傳統(tǒng)渦輪流量計(jì)雖然具有良好的測(cè)量精度和響應(yīng)特性，但對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。螺旋流量計(jì)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(jì)精度高、壓降低、響應(yīng)快、質(zhì)量輕、體積小以及維護(hù)安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，又具有葉片結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、適應(yīng)黏度范圍大、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等新特點(diǎn)。該流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)使用測(cè)試中，表現(xiàn)出了良好的計(jì)量特性；在不同介質(zhì)測(cè)試中的重復(fù)性極佳，在原油測(cè)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(jì)量的要求。

引言

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

傳統(tǒng)渦輪流量計(jì)雖然具有良好的測(cè)量精度和響應(yīng)特性，但對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展和完善，螺旋渦輪流量計(jì)克服了上述缺點(diǎn)，將渦輪流量計(jì)適用黏度擴(kuò)展至高黏原油，成為一項(xiàng)應(yīng)用前景廣闊的新型液態(tài)烴流量計(jì)。該流量計(jì)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(jì)精度高、壓降低、響應(yīng)快、質(zhì)量輕、體積小以及維護(hù)安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，又具有了葉片結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、適應(yīng)黏度范圍大、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等新特點(diǎn)。

目前，螺旋渦輪流量計(jì)主要有法國(guó) Faure-Her-man HELIFLUTM TZN 型雙螺旋渦輪流量計(jì)、美國(guó) Emerson Smith 公司生產(chǎn)的 MV 系列螺旋渦輪流量計(jì)和其旗下 Daniel 公司生產(chǎn)的 1500 系列螺旋渦輪流量計(jì)等，主要用于石油產(chǎn)品管輸計(jì)量、油輪及海上平臺(tái)原油計(jì)量和油庫(kù)管理等，其中 HELIFLUTM TZN 型雙螺旋渦輪流量計(jì)標(biāo)稱長(zhǎng)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(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

1 .新技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

螺旋型與傳統(tǒng)型渦輪流量計(jì)明顯不同之處是，螺旋渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)子上只有 2個(gè)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(jì)在測(cè)量高黏性原油時(shí)，可減少原油在轉(zhuǎn)子界面層的積滯。口徑為 8 in （1 in=2.54 cm）的傳統(tǒng)型和螺旋渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子界面層厚度都增加0.001 in 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)型渦輪流量計(jì)流動(dòng)剖面面積產(chǎn)生 0.3%的變化，螺旋渦輪流量計(jì)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(dòng)剖面面積的改變直接影響流體通過(guò)流量計(jì)的速度，進(jìn)而影響流量計(jì)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(dòng)狀態(tài)，降低儀表對(duì)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(jì)拓展了傳統(tǒng)型渦輪流量計(jì)的測(cè)量范圍，對(duì)原油計(jì)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(jì)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，布局更加合理，其應(yīng)用范圍已覆蓋部分容積式流量計(jì)的***佳黏度范圍，如圖 2 所示。而且它只流量計(jì)的***佳黏度范圍[1]，如圖 2 所示。而且它只有一個(gè)可動(dòng)部件，并采用高強(qiáng)度碳化鎢作軸承，采用鈦或鋁作轉(zhuǎn)子，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(jì)在國(guó)外原油計(jì)量應(yīng)用中，曾連續(xù)使用 7年流量計(jì)系數(shù)幾乎沒(méi)有變化。

2.TZN100-300螺旋渦輪流量計(jì)性能

2004 年 2 月至 5 月，大慶油田工程有限公司曾對(duì)法國(guó) Faureman Herman 公司一臺(tái)配有標(biāo)準(zhǔn)直管段的 TZN100-300 型螺旋渦輪流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試。該臺(tái)流量計(jì)口徑為 DN100 mm，計(jì)量準(zhǔn)確度±0.15%，重復(fù)性優(yōu)于0.02%，流量范圍30～300m3/h。

測(cè)試內(nèi)容包括水裝置測(cè)試和原油測(cè)試兩部分，原油測(cè)試依據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) API MPMS5.3進(jìn)行。

水裝置測(cè)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(cè)試 4個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)測(cè) 3次，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2。

原油測(cè)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(cè)試 5個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)測(cè)3次，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

TZN100-300 螺旋渦輪流量計(jì)以水和原油為介質(zhì)進(jìn)行 9 組測(cè)試，重復(fù)性誤差均不超過(guò) 0.02%，測(cè)試誤差不超過(guò)±0.2%，如圖 3所示。

圖 3 中淺灰色區(qū)域?yàn)?0.2 級(jí)流量計(jì)的 K 系數(shù)允許波動(dòng)范圍。從圖 3及測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，在以原油和水為介質(zhì)開(kāi)展的流量測(cè)試范圍內(nèi)，該流量計(jì)測(cè)試誤差及重復(fù)性均符合 0.2 級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度要求，原油測(cè)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%。可見(jiàn)，介質(zhì)黏度依然對(duì)流量計(jì) K 系數(shù)影響較大。

3.現(xiàn)場(chǎng)使用測(cè)試

2004 年，公司購(gòu)置一臺(tái) TZN100-200 型螺旋渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，用于海上油輪的體積管檢定。該流量計(jì)口徑為DN100mm，計(jì)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(shí)，需在檢定前后，利用活塞式體積管以現(xiàn)場(chǎng)原油為介質(zhì)檢定兩次渦輪流量計(jì)，取兩次 K 系數(shù)平均值。在檢定船載體積管時(shí)，將船載體積管與渦輪流量計(jì)串聯(lián)，記錄體積管運(yùn)行一周期渦輪流量計(jì)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(jì)自投用 3 年來(lái)，共完成 7 次船載體積管的檢定，檢定數(shù)據(jù)見(jiàn)表 4。

TZN100-200 螺旋渦輪流量計(jì)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(guò)0.02%，顯示出良好的穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

從對(duì) TZN型螺旋渦輪流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)使用測(cè)試情況來(lái)看，螺旋渦輪流量計(jì)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性，較傳統(tǒng)渦輪流量計(jì)對(duì)介質(zhì)的黏度不敏感，在不同介質(zhì)測(cè)試中的重復(fù)性極佳，在原油測(cè)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(jì)量的要求。