孔板流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量模式的

一、孔板流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量概況
      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(jiǎn)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(cè)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(xiāo)廠( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)該廠) 是一個(gè)集氣田開(kāi)發(fā)、伴生氣集輸和商品氣外銷(xiāo)的綜合性企業(yè), 承擔(dān)著整個(gè)中原油田90% 的外銷(xiāo)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(gè), 分布于大小30 個(gè)站, 其中192 個(gè)計(jì)量點(diǎn)屬于孔板流量計(jì), 占整個(gè)流量計(jì)量點(diǎn)的87%, 是一個(gè)典型的點(diǎn)多、線(xiàn)長(zhǎng)、站場(chǎng)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(duì)天然氣流量計(jì)量的要求越來(lái)越高。為此, 要對(duì)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(yíng)效率和集輸管理水平, 就需要討論天然氣流量的自動(dòng)計(jì)量問(wèn)題。
二、孔板流量計(jì)的測(cè)量原理
        充滿(mǎn)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(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)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、自動(dòng)計(jì)量的實(shí)現(xiàn)模式
        所謂自動(dòng)計(jì)量, 就是利用變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)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(guò)計(jì)算機(jī)中的流量計(jì)算軟件, 實(shí)現(xiàn)整個(gè)流量測(cè)量環(huán)節(jié)中無(wú)人工參與的天然氣流量測(cè)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(dòng)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(tái)單變量模擬變送器分別檢測(cè)溫度、壓力、差壓, 并將各參數(shù)檢測(cè)到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4~ 20 mA 模擬信號(hào), 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(guò)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(guò)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(dòng)計(jì)量模式, 所采集、傳輸?shù)亩际悄M信號(hào), 抗力比較差, 由于存在信號(hào)轉(zhuǎn)換等問(wèn)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。可擴(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(kāi), 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(tái)多變量智能變送器同時(shí)檢測(cè)溫度、壓力、差壓等, 采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)制, 通過(guò)數(shù)字信號(hào)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(guò)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(lái)的, 由原來(lái)的測(cè)量1 個(gè)參數(shù)需要1 臺(tái)變送器, 改為測(cè)量多個(gè)參數(shù)只需要1 臺(tái)變送器, 并在數(shù)據(jù)傳輸中采用數(shù)字信號(hào), 使得在系統(tǒng)硬件連接上簡(jiǎn)化了許多, 提高了系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度。但由于變送器只是檢測(cè)測(cè)量信號(hào), 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(zhuān)用的固化軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ), 比較穩(wěn)定可靠, 可信任度較高, 用戶(hù)易接受; 工控機(jī)上軟件計(jì)算一般主要是自主開(kāi)發(fā), 便于軟件升級(jí)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(kāi)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(cè)量參數(shù)和計(jì)算瞬時(shí)流量, 并通過(guò)數(shù)字信號(hào)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(wú)累積功能, 也不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此, 所測(cè)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(chǔ)功能。
       采用這種方式, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)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(chǔ)。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(wú)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(kù), 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(yáng)能和外接電源等, 實(shí)現(xiàn)了在無(wú)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(chǔ)、再現(xiàn)等; 正常情況下可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和上位機(jī)連接, 實(shí)行數(shù)字信號(hào)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(wú)憂(yōu)化, 使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作更簡(jiǎn)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(guò)程的干擾, 提高了計(jì)量的精度。
       四、自動(dòng)計(jì)量方案選擇的原則
        天然氣的流量計(jì)量是流量測(cè)量中的難點(diǎn)之一, 這主要是由于天然氣流量計(jì)量是一種間接的、多參數(shù)的、動(dòng)態(tài)的、不可再現(xiàn)的測(cè)量。因此, 如何充分考慮天然氣流量計(jì)量的特殊性, 確保天然氣自動(dòng)計(jì)量的可靠性和準(zhǔn)確性是天然氣集輸企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。針對(duì)實(shí)現(xiàn)方案的多樣性, 在選擇具體方案時(shí), 應(yīng)著重考慮系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和*性。判定方案的可靠性和*性, 主要遵從以下原則。
       1. 數(shù)據(jù)的安全性原則
        所謂數(shù)據(jù)的安全性, 就是在非儀表故障的情況下, 計(jì)量系統(tǒng)能夠提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù), 以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管網(wǎng)的有效監(jiān)控, 并保證數(shù)據(jù)的可靠性, 以維護(hù)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)利益; 尤其是構(gòu)筑在自動(dòng)計(jì)量基礎(chǔ)之上的企業(yè)信息系統(tǒng)更是企業(yè)管理、經(jīng)營(yíng)、指揮、協(xié)調(diào)的重要依據(jù)。計(jì)量是信息系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)源, 如果數(shù)據(jù)源一旦出現(xiàn)問(wèn)題, 將給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失。因此, 對(duì)數(shù)據(jù)源的要求就是準(zhǔn)確、齊全、完整、可靠, 為此在選擇方案時(shí), 首要的問(wèn)題就是考慮計(jì)量數(shù)據(jù)的安全性。由于天然氣集輸企業(yè)一般都在偏遠(yuǎn)的地方、站場(chǎng)比較分散, 各種環(huán)境因素比較惡劣, 因而要充分考慮計(jì)算機(jī)故障、電力供應(yīng)不足等實(shí)際情況, 做好預(yù)案, 避免由此而引起的數(shù)據(jù)丟失。
       2. 計(jì)量回路的獨(dú)立性原則
       獨(dú)立性原則, 主要是為了保證在計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí), 盡量減少故障的影響面, 降低故障的影響程度, 從而維護(hù)企業(yè)的安全平穩(wěn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。
       3. 使用操作的簡(jiǎn)單、可靠原則
       由于天然氣集輸企業(yè)的站、場(chǎng)一般都比較分散, 專(zhuān)業(yè)人員相對(duì)較少。因此, 在選擇、設(shè)計(jì)方案時(shí)要充分考慮操作、維護(hù)的簡(jiǎn)便性, 做到簡(jiǎn)單易用、高可靠、低維護(hù), 從而確保計(jì)量系統(tǒng)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行。
       4. 兼顧發(fā)展的原則
       由于天然氣貿(mào)易的發(fā)展和要求, 用戶(hù)對(duì)天然氣計(jì)量的精度和計(jì)量方式的要求也越來(lái)越高。在選擇時(shí)要考慮天然氣計(jì)量交接方式的可能改變和實(shí)時(shí)計(jì)量補(bǔ)償?shù)目赡? 如在線(xiàn)色譜分析、實(shí)時(shí)補(bǔ)償、能量計(jì)量等。如果要在企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上, 建立以企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)為紐帶的站控系統(tǒng), 則應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程組態(tài)。
       5. 計(jì)算方法和計(jì)算軟件的合法性原則
       計(jì)量, 就是計(jì).. 錢(qián)..。由于利益的因素, 在天然氣貿(mào)易計(jì)量中要充分考慮到計(jì)算方法和計(jì)算軟件的合法性問(wèn)題, 以避免因使用計(jì)算方法不合適、計(jì)算軟件缺乏性而引起不必要的計(jì)量糾紛。由于天然氣計(jì)量方法的多樣性, 應(yīng)考慮計(jì)算軟件的獨(dú)立化, 這樣才便于流量計(jì)算軟件的升級(jí)。在具體的計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)采用用戶(hù)認(rèn)可的特定計(jì)算方法或是以合同、協(xié)議的方式規(guī)定計(jì)算方法, 這方面要和用戶(hù)充分溝通。
       6. 技術(shù)*、成熟的原則
       現(xiàn)代計(jì)量逐步發(fā)展成為一門(mén)綜合性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù), 它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、儀表制造技術(shù)、微功耗技術(shù)為一體的技術(shù)結(jié)晶。由于各個(gè)儀表廠家技術(shù)水平的不平衡, 在選擇方案時(shí)一定要有預(yù)見(jiàn)性, 選擇技術(shù)*、成熟的廠家, 以減少系統(tǒng)的維護(hù)量。當(dāng)然, 在具體方案的選擇時(shí), 還要綜合考慮到其他一些因素如資金、成本、氣質(zhì)特點(diǎn)等。