气体涡轮流量计结构简单，采用涡轮原理进行测量，量程比可高达40∶1，精度在±0.5%以内，惯性小。尺寸小的气体涡轮流量计的时间常数可达0.01 s，广泛应用于石油、天然气行业中。

 

1、气体涡轮流量计的工作原理

当气体进入流量计时，*先通过特殊结构的前导使流体加速。在流体的作用下，由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，此时涡轮产生转动力矩，在克服阻力矩后开始转动。当诸力矩达到平衡，转速恒定，涡轮转动角速度与流量成线性关系。利用电磁感应原理，通过旋转的涡轮驱动信号发生器顶端导磁体周期性地改变磁阻，使磁场也相应发生变化，从而在线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号。该信号经前置放大器放大、整形后与压力传感器、温度传感器检测到的压力、温度信号同时输入到流量积算仪进行计算处理，直接显示出标准状态（20 ℃，101.325 kPa）的瞬时体积流量和累计体积。

 

2、测量精度的影响因素及措施

 

2.1  流量计的选型

流量计的选型直接影响其测量精度。应根据使用条件及测量介质的特性选择合适量程比、精度等级、公称直径、工作压力的气体涡轮流量计，实现流量的温度、压力补偿和压缩因子修正。不同精度等级的气体涡轮流量计的测量相对误差见表1，表1中qmin为流量计测量范围内的*小流量，qmax为流量计测量范围内的*大流量。精度等级为1.5、1.0级的气体涡轮流量计参数分别见表2、3。

表1   不同精度等级的气体涡轮流量计的测量相对误差

表2   精度等级为1.5级的气体涡轮流量计参数

表3   精度等级为1.0级的气体涡轮流量计参数

 

2.2  流量计的安装

流量计的安装方式对其测量精度也有影响。流量计对安装点的上下游直管段有一定的要求，否则会影响测量精度。

气体涡轮流量计必须水平安装在等径直管道上，管道倾斜度必须控制在5°以内，安装时流量计轴线应与管道轴线同心，流向要一致。气体涡轮流量计的上游管道应为长度不小于10D（D为管道内直径）的等径直管段，下游管道应为长度不小于5D的等径直管段；若流量计安装点的上游有渐缩管，流量计上游管道应为长度不小于15D的等径直管段，下游管道应为长度不小于5D的等径直管段；若流量计安装点的上游有渐扩管，流量计上游管道应为长度不小于18D的等径直管段，下游管道应为长度不小于5D的等径直管段；若流量计安装点上游在同一水平面内有90°弯头，流量计上游应有长度不小于20D的等径直管段，下游应有不小于5D的等径直管段。

 

2.3  流量计的磨损

在气体涡轮流量计中，涡轮高速转动，叶片及轴承容易磨损，需要定期校验，其润滑十分重要。应加强流量计的管理维护，及时给流量计补充润滑油，减小流量计的磨损，提高测量精度。

 

2.4  天然气的洁净度

天然气无润滑性，若含有少量油污和固体颗粒物，容易造成轴承磨损及叶轮卡住，从而影响测量精度。应提高天然气的洁净度，可通过过滤、脱硫、脱水，除去天然气中的固体颗粒物、油污、水分及腐蚀性成分。

 

2.5  流体的脉动效应

流量计参比条件下的精度是基于定常流，定常流是在测量管段中流量不**间而变化的一种流动状态。实际上所有的管道内流动都是不稳定的，无论层流状态还是湍流状态，总存在各种干扰。天然气计量过程中其压力、速度等会不停地发生变化，从而产生脉动效应。天然气计量末端一般为用户，脉动效应多由旋转式或往复式压缩机、鼓风机的运行产生。同时管道中流体的共振和流量控制设备的周期振荡，例如控制阀的振荡，也是脉动效应的主要起因。导致涡轮流量计产生误差的主要因素是脉动流的频率（简称脉动频率），脉动频率越小，结果越接近真值；脉动频率越大，结果误差越大。脉动流出现时，流量计显示的流速往往远大于真实流速，出现正误差，相对误差*大可达50%。

脉动流出现的原因主要有：①管路中存在阻流件，包括调压装置、过滤装置、弯头、阀门等。②下游用户用气量波动，且未设置储气调峰设施，造成天然气流量忽大忽小，容易形成脉动流。③流体压力过低、流速过快均会导致流体流态不稳。④流量计表面不清洁，天然气中含液体均会造成气流脉动。⑤天然气中含有杂质，影响气体流态，特别是过滤装置、整流装置被杂质堵塞后，易形成脉动流。

为减小脉动效应对计量精度的影响，应减少甚至避免计量装置前的任何阻流件，在条件许可的情况下，避免上游节流、调压，需要在上游节流、调压时，要延长上游直管段长度，并在离流量计尽可能远的地方进行节流、调压。尽量避免低压供气，保证天然气气质符合要求，不含粉尘、油污、水等杂质，在气质没有保证的情况下，设计时应该相应提高技术标准。配置合适的低通滤波器将脉动阻尼掉，可设置缓冲罐，使残存的脉动不足以影响流量计量或只对流量计量造成很小的误差。

 

3   治理实例

云南某CNG加气站于2016年8月正式投运，使用精度等级为1.0级的QWLJ-100气体涡轮流量计。气体涡轮流量计安装在同一水平面的等径直管道上，其前端设置燃气过滤器、调压器，后端设置缓冲罐、止回阀、压缩机。投运初期，气体涡轮流量计测得的累计量远大于售气累计量，天然气输差率高达8%。多方面进行原因查找，比如通过气源取样分析，发现气源质量稳定；对流量计重新检定，检定结果显示流量计准确；进行工艺管道及设备泄漏排查，均未发现漏点。在压缩机运行过程中听到气流一股一股哧哧变化的声音，初步判断为缓冲罐入口管道上的止回阀（H41X型）振动，从而引起管道一同振动，且振动剧烈。查阅相关资料后，判定在压缩机运行时产生了脉动流，即产生了脉动效应，导致测量精度降低。通过更换另一型号的止回阀（H44X型），发现气体涡轮流量计计量的累计量与售气累计量差距大幅缩小，输差率由8%下降到了1.48%，效果明显。

 

4   结语

影响气体涡轮流量计测量精度的因素很多。做好流量计的选型、安装、维护，提高天然气的洁净度，合理进行设备配置，避免脉动效应的发生，可提高气体涡轮流量计的测量精度。