在燃氣渦輪流量計在線監(jiān)測以及故障診斷方面，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，渦輪流量計首先是在國外得到應(yīng)用的，因此從在線監(jiān)測以及故障診斷上來說國內(nèi)的起步晚，所以說對于國內(nèi)的情況來說就需要做出更多的努力。 

1、在線監(jiān)測的目的意義：
  在國際上是否對渦輪流量計進行在線監(jiān)測，并沒有明確規(guī)定或者標(biāo)準(zhǔn)，***終是否進行在線監(jiān)測一般要根據(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)測流量計裝置可以對計量流量計進行連續(xù)或非連續(xù)的監(jiān)測，這樣可以減少測試設(shè)備、環(huán)境、人員、方法等各種因素引起的誤差。中國石油燃氣集團公司企標(biāo) Q/SY1447.2011《輸氣管道計量導(dǎo)則》中有規(guī)定“現(xiàn)場流量計公稱直徑大于等于 250mm 時，計量系統(tǒng)宜設(shè)置現(xiàn)場流量計比對流程” [20]。比對計量就是在貿(mào)易計量下游安裝一個計量流量計，通過設(shè)置兩個計量流量計的方式進行在線監(jiān)測，在貿(mào)易計量中，尤其是大流量的情況下，貿(mào)易雙方對于計量的準(zhǔn)確與否都很關(guān)心，如果只用一臺流量計進行貿(mào)易計量容易引起爭議，因此比對計量就是必須的了。 

2、在線監(jiān)測分類：
  計量設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)測工作狀態(tài)下的流量計是否正常，在線監(jiān)測按照其監(jiān)測是否間斷分為：性監(jiān)測和暫時性監(jiān)測兩種。 
2.1、性監(jiān)測：

圖 4-1 串連流量計監(jiān)測示意圖 
  在國內(nèi)***大的貿(mào)易計量就是在長輸管線末站與城市燃氣供應(yīng)方之間，上游單位與下游企業(yè)的貿(mào)易計量采取上游末站為貿(mào)易計量結(jié)算，下游接收門站比對計量進行監(jiān)測的方法，這就屬于在貿(mào)易計量的下游串聯(lián)流量計的方法。在燃氣供應(yīng)方與大用戶之間的貿(mào)易計算時候也多采取類似的辦法，即：用戶的爐前流量計和燃氣供應(yīng)方選購的貿(mào)易流量計相互比對監(jiān)測。 
  性監(jiān)測第二個方法是流量計自身監(jiān)測，例如超聲波流量計的自身監(jiān)測是采用聲速核查功能，聲速核查是把計算出來的聲速與測量的聲速進行比對，如果超出設(shè)定范圍則需要對超聲波流量計做進一步的診斷。這種聲速核查功能可以判斷計量設(shè)備是否正常工作，能夠計量精度，對于超聲波流量計的連續(xù)正常計量，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上的得到了普遍的應(yīng)用。 

圖 4-2 渦輪流量計雙高頻圖 
  圖 4-2 中的渦輪流量計就是采取了雙高頻比對計量，圖中兩個紅色圓圈內(nèi)的為兩個高頻頭，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)采用雙高頻頭比對時，計量時兩個高頻頭可以同時向流量計算設(shè)備當(dāng)中輸入脈沖信號，流量計算設(shè)備接收到兩組信號后分別進行計算，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，一旦兩組數(shù)據(jù)計算出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常則產(chǎn)生報警。 
  通過對串連流量計監(jiān)測和流量計自身監(jiān)測兩種辦法的比較，兩者都能實現(xiàn)二十四小時不間斷的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)兩者的特點如下：
  串聯(lián)流量計監(jiān)測由于是兩臺流量計同時工作，兩臺流量計同時工作即便是有一個發(fā)生故障仍然能夠正常計量，除去能夠在線監(jiān)測外還可以實現(xiàn)更高的可靠性。因為兩臺流量計串聯(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)測方式缺點是成本高（包括購置成本、維護成本、標(biāo)定成本等都有所增加）。流量計自身檢測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本身出現(xiàn)故障就會引起監(jiān)測不準(zhǔn)，甚至是數(shù)據(jù)丟失等影響計量的故障發(fā)生。 
  經(jīng)過比對發(fā)現(xiàn)如果現(xiàn)場條件允許、資金充足并且燃氣用氣量很大的情況下采取串聯(lián)流量計監(jiān)測的方法，相反則可以選擇流量計自身監(jiān)測的方法。 

2.2、暫時性監(jiān)測：

  除了上述兩種方法外，國外廠商設(shè)計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)場去檢測即可完成渦輪流量計的在線監(jiān)測，但是由于需要專門的設(shè)備和專業(yè)人員才可以進行現(xiàn)場的操作，因此該方法并不能實現(xiàn)二十四小時實時的監(jiān)測；另外這個軟件和工程師的每天診斷費用就高達數(shù)萬元，無論是用戶還是燃氣供應(yīng)方都是無法承受的經(jīng)濟負擔(dān)。 

圖 4-3  計量管線 2 開 1 備設(shè)計圖 

3、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)：

3.1、渦輪流量計局部壓力損失的產(chǎn)生分析：
  圖 4-4 是燃氣流經(jīng)渦輪流量計的示意圖，燃氣從左向右流動，進出口處分別對斷面1 和斷面 2 進行分析。 

圖 4-4 燃氣流經(jīng)渦輪流量計的示意圖 
a)  在重力場中流動的燃氣總流量能量方程： Z +   +       = Z +   +       + h      [23]                    （4-1）   、  為兩個斷面的壓強 Z 、Z 位兩個斷面的相對于基準(zhǔn)面的高程   、  為斷面的平均流速 為流體的容重 為斷面的動能修正系數(shù) h    為兩個斷面之間的平均單位水頭損失 b)  渦輪流量計要求水平安裝，因此渦輪流量計前后沒有高度差Z = Z ，則有：      =   −   +       −                                     （4-2） 
  c)  渦輪流量計的過流面積為 A，流量為 qv 時，氣體速度  =   ，對于斷面 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，水頭損失值等于進出口的壓力損失值除以燃氣容重，即：流體在管道中流過渦輪流量計后，產(chǎn)生壓力損失體現(xiàn)在水頭損失上。 

3.2、渦輪流量計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)（主要是用實驗或半實驗的方法獲得）； ρ 為燃氣密度（g/m³）； V 為燃氣速度（m/s）。[23] 從局部壓力損失的計算公式（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，在實際運行當(dāng)中重點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)值又可以通過實驗的方法來確定。 

3.3、壓力損失法在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：

  圖 4-5 是選自《氣體渦輪流量計流道壓力損失的數(shù)值模擬》一文，該實驗選擇了13m³/h、25m³/h、62.5m³/h、100m³/h、175m³/h、250m³/h 這 6 個流量點進行同工況環(huán)境數(shù)值模擬測試。[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氣渦輪流量計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式，表達式為： 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。將燃氣渦輪流量計實際運行情況下記錄的的示數(shù)q  帶入到公式（4-6）中，那么計算出的壓力損失為P  ，將P  數(shù)值與壓力損失計所記錄的真實數(shù)值P 進行比對，在壓力損失計正常計量的情況下，如果超出誤差允許的范圍（誤差范圍由渦輪流量計的誤差、壓差計的誤差和公式引起的誤差三個方面共同決定），那么就可以判斷出，該燃氣渦輪流量計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量部件存在故障。計量工程師就需要去現(xiàn)場，對渦輪流量計進行故障排除。 應(yīng)用舉例：有些用戶是間斷用氣的，當(dāng)不用氣的時候，渦輪流量計的示數(shù)為零，那么該流量計前后沒有壓力損失，壓力損失計的示數(shù)為零，這是正常的現(xiàn)象。但是，當(dāng)壓力損失計持續(xù)顯示，并且示數(shù)較大而流量計顯示流量為零的時候，我們就能夠判斷出該流量計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量部件出現(xiàn)了故障，存在過氣不計量的情況。 

4、在線監(jiān)測結(jié)果分析：
  經(jīng)過比對可以發(fā)現(xiàn)，性監(jiān)測的方法不僅可以實現(xiàn)二十四小時不間斷監(jiān)測，還可以提高計量數(shù)據(jù)的真實有效性。暫時性監(jiān)測不能完全實現(xiàn)二十四小時不間斷監(jiān)測，在未監(jiān)測時間段內(nèi)的計量數(shù)據(jù)是否正常就難以確認(rèn)。 燃氣渦輪流量計的在線監(jiān)測手段需要對渦輪流量計進行實時監(jiān)測，才能夠時間發(fā)現(xiàn)渦輪流量計的故障，及時采取相應(yīng)的措施減少故障帶來的損失。這樣就可以有效的監(jiān)測渦輪流量計的工作狀態(tài)，保障貿(mào)易計量的準(zhǔn)確性。 在線監(jiān)測必須具有如下功能： 

（2）及時發(fā)現(xiàn)：
  由于是不間斷的監(jiān)測，就可以使我們?nèi)細夤?yīng)方在時間內(nèi)就發(fā)現(xiàn)渦輪流量計的故障，尤其是貿(mào)易計量的渦輪流量計，在***短的時間內(nèi)得到故障信息，這樣就可以避免在發(fā)現(xiàn)故障不及時所帶來的損失。 不間斷的監(jiān)測還應(yīng)該針對長期勞損損壞故障，做好故障診斷工作，在渦輪流量計的長期勞損部件并未達到影響計量精度之前，提前發(fā)現(xiàn)并由廠家做好維護更新工作，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)《中華人民共和國計量法》的規(guī)定，燃氣的渦輪流量計屬于速度式流量計，作為貿(mào)易計量器具使用時，強制兩年進行一次檢定。檢定工作給各地的燃氣集團帶來了很大的困難，部分新投入使用的渦輪流量計幾年之內(nèi)是沒有任何問題，但是卻要頻繁的拆裝進行檢定，在拆裝和運輸?shù)倪^程中也有可能會引起流量計的損壞。 

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