探讨气体涡轮流量计精度影响因素及检定方法
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【摘要】计量与国民经济有着密切的关系，加强计量是企业降低成本最容易实现的一种手段。尤其在当今能源危机，工业生产自动化越来越高，作为能源消耗大国，国家大力倡导“节能减排”，因此，流量计有了越来越重要的地位。近年来，随着天然气的大量应用，气体涡轮流量计得到了飞速发展，本文将从涡轮流量计的特性、检定方法及影响流量计精度因素等方面进行论述。
【关键词】涡轮流量计 计量检定 不确定度
1 气体涡轮流量计原理
涡轮流量计是速度式流量计的一种，由涡轮、导流器、前置放大器、感应线圈和壳体等部件组成。如图1所示。当气体进入安装在管道上的气体流量计时，流量计的叶轮受力旋转，在一定的流量范围内，涡轮的旋转角速度与气体流速成正比。由此，可通过涡轮的旋转角速度得到气体流速，从而可以计算得到通过管道的气体流量。涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。根据电磁感应原理，涡轮叶片切割壳体内永久磁钢引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。
近年来，由于其具有精度高、结构简单、运动部件少、耐压高、温度范围宽、维修方便、重量轻、体积小、压力损失小、量程比大、安装维护方便、前后直管段要求较低等优点，被广泛应用于天然气贸易结算计量，逐步成为我国城镇燃气商业贸易和交接计量的首选仪表之一。
在涡轮流量计的检定工作中，我们发现除了流量计本身结构造成的系统正常计量偏差之外，绝大多数送检涡轮流量计在其检定有效期内均出现了不同程度的磨损、腐蚀和阻塞等现象，严重影响了流量计的正常工作，是导致计量误差增大的主要原因。
2.1 磨损
由于气体涡轮流量计对介质的要求较高。通过流量计的检测气体如果不清洁，就会导致细小固体杂质颗粒粘附在流量计轴承上，致使轴承运转不灵，叶轮旋转不正常，产生机械磨损；此外由于叶轮长期高速旋转，仍会有磨损产生。磨损后的气体涡轮流量计，检测精度下降。
2.2 腐蚀
若被测介质中含有腐蚀性气体，当气体流经流量计时，会对流量计的转子部分产生腐蚀，造成转子腐蚀变形、表层脱落，这样就会引起转子质量的变化，从而改变流量计的计量参数，影响转子的正常运转和计量的准确性。2.3 阻塞
我们在检定中还发现，部分流量计叶轮上缠绕有废弃螺纹密封胶带等纤维状污物，阻塞转子，减小通过转子的有效流动断面，引起流速剖面的显著改变，导致计量数据失真。
2.4 油污
现场油气分离不彻底，导致多数流量计内壁和叶轮上附着有黑色原油，阻碍叶轮转动，部分原油随气流进入涡轮流量计，并在叶轮高速旋转离心力的作用下，滞留在壳体内，引起计量误差。
综上所述，这些影响因素的存在，使一些气体涡轮流量计在检定后很短的时间内即出现计量不准的问题，严重影响天然气的准确计量和油气田开发数据的可靠录取，必须加以消除。
3 气体涡轮流量计检定项目与检定方法
根据气体涡轮流量计检定规程的要求，计量部门应该对气体涡轮流量计的外观、随机文件、示值误差、重复性等进行检定。目前计量部门一般都使用气体流量标准表法标定气体涡轮流量计。这种检定装置由于使用方便，校验费用低，逐步业内的认可，成为检定气体流量计的常用装置。我们将被检流量计安装到试验管路中，利用气体在相同时间间隔内连续通过标准表和被检表，试验时可以采用1台标准表与1台被检表进行比较；也可以用两台以上并联的标准表与1台被检表进行比较。比较两者的输出瞬时流量值，或比较一段时间内的累积流量值，用比较的方法得到被检流量计的试验结果。
首先，确保流量计在最大检定流量的 70%-100%范围内运行5分钟以上，待流体温度、压力、流量稳定后开始进行检定校验。
其次，选定流量检定点，minQ、maxQ、0.40maxQ，若流量计等级较高，还需要增加几个流量检测点，如0.1maxQ、0.25maxQ、0.70maxQ等。将流量调到规定的流量值，流量稳定后启动装置和被检流量计，记录标准装置和被检流量计的初始示值，运行一段时间后，同时停止标准专职和被检流量计，记录最终示值，计算流量计和标准装置的累积流量值和瞬时流量值。在瞬时流量检定过程中，各个检测点实际流量与测定流量的误差要低于±5%。每个检测点的检验次数不得低于3次。最后，检定人员根据公式计算出被检定气体流量计的示值误差。对检验合格的流量计下发检定证书，对检定不合格的流量计下发检定结果通知，注明不合格的项目。
4 提高气体流量计精度的方法
通过总结检定涡轮气体流量计的工作经验，在平时使用过程中，有如下几种方法可提高流量计的使用精度。
（1）气体涡轮流量计的使用条件 检定精度是在检定条件下确定的，只有在使用条件与检定条件满足计量学相同性原则时，使用仪表常数的精度才可以等同于其检定精度，反之将低于检定精度。这就要求流量计的使用与检定的流体的流动特性（流量计进口的速度分布）相同；流体的物理性质（密度等）也相同；检定过程相同，并且在流量计的检定流量范围内使用仪表常数，那么在对介质密度压力修正后，其使用精度便等同于其检定精度。
（2）防止流量计长时间超量运行，加强气体流量计日常运行维护。
超流量运行会严重影响气体流量计的使用寿命，降低计量精度，导致误差增大。在日常仪表的使用维护中还要加强仪表的运行检查，监测叶轮旋转情况，如声音有异常应及时卸下检查传感器内部零件。若发现涡轮轴承磨损严重或叶片打坏的，必须维修更换，并重新检定。在工艺管道检修时，检修人员要及时拆下流量计，用干净的布把两端包好，防止污物、铁霄等落入流量计将涡轮叶片损坏。
参考文献
[1] 娄乐勤，杨健. 影响气体流量计精确度的因素及提高精确度的方法[J].工业计量，1999年S1期