傳統(tǒng)渦輪流量計雖然具有良好的測量精度和響應(yīng)特性，但對介質(zhì)黏度、溫度和壓力較敏感，難以保持在多變條件下的長期穩(wěn)定性。螺旋流量計采用一體化車制的螺旋形葉片，既保持了傳統(tǒng)渦輪流量計精度高、壓降低、響應(yīng)快、質(zhì)量輕、體積小以及維護安裝方便等諸多優(yōu)點，又具有葉片結(jié)構(gòu)堅固、適應(yīng)黏度范圍大、長期穩(wěn)定性好等新特點。該流量計在實驗室測試和現(xiàn)場使用測試中，表現(xiàn)出了良好的計量特性；在不同介質(zhì)測試中的重復(fù)性極佳，在原油測試中具有較好的線性度，能夠滿足包括原油在內(nèi)的液態(tài)烴貿(mào)易計量的要求。

引言

1953 年出現(xiàn)的早期螺旋葉片渦輪流量計主要用于航空飛行器內(nèi)部燃料油的傳輸消耗計量。20世紀(jì) 60 年代中期，螺旋渦輪流量計開始進入歐洲油氣工業(yè)計量，在北海嚴(yán)酷環(huán)境下表現(xiàn)出良好的原油計量性能。 1994 年美國引入雙螺旋渦輪流量計，2000 年 API 頒布 MPMS 5.3 《用渦輪流量計計量液態(tài)烴》，對包括螺旋渦輪在內(nèi)的渦輪流量計使用進行規(guī)范。

傳統(tǒng)渦輪流量計雖然具有良好的測量精度和響應(yīng)特性，但對介質(zhì)黏度、溫度和壓力較敏感，難以保持在多變條件下的長期穩(wěn)定性。經(jīng)過不斷發(fā)展和完善，螺旋渦輪流量計克服了上述缺點，將渦輪流量計適用黏度擴展至高黏原油，成為一項應(yīng)用前景廣闊的新型液態(tài)烴流量計。該流量計采用一體化車制的螺旋形葉片，既保持了傳統(tǒng)渦輪流量計精度高、壓降低、響應(yīng)快、質(zhì)量輕、體積小以及維護安裝方便等諸多優(yōu)點，又具有了葉片結(jié)構(gòu)堅固、適應(yīng)黏度范圍大、長期穩(wěn)定性好等新特點。

目前，螺旋渦輪流量計主要有法國 Faure-Her-man HELIFLUTM TZN 型雙螺旋渦輪流量計、美國 Emerson Smith 公司生產(chǎn)的 MV 系列螺旋渦輪流量計和其旗下 Daniel 公司生產(chǎn)的 1500 系列螺旋渦輪流量計等，主要用于石油產(chǎn)品管輸計量、油輪及海上平臺原油計量和油庫管理等，其中 HELIFLUTM TZN 型雙螺旋渦輪流量計標(biāo)稱長期穩(wěn)定性大于 5年。幾種典型液態(tài)烴貿(mào)易交接用螺旋渦輪流量計參數(shù)見表1。

1 .新技術(shù)特點及優(yōu)勢

螺旋型與傳統(tǒng)型渦輪流量計明顯不同之處是，螺旋渦輪流量計轉(zhuǎn)子上只有 2個螺旋型葉片，而不是傳統(tǒng)型的多葉片型式，如圖 1所示。螺旋渦輪流量計在測量高黏性原油時，可減少原油在轉(zhuǎn)子界面層的積滯?？趶綖?8 in （1 in=2.54 cm）的傳統(tǒng)型和螺旋渦輪流量計轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子界面層厚度都增加0.001 in 時，會導(dǎo)致傳統(tǒng)型渦輪流量計流動剖面面積產(chǎn)生 0.3%的變化，螺旋渦輪流量計只產(chǎn)生 0.1%的變化，即傳統(tǒng)型受影響程度是螺旋型的 3倍。流動剖面面積的改變直接影響流體通過流量計的速度，進而影響流量計的準(zhǔn)確度。另外，螺旋型轉(zhuǎn)子葉片的形狀、安置角度等，也可以改善轉(zhuǎn)子葉片周圍的流動狀態(tài)，降低儀表對流體黏度的敏感性，提高儀表穩(wěn)定性和使用年限。螺旋渦輪流量計拓展了傳統(tǒng)型渦輪流量計的測量范圍，對原油計量有更好的適應(yīng)性。

與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，螺旋渦輪流量計結(jié)構(gòu)更加簡單，布局更加合理，其應(yīng)用范圍已覆蓋部分容積式流量計的***佳黏度范圍，如圖 2 所示。而且它只流量計的***佳黏度范圍[1]，如圖 2 所示。而且它只有一個可動部件，并采用高強度碳化鎢作軸承，采用鈦或鋁作轉(zhuǎn)子，可實現(xiàn)長期的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù) Faure Herman提供的資料，雙螺旋渦輪流量計在國外原油計量應(yīng)用中，曾連續(xù)使用 7年流量計系數(shù)幾乎沒有變化。

2.TZN100-300螺旋渦輪流量計性能

2004 年 2 月至 5 月，大慶油田工程有限公司曾對法國 Faureman Herman 公司一臺配有標(biāo)準(zhǔn)直管段的 TZN100-300 型螺旋渦輪流量計進行實驗室性能測試。該臺流量計口徑為 DN100 mm，計量準(zhǔn)確度±0.15%，重復(fù)性優(yōu)于0.02%，流量范圍30～300m3/h。

測試內(nèi)容包括水裝置測試和原油測試兩部分，原油測試依據(jù)美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) API MPMS5.3進行。

水裝置測試溫度約為 10 ℃，表壓約為 0.3 MPa，密度約為 999.7 kg/m3，黏度約為 1.31 cSt，共測試 4個流量點，每個流量點測 3次，測試數(shù)據(jù)見表 2。

原油測試油溫約為 70 ℃，表壓約 0.45 MPa，密度約 980.0 kg/m3，黏度約 25 cSt，共測試 5個流量點，每個流量點測3次，測試數(shù)據(jù)見表3。

TZN100-300 螺旋渦輪流量計以水和原油為介質(zhì)進行 9 組測試，重復(fù)性誤差均不超過 0.02%，測試誤差不超過±0.2%，如圖 3所示。

圖 3 中淺灰色區(qū)域為 0.2 級流量計的 K 系數(shù)允許波動范圍。從圖 3及測試數(shù)據(jù)中可以看出，在以原油和水為介質(zhì)開展的流量測試范圍內(nèi)，該流量計測試誤差及重復(fù)性均符合 0.2 級測量準(zhǔn)確度要求，原油測得的線性度優(yōu)于水。

以水為介質(zhì)獲得的平均 K 系數(shù)為1617.56N·m-3，較以原油為介質(zhì)獲得的平均 K 系數(shù)（1597.71N·m-3）正向相差 19.85 N · m- 3，約為平均 K 系數(shù)的1.23%?？梢?，介質(zhì)黏度依然對流量計 K 系數(shù)影響較大。

3.現(xiàn)場使用測試

2004 年，公司購置一臺 TZN100-200 型螺旋渦輪流量計作為標(biāo)準(zhǔn)表，用于海上油輪的體積管檢定。該流量計口徑為DN100mm，計量準(zhǔn)確度±0.15%，重復(fù)性優(yōu)于 0.02%，流量范圍 20～200 m3/h。

在檢定海上油輪船載體積管時，需在檢定前后，利用活塞式體積管以現(xiàn)場原油為介質(zhì)檢定兩次渦輪流量計，取兩次 K 系數(shù)平均值。在檢定船載體積管時，將船載體積管與渦輪流量計串聯(lián)，記錄體積管運行一周期渦輪流量計所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，利用此脈沖數(shù)與 K 系數(shù)平均值的乘積算出船載體積管的標(biāo)準(zhǔn)體積，將標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞給體積管。

該流量計自投用 3 年來，共完成 7 次船載體積管的檢定，檢定數(shù)據(jù)見表 4。

TZN100-200 螺旋渦輪流量計作為船載體積管檢定用的標(biāo)準(zhǔn)表，在 2005 年至 2007 年 14 次檢定中，重復(fù)性均不超過0.02%，顯示出良好的穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

從對 TZN型螺旋渦輪流量計的實驗室測試和現(xiàn)場使用測試情況來看，螺旋渦輪流量計具有較強的穩(wěn)定性和可靠性，較傳統(tǒng)渦輪流量計對介質(zhì)的黏度不敏感，在不同介質(zhì)測試中的重復(fù)性極佳，在原油測試中具有較好的線性度，能夠滿足包括原油在內(nèi)的液態(tài)烴貿(mào)易計量的要求。