1 問題的提出
旋進旋渦流量計（以下簡稱流量計）作為一種高精度的氣體流量計量儀，被越來越廣泛地應用于油氣田天然氣的計量中。由于實際生產計量中天然氣的成分不純，往往夾雜著一些雜質（如油污、沙礫等），容易造成流量計進氣道的污染、堵塞和磨損，從而影響流量計的計量誤差。我們模擬流量計在生產現場的使用情況，利用實驗的方法，確定流量計在不同狀況下的計量誤差，為實際生產提供參考依據。
2 實驗方法及數據
2.1 模擬實驗
多數流量計的旋渦發生器是鋁制材料，容易被腐蝕和磨損，同時，由于旋渦發生器的進氣道比較狹窄，在實際計量中容易被雜質堵塞。因此，根據這種特點以及實際運行中容易發生的故障，我們選用型號為LUXZ-50B的旋進旋渦智能流量計（儀表精度為1.5%），并設計了如下3種實驗方案。
（1）將流量計安裝在鐘罩式氣體流量標準裝置上，調節流量調節閥，依據JJG198-94《速度式流量計檢定規程》在大流量下重復檢定3次，計算出該流量點的平均儀表系數K0。然后用液化的松香模擬油污噴在流量計的旋渦發生器進氣道的每個葉片上，形成1mm模擬的油污層，在不改變流量調節閥狀態的情況下，對該流量計重復檢定3次，計算出該流量點的平均儀表系數K1。同樣的情況，分別模擬油污厚度2mm、4mm、7mm、10mm進行檢定，求出對應的儀表系數Ki，具體實驗數據見表1。
表1 模擬油污附著發生器實驗數據
| 模擬油污厚度 | 流量/m3·h-1 | 儀表系數/m3 | 相對誤差/% |
| 初態 | 99.74 | 19661 | 0 |
| 1mm | 98.21 | 19702 | 0.21 |
| 2mm | 97.35 | 19783 | 0.62 |
| 4mm | 88.26 | 20258 | 3.04 |
| 7mm | 76.64 | 21652 | 10.13 |
| 10mm | 57.43 | 22642 | 15.16 |
（2）將流量計安裝在鐘罩式氣體流量標準裝置上，調節流量調節閥，依據JJG198-94《速度式流量計檢定規程》在大流量下重復檢定3次，計算出該流量點的平均儀表系數K0。然后堵塞住旋渦發生器的一個進氣道，在不改變流量調節閥狀態的情況下，對該流量計重復檢定3次，計算出該流量點的平均儀表系數K1。同樣的情況，分別堵塞旋渦發生器的2個、3個直至5個進氣道（即只剩下1個進氣道不堵）進行檢定，求出對應的儀表系數Ki，具體實驗數據見表2。
表2 堵塞進氣道實驗數據
| 堵塞進氣道數量 | 流量/m3·h-1 | 儀表系數/m-3 | 相對誤差/% |
| 初態 | 99.74 | 19661 | 0 |
| 1個 | 90.06 | 20377 | 3.64 |
| 2個 | 79.76 | 21563 | 9.67 |
| 3個 | 67.86 | 22956 | 16.76 |
| 4個 | 53.90 | 23095 | 17.47 |
| 5個 | 35.18 | 18157 | -7.65 |
（3）將流量計安裝在鐘罩式氣體流量標準裝置上，調節流量調節閥在zui大和zui小流量點下分別求出其儀表系數K0。然后將流量計卸下、拆開，根據旋渦發生器1年磨損0.2mm情況，我們用手動砂輪機將旋渦發生器進氣道的每個葉片磨去0.2mm，盡量保持流量調節閥的開口狀態與原始狀態一致，對流量計分別在大流量和小流量點進行檢定，求出該狀態下的儀表系數K1，同樣的情況，分別將旋渦發生器的進氣道葉片磨去0.4~1mm再進行檢定，求出對應的儀表系數Ki，具體實驗數據見表3。
表3 磨損旋渦發生器實驗數據
| 葉片磨損厚度 | 流量/m3·h-1 | 儀表系數/m-3 | 線性度/% | 相對誤差/% |
| 初態 | 98.60 | 19859 | 0.92 | 0 |
| 10.99 | 19498 | 0 |
| 0.2mm | 102.41 | 19337 | 3.19 | -2.63 |
| 11.62 | 18140 | -6.96 |
| 0.4mm | 106.34 | 18650 | 3.57 | -6.09 |
| 11.94 | 17363 | -10.95 |
| 108.82 | 18570 | 3.63 | -6.49 |
| 0.6mm | 12.50 | 17268 | -11.44 |
| 112.53 | 18080 | 3.40 | -8.96 |
| 0.8mm | 12.79 | 16890 | -13.38 |
| 114.82 | 17916 | 4.13 | -9.78 |
| 1.0mm | 13.93 | 16494 | -15.41 |
| 在前面磨損的基礎上將漩渦發生器入口處邊緣磨損2.0mm | 125.73 | 12324 | 11.43 | -37.94 |
| 16.88 | 9795 | -49.76 |
表1、表2、表3中的儀表系數和線性度的計算參見JJG198-94《速度式流量計檢定規程》中對流量計的儀表系數和線性度的計算方法。相對誤差的計算則是利用下面的公式逐步推導的。假設流量計在旋渦發生器堵塞或磨損后的某次檢定中所發出的脈沖數為N，根據檢定規程的計算方法可以求出這時的儀表系數Ki，由于鐘罩內的氣體溫度和氣體壓力與流量計處的溫度、壓力差別不大，在不考慮溫度壓力修正的情況下得出公式：
（1）
式中：V為鐘罩的標準體積。
同時，由于流量計內所設置的儀表系數為原始狀態的儀表系數K0，根據流量計積算儀的工作原理可以得出公式：
（2）
式中：Vi為流量計的示值。
根據相對誤差的計算公式
（3）
將（1）式和（2）式代人（3）式中可得
（4）
利用公式（4）可以求出改變旋渦發生器狀態后的每次相對誤差。
3 實驗結果的分析
3.1 模擬油污實驗結論
從表1的數據中可以看出，當逐步增加模擬油污的厚度時，由于流量計的有效流通面積逐漸變小，壓力損失增大，其流量值越來越小。同時，還可以看出儀表系數越來越大，表明油污厚度的增加造成旋渦流的旋轉頻率加快，壓電傳感器發出的脈沖數增多，流量計的顯示值也比實際數值大，從而造成相對正誤差越來越大。
3.2 模擬堵塞實驗結論
從表2的數據中可以看出，當逐個堵塞旋渦發生器的進氣道時，其流量值越來越小。同時儀表系數越來越大（堵塞5個進氣道情況除外），表明堵塞個別進氣道后，旋渦流的旋轉頻率加快，壓電傳感器發出的脈沖數增多，流量計的顯示值也比實際數值大，從而造成相對正誤差越來越大。當堵塞5個進氣道，只剩下1個進氣道時，由于氣流通過這個進氣道后不能形成完整的旋渦流，致使旋渦流的旋轉頻率變慢，造成相對負誤差。
3.3 模擬磨損實驗結論
從表3的數據中可以看出，隨著進氣道每個葉片磨損程度的加深，氣流通過磨損了的進氣道后不能形成完整的旋渦流，致使旋渦流的旋轉頻率逐漸變慢，壓電傳感器發出的脈沖數減少，流量計的顯示值也比實際數值小，造成相對負誤差越來越大。當進氣道的入口邊緣被磨損后，儀表系數和相對誤差都發生了較大的變化，這說明旋渦流的產生主要依靠進氣道的入口形狀。
通過實驗可以得出，在實際生產計量過程中，如果發生油污附著在發生器0.7mm以上，以及堵塞兩個以上進氣道，或者進氣道被磨損0.4mm以上的情況，都將會造成10%以上的相對正（或負）誤差，這種計量誤差即使在計量站的一級計量中也是不允許的。因此，在流量計的使用過程中，應該嚴格按照有關要求安裝使用，定期清洗過濾器，抄錄表頭數據（每天或每周），發現計量數據異常，要及時清洗或更換流量計的旋渦發生器，并送檢定機構檢定后再使用。對于雜質含量較大的天然氣生產單位，可縮短檢定周期，確保不受經濟損失。
