在燃氣渦輪流量計在線監測以及故障診斷方面，無論是在國內還是國外都有著不同程度的研究和應用，渦輪流量計首先是在國外得到應用的，因此從在線監測以及故障診斷上來說國內的起步晚，所以說對于國內的情況來說就需要做出更多的努力。 

1、在線監測的目的意義：
  在國際上是否對渦輪流量計進行在線監測，并沒有明確規定或者標準，***終是否進行在線監測一般要根據貿易雙方的相關商務或技術協議要求確定。在線監測流量計裝置可以對計量流量計進行連續或非連續的監測，這樣可以減少測試設備、環境、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 Q/SY1447.2011《輸氣管道計量導則》中有規定“現場流量計公稱直徑大于等于 250mm 時，計量系統宜設置現場流量計比對流程” [20]。比對計量就是在貿易計量下游安裝一個計量流量計，通過設置兩個計量流量計的方式進行在線監測，在貿易計量中，尤其是大流量的情況下，貿易雙方對于計量的準確與否都很關心，如果只用一臺流量計進行貿易計量容易引起爭議，因此比對計量就是必須的了。 

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

圖 4-1 串連流量計監測示意圖 
  在國內***大的貿易計量就是在長輸管線末站與城市燃氣供應方之間，上游單位與下游企業的貿易計量采取上游末站為貿易計量結算，下游接收門站比對計量進行監測的方法，這就屬于在貿易計量的下游串聯流量計的方法。在燃氣供應方與大用戶之間的貿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方選購的貿易流量計相互比對監測。 
  性監測第二個方法是流量計自身監測，例如超聲波流量計的自身監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備是否正常工作，能夠計量精度，對于超聲波流量計的連續正常計量，聲速核查起著及其重要的作用，現在聲速核查功能在國內大口徑超聲波流量計上的得到了普遍的應用。 

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的為兩個高頻頭，左側連接了數據線的為工作高頻頭，右側圓圈內尚未連接數據線的高頻頭為參比用的高頻頭。當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備當中輸入脈沖信號，流量計算設備接收到兩組信號后分別進行計算，以工作高頻頭數據為貿易結算量，參比高頻頭數據作為比對，一旦兩組數據計算出的數據出現異常則產生報警。 
  通過對串連流量計監測和流量計自身監測兩種辦法的比較，兩者都能實現二十四小時不間斷的監測，發現兩者的特點如下：
  串聯流量計監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生故障仍然能夠正常計量，除去能夠在線監測外還可以實現更高的可靠性。因為兩臺流量計串聯工作，因此就需要更長的管線長度占據更多的土地，除此外這種監測方式缺點是成本高（包括購置成本、維護成本、標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故障就會引起監測不準，甚至是數據丟失等影響計量的故障發生。 
  經過比對發現如果現場條件允許、資金充足并且燃氣用氣量很大的情況下采取串聯流量計監測的方法，相反則可以選擇流量計自身監測的方法。 

2.2、暫時性監測：

  除了上述兩種方法外，國外廠商設計的在線診斷軟件不需要額外的空間，只需要專業的工程師攜帶相應的設備到現場去檢測即可完成渦輪流量計的在線監測，但是由于需要專門的設備和專業人員才可以進行現場的操作，因此該方法并不能實現二十四小時實時的監測；另外這個軟件和工程師的每天診斷費用就高達數萬元，無論是用戶還是燃氣供應方都是無法承受的經濟負擔。 

圖 4-3  計量管線 2 開 1 備設計圖 

3、在線監測數據參數：

3.1、渦輪流量計局部壓力損失的產生分析：
  圖 4-4 是燃氣流經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 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，產生壓力損失體現在水頭損失上。 

3.2、渦輪流量計壓力損失與流量的關系：
  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（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，在實際運行當中重點就是如何確定其局部阻力數 ξ，氣質不變，局部阻力數 ξ 在某一速度下的數值又可以通過實驗的方法來確定。 

3.3、壓力損失法在線監測數據分析：

  圖 4-5 是選自《氣體渦輪流量計流道壓力損失的數值模擬》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境數值模擬測試。[18]  

圖 4-5 壓力損失與流量函數圖 
  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系，壓力損失隨著流量的增加而增加，二者之間關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） 根據上述結論，在正常情況下做出壓力損失與流量函數圖（f( )的函數圖），得出相應的一元二次方程組。將燃氣渦輪流量計實際運行情況下記錄的的示數q  帶入到公式（4-6）中，那么計算出的壓力損失為P  ，將P  數值與壓力損失計所記錄的真實數值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數據測量部件存在故障。計量工程師就需要去現場，對渦輪流量計進行故障排除。 應用舉例：有些用戶是間斷用氣的，當不用氣的時候，渦輪流量計的示數為零，那么該流量計前后沒有壓力損失，壓力損失計的示數為零，這是正常的現象。但是，當壓力損失計持續顯示，并且示數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數據測量部件出現了故障，存在過氣不計量的情況。 

4、在線監測結果分析：
  經過比對可以發現，性監測的方法不僅可以實現二十四小時不間斷監測，還可以提高計量數據的真實有效性。暫時性監測不能完全實現二十四小時不間斷監測，在未監測時間段內的計量數據是否正常就難以確認。 燃氣渦輪流量計的在線監測手段需要對渦輪流量計進行實時監測，才能夠時間發現渦輪流量計的故障，及時采取相應的措施減少故障帶來的損失。這樣就可以有效的監測渦輪流量計的工作狀態，保障貿易計量的準確性。 在線監測必須具有如下功能： 

（2）及時發現：
  由于是不間斷的監測，就可以使我們燃氣供應方在時間內就發現渦輪流量計的故障，尤其是貿易計量的渦輪流量計，在***短的時間內得到故障信息，這樣就可以避免在發現故障不及時所帶來的損失。 不間斷的監測還應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，提前發現并由廠家做好維護更新工作，將一部分故障消除在未發生之前。 
（3）延長檢定周期：
  根據《中華人民共和國計量法》的規定，燃氣的渦輪流量計屬于速度式流量計，作為貿易計量器具使用時，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，在拆裝和運輸的過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測裝置，一經發現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的延長其檢定周期，節省不必要的開支和風險。對于投入運行時間在 5 到 10 年的渦輪流量計來說，可以通過實時監測，一旦發現問題就送檢。通過在線監測設備的投入使用，就可以適當的調整渦輪流量計的檢定周期，合理的安排資源。