí)發(fā)現(xiàn)：
  由于是不間斷的監(jiān)測(cè)，就可以使我們?nèi)細(xì)夤?yīng)方在時(shí)間內(nèi)就發(fā)現(xiàn)渦輪流量計(jì)的故障，尤其是貿(mào)易計(jì)量的渦輪流量計(jì)，在***短的時(shí)間內(nèi)得到故障信息，這樣就可以避免在發(fā)現(xiàn)故障不及時(shí)所帶來的損失。 不間斷的監(jiān)測(cè)還應(yīng)該針對(duì)長期勞損損壞故障，做好故障診斷工作，在渦輪流量計(jì)的長期勞損部件并未達(dá)到影響計(jì)量精度之前，提前發(fā)現(xiàn)并由廠家做好維護(hù)更新工作，將一部分故障消除在未發(fā)生之前。 
（3）延長檢定周期：
  根據(jù)《中華人民共和國計(jì)量法》的規(guī)定，燃?xì)獾臏u輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì)，作為貿(mào)易計(jì)量器具使用時(shí)，強(qiáng)制兩年進(jìn)行一次檢定。檢定工作給各地的燃?xì)饧瘓F(tuán)帶來了很大的困難，部分新投入使用的渦輪流量計(jì)幾年之內(nèi)是沒有任何問題，但是卻要頻繁的拆裝進(jìn)行檢定，在拆裝和運(yùn)輸?shù)倪^程中也有可能會(huì)引起流量計(jì)的損壞。 

  安裝渦輪流量計(jì)的在線監(jiān)測(cè)裝置，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題就可以即時(shí)維修并送去具有檢定資格的檢定公司進(jìn)行檢定，對(duì)于新投入使用的渦輪流量機(jī)來說可以適當(dāng)?shù)难娱L其檢定周期，節(jié)省不必要的開支和風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于投入運(yùn)行時(shí)間在 5 到 10 年的渦輪流量計(jì)來說，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問題就送檢。通過在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的投入使用，就可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整渦輪流量計(jì)的檢定周期，合理的安排資源。