| 原油交接動態稱重配料系統的設計與實現 | 2020-02-28 |
| 0引言 油氣計量分為油、氣井產量計量和外輸流量計量兩種，其中外輸計量是對石油和天然氣輸送流量的測定，它是輸出方和接收方進行油氣交接經營管理的基本依據。本文介紹的就是原油的外輸稱重配料系統。 在沒有應用原油交接動態稱重配料系統之前，原油交接計量工作是通過查原油體積溫度修正表、原油體積壓力修正表、標準密度表和標準密度轉換為15度密度表等多種原油計量表格來進行人工計量。因此，每次原油交接時都在做一些重復的查表工作，工作效率很低而且容易出錯。 隨著計算機技術、工業控制技術的迅猛發展，稱重配料系統方式向自動化、智能化、遠程化方向拓展，采用原油交接動態稱重配料系統可以降低員工勞動強度、提高勞動生產率，并且提高了計算精度。 1計量配料系統硬件結構 原油交接動態計量稱重配料系統主要完成原油長輸管道的連續計量，屬于長時間（超過24小時）的連續性計量，每8小時計算一次輸油量。此系統由流量計、壓力變送器、溫度變送器、取樣器、下位機RTU控制器、上位機數據監測和計量軟件系統組成。 RTU通過計算機串口與原油交接稱重配料系統的上位機通訊，它向上位機傳輸采集到的實時監測數據，同時接收從上位機發送的計量和取樣等命令，實現自動取樣和計量。 2配料系統軟件結構 下位機控制器采用CASGOOD公司的E16RTU，配料系統負責數據采集和對取樣器的控制，上位機數據監測和稱重配料系統主要是在組態王軟件上進行二次開發而成的，其中，計量的計算模塊單獨由Visua開發，自動配料系統和組態王軟件采用DDE方式通訊。 3組態王與I/O設備的通訊 3.1組態王與計算模塊程序的通訊 組態王與計算模塊采用DDE（DynamicDataExchange）技術進行通訊。計算模塊采用VB實現，設計一個用話題名VBDome為其窗體名的一個窗體，并且其LinkMode屬性設置為“1-Source”,LinkTopic屬性設置為VBDome。 組態王把計算模塊看成是一個標準的I/O設備，其方法是首先在組態軟件中添加一個DDE設備，定義該設備的連接對象名為VBDDE，然后其服務程序名VBDDE和話題名VBDome。其數據交換方式是標準的Windows項目交換。通過組態王的數據詞典來連接該DDE設備，其項目名是計量服務程序VBDome窗體中對應的數據顯示控件名。這樣組態王中的I/O變量就和計量服務程序的數據顯示控件同步。計算模塊可以接收組態王的命令碼也可以將計算結果傳給組態王。3.2組態王與控制器的通訊 組態王和下位機控制器采用RS232串口進行通訊，其方法是首先在組態軟件中添加一個以Modbus(RTU)為通訊協議的串口設備，首先給安裝的設備的邏輯名稱echo，選擇與設備所連接的串口com1,設備地址為1，最后再設定串口通訊的波特率。 組態王數據詞典的I/O變量通過設置控制器寄存器相應的地址來連接該串口設備，這樣組態王就和控制器建立了會話。4.系統計算模塊實現 首先，系統需要獲取相關的參數,如流量計累積體積、流量計出口溫度、流量計出口壓力、視密度(化驗密度)、視溫度(樣品溫度)、含水率和飽和蒸氣壓。然后，根據國家標準《原油動態稱重計量配料系統油量計算》（GB/T9109.5-1988）計算出計量時間段內的凈輸油量。 具體的計算過程如下： ⑴記錄計量時間內流量計的開始讀數和結束讀數，計算出累計體積值Vi； ⑵每隔兩個小時記錄一次流量計出口溫度和流量計出口壓力，最后求出流量計平均工作溫度t和平均工作壓力P； ⑶每隔兩小時取樣一次，四小時摻和成一份組合試樣，測出視密度ρt和含水率W的平均值； ⑷根據視溫度VT和視密度,采用線性變換法查原油標準密度表,求出標準密度ρ20； ⑸根據標準密度采用線性變換法從15度密度表中查15度密度ρ15； ⑹根據視溫度、15度密度計算油品壓縮系數F； F=ex*10-6 其中x=-1.62080+(21.592*t+0.5*n)*10-5+(87096.0/ρ152+0.5*n)*10-5 +(420.92*t/ρ152+0.5*n)*10-5,當t>0時,n=1.0,t≤0時,n=-1.0; ⑺根據流量計平均工作壓力P、油品飽和蒸汽壓VF和油品壓縮系數計算出油品體積壓力修正系數,具體的計算公式為Cpi=1/[1-(P–VF)*F]; ⑻根據視溫度和標準密度，采用線性變換法從Cti表中查出油品體積溫度修正系數； ⑼根據輸油量計算公式計算出實交凈油量、實交水量和實交含水油量。 其輸油量計算公式是：mn=Vi*（ρ20-0.0011）*MF*Cpi*Cti*（1-W） 式中：Vi------流量計累計體積值 ρ20------原油的標準密度 MF------流量計系數，設MF=1 Cpi------原油體積壓力修正系數 Cti------原油體積溫度修正系數 W------原油試樣的含水率 5原油交接計量稱量配料系統方式 自動配料系統分為兩種種計量方式：油罐計量和管道計量。其中油罐計量和管道計量都是以流量計為基礎的動態計量，它們的區別在于管道計量在進行計量時需要選擇計量開始和結束時間，其余的操作步驟和油罐計量相同。 5.1取樣器設定 進入取樣器設定畫面，設置取樣時間和取樣方式。取樣時間是用戶估計的本次取樣所需的時間。 取樣方式有兩種：按時間比例取樣和按流量比例取樣。時間比例參數是每小時多少樣。流量比例取樣參數是多少升采一樣。用戶可根據交接雙方協商選擇。用戶設定好參數后，單擊“開始取樣”按鈕開始取樣。到取樣時間后，系統會給出提示，這時單擊“停止取樣”按鈕結束取樣。 5.2油罐計量方式 當選擇油罐計量方式，系統顯示了兩臺流量計的出口溫度、出口壓力、過濾器差壓和瞬時流量等現場信號，并顯示本次輸油的差值流量和總累計。 ⑴在交接計量前，先單擊每臺流量計下方的“開始”按鈕，則差值流量從0開始累計本次的輸油量，同時按鈕變為“結束”。 ⑵本次輸油結束后，單擊“流量計”畫面的“結束”按鈕。進入“油品化驗”畫面，輸入油樣化驗的含水率、視溫度、視密度后，系統會計算出標準密度。 ⑶交接雙方登陸后，進入動態計量畫面。 ⑷選擇流量計，系統自動得出本次輸油的流量計出口溫度、壓力的平均值和流量計的開始、結束讀數，并顯示化驗后求出的標準密度和含水率，如果雙方需要修改參數，單擊“參數修改”按鈕修改。 ⑸用戶輸入飽和蒸氣壓后，單擊“計算”按鈕后，系統自動求出本次輸油的輸油量和計算中用到的中間參數。 ⑹單擊“生成本次交接計量憑單”按鈕，生成本次交油的憑證。 6報表和配料系統報警 系統為用戶生成包括日報表和動態交接計量憑單的兩個報表，其中日報表主要記錄每個小時的現場采集數據，動態交接計量憑單記錄了計量過程中的相關數據。同時，這兩個報表可分別打印。 另外，為了讓操作員可實時了解配料系統的運行狀況，確保自動配料系統穩定的運行，系統還顯示有當前的報警信息。 7配料系統安全性 在交接雙方沒有登錄交接系統前，操作員只能進入“流量計”、“報警”兩個畫面，其余畫面都被鎖定。只有在交接雙方登錄成功后，才能激活其它畫面。這樣，防止了用戶在計量前的誤操作。同時，交接雙方也可以修改各自密碼，保證了自動配料系統的安全性。 另外，把稱重配料系統的計量模塊設計成DDE的服務端。當系統啟動時，自動啟動計量服務，并把計量圖標自動放到任務欄中；當系統退出后，其計量服務也隨之停止。這樣，后臺計量服務對用戶是透明的，對自動配料系統的安全性和可靠性都有了很大的提高。8系統效果評價 該自動稱重配料系統在原油動態交接計量過程中取得了顯著的效果，大大提高了工作效率。與傳統的人工計量相比,不僅縮短了工作量,而且計量結果的準確性、可靠性均得到改善。 但是，該稱重配料系統也存在一些不足的地方。比如，稱量配料系統需要人工輸入視密度、視溫度和含水率等化驗數據。如果配料系統設計為自動油品化驗，那么，將在很大程度上降低員工的勞動強度。另外，把本地Access數據庫改為Oracle數據庫，這樣，采集數據和計量數據將可以在企業的Web發布系統上查詢，便于數據共享。 | |
