一、天然氣流量計(jì)概況：
目前在天然氣流量計(jì)量領(lǐng)域中, 孔板流量計(jì)仍占主導(dǎo)地位, 這主要是由于其發(fā)展歷史悠久、研究深入、標(biāo)準(zhǔn)化程度高和簡單易于制造等特點(diǎn)決定的。由于歷史原因和技術(shù)限制, 在天然氣集輸企業(yè)中孔板流量計(jì)一直以機(jī)械式差壓計(jì)為主要記錄儀表, 輔以人工錄取參數(shù)和手工計(jì)算, 使得天然氣流量測量存在著環(huán)節(jié)多、精度低和信息反饋滯后等缺點(diǎn)。中原油氣高新股份有限公司天然氣產(chǎn)銷廠 (以下簡稱該廠) 是一個集氣田開發(fā)、伴生氣集輸和商品氣外銷的綜合性企業(yè), 承擔(dān)著整個中原油田90%的外銷氣量。因此天然氣計(jì)量工作在該廠顯得非常重要。目前該廠共有天然氣流量計(jì)量點(diǎn)220多個, 分布于大小30個站, 其中192個計(jì)量點(diǎn)屬于孔板流量計(jì), 占整個流量計(jì)量點(diǎn)的87%, 是一個典型的點(diǎn)多、線長、站場高度分散的企業(yè)。隨著企業(yè)管理的科學(xué)化和信息化的發(fā)展, 對天然氣流量計(jì)量的要求越來越高。為此, 要對天然氣流量實(shí)行快速、準(zhǔn)確、及時(shí)的信息反饋, 以提高企業(yè)的經(jīng)營效率和集輸管理水平, 就需要討論天然氣流量的自動計(jì)量問題。
二、天然氣流量計(jì)測量原理：
充滿管道的流體, 當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí), 如圖1所示, 流速將在標(biāo)準(zhǔn)孔板處形成局部收縮, 從而使流速增加, 靜壓力降低, 這樣在標(biāo)準(zhǔn)孔板前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大, 產(chǎn)生的壓差愈大, 因此可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程 (質(zhì)量守恒定律) 和伯努利方程 (能量守恒定律) 為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān), 例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì) (密度、黏度) 不同時(shí), 在同樣的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。
三、天然氣流量計(jì)自動計(jì)量的實(shí)現(xiàn)模式：
所謂自動計(jì)量, 就是利用變送器實(shí)時(shí)檢測天然氣流量計(jì)量中所涉及到的溫度、壓力、差壓等參數(shù), 通過計(jì)算機(jī)中的流量計(jì)算軟件, 實(shí)現(xiàn)整個流量測量環(huán)節(jié)中無人工參與的天然氣流量測量。隨著計(jì)量技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)運(yùn)用的普及, 實(shí)現(xiàn)孔板流量計(jì)自動計(jì)量的方案已有多種, 目前主要有以下4種模式。
1.單變量變送器+流量計(jì)算機(jī) (或工控機(jī))
利用3臺單變量模擬變送器分別檢測溫度、壓力、差壓, 并將各參數(shù)檢測到的電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA模擬信號, 送入流量計(jì)算機(jī) (或工控機(jī)) 的數(shù)據(jù)采集板卡, 通過A/D轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字量, 在流量計(jì)算機(jī) (或工控機(jī)) 上通過流量計(jì)算軟件按要求計(jì)算出天然氣的瞬時(shí)流量、累積流量及實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。
此方式是傳統(tǒng)的自動計(jì)量模式, 所采集、傳輸?shù)亩际悄M信號, 抗干擾能力比較差, 由于存在信號轉(zhuǎn)換等問題, 計(jì)量精度難以提高, 而且硬件連接較復(fù)雜、中間環(huán)節(jié)較多、可靠性較差?？蓴U(kuò)展為:單變量變送器+流量計(jì)算機(jī)+工控機(jī), 從而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)算與顯示分開, 提高系統(tǒng)的可靠性和可視性。
2.多變量變送器+流量計(jì)算機(jī) (或工控機(jī))
利用1臺多變量智能變送器同時(shí)檢測溫度、壓力、差壓等, 采用現(xiàn)場總線制, 通過數(shù)字信號傳輸, 送入流量計(jì)算機(jī) (或工控機(jī)) 的數(shù)據(jù)采集板卡, 在流量計(jì)算機(jī) (或工控機(jī)) 上通過流量計(jì)算軟件按要求計(jì)算出天然氣的瞬時(shí)流量、累積流量及實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。此方式是隨變送器技術(shù)發(fā)展而來的, 由原來的測量1個參數(shù)需要1臺變送器, 改為測量多個參數(shù)只需要1臺變送器, 并在數(shù)據(jù)傳輸中采用數(shù)字信號, 使得在系統(tǒng)硬件連接上簡化了許多, 提高了系統(tǒng)的可靠性和測量精度。但由于變送器只是檢測測量信號, 不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 因此在校準(zhǔn)時(shí)必須和流量計(jì)算機(jī)一起實(shí)行聯(lián)校。
采用流量計(jì)算機(jī)或工控機(jī), 主要區(qū)別在于流量計(jì)算部分。流量計(jì)算機(jī)是專用的固化軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲, 比較穩(wěn)定可靠, 可信任度較高, 用戶易接受;工控機(jī)上軟件計(jì)算一般主要是自主開發(fā), 便于軟件升級和系統(tǒng)維護(hù), 由于計(jì)算量大, 特別是多路計(jì)量時(shí), 可靠性稍差些。
為了增加系統(tǒng)的可靠性和操作界面的直觀化, 這種方式也可擴(kuò)展為:多變量變送器+流量計(jì)算機(jī)+工控機(jī), 即將流量計(jì)算和顯示部分分開實(shí)行在流量計(jì)算機(jī)中計(jì)算, 在工控機(jī)上顯示。
3.多變量智能變送器+工控機(jī)
此方式與模式2比較, 主要區(qū)別是變送器內(nèi)固化了流量處理軟件, 使得變送器可以就地顯示瞬時(shí)測量參數(shù)和計(jì)算瞬時(shí)流量, 并通過數(shù)字信號傳輸, 送入工控機(jī)上顯示和實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。由于變送器顯示的只是瞬時(shí)流量, 無累積功能, 也不能存儲數(shù)據(jù)。因此, 所測量的流量值必須在工控機(jī)上進(jìn)行二次處理, 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的累積和存儲功能。
采用這種方式, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化, 變送器可實(shí)現(xiàn)單校也可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)校, 易于維護(hù), 但由于必須在工控機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)流量的累積和存儲。因此, 可靠性較差, 一旦工控機(jī)出現(xiàn)故障或電力故障, 將無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存和累積, 易造成數(shù)據(jù)丟失。
4.一體化智能儀表+工控機(jī)
此方式與模式3的區(qū)別主要也是在變送器上, 即一體化智能儀表實(shí)現(xiàn)了變送器與流量計(jì)算機(jī)的一體化, 不僅自帶數(shù)據(jù)庫, 可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)參數(shù)及流量的顯示, 還可實(shí)現(xiàn)累積流量和歷史數(shù)據(jù)的再現(xiàn);而且在儀表的運(yùn)行方面, 采取了多種電源保障方式:內(nèi)電池、內(nèi)電池組、太陽能和外接電源等, 實(shí)現(xiàn)了在無電力供應(yīng)的情況下, 可以獨(dú)立自成計(jì)量系統(tǒng), 就地顯示天然氣的瞬時(shí)流量、累積流量和數(shù)據(jù)的存儲、再現(xiàn)等;正常情況下可通過現(xiàn)場總線和上位機(jī)連接, 實(shí)行數(shù)字信號傳輸, 送入工控機(jī)上顯示, 也可以在工控機(jī)上實(shí)行二次數(shù)據(jù)處理, 組成的計(jì)量系統(tǒng)更加靈活、可靠。
采用這種方式, 實(shí)現(xiàn)了計(jì)量數(shù)據(jù)的無憂化, 使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單、操作更簡便、更可靠、更易維護(hù);不僅可以單校也可以聯(lián)校;采用獨(dú)立的計(jì)量回路, 減少了數(shù)據(jù)傳輸過程的干擾, 提高了計(jì)量的精度。
