摘要:介紹了孔板流量計(jì)量器具的應(yīng)用,同時(shí)針對當(dāng)前孔板流量自動計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和分析,為現(xiàn)場孔板流量計(jì)計(jì)量精度的提高提出了相應(yīng)的建議和要求。
由于歷史原因和自身的特點(diǎn),孔板流量計(jì)在當(dāng)前天然氣計(jì)量中占據(jù)很大市場。同時(shí),由于自動化技術(shù)在孔板流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用,使孔板流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)計(jì)量過程中人為誤差等不利因素,進(jìn)一步提高了孔板流量計(jì)的計(jì)量精度。
1天然氣流量計(jì)量方法
我國天然氣計(jì)量通常以體積表示，法定單位是立方米。我國規(guī)定天然氣流量測量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是:絕對壓力為0.101325MPa,溫度為23.15℃。天然氣流量計(jì)量方法很多,可用的流量儀表也很多,按工作原理大致分為:差壓式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)3種類型。在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)方面,目前世界上多數(shù)國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)逐步向1S05167《用孔板測量充滿圓管的流體的流量》靠攏，我國天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)也修訂為SY/T6143-1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》。
2孔板流量計(jì)自動計(jì)量概況
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、壓差等參數(shù),通過計(jì)算機(jī)中的流量計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)整個(gè)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)自動化計(jì)量的方案較多,目前主要有以下4種模式。
2.1單變變送器+流量計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))利用
單變量模擬變送器分別檢測溫度、壓力、差壓,并將檢測到的電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20MA模擬信號送入流量計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))的數(shù)據(jù)采集卡,通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,在流量計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))上通過流量計(jì)算軟件計(jì)算出天然氣瞬時(shí)流量、累積流量以及實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。此方式屬傳統(tǒng)自動計(jì)量模式,缺點(diǎn)為采集、傳輸為模擬信號,抗千擾能力較差，由于信號轉(zhuǎn)換等問題計(jì)量精度難以提高,而且硬件較復(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。
2.2多變量變送器+流量計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))利用
1臺多變量智能變遞器同時(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))數(shù)據(jù)采集卡后上通過流量計(jì)算軟件計(jì)算出天然氣瞬時(shí)流量、累積流量及實(shí)現(xiàn)其他功能。此方式硬件連接簡化了許多,提高了系統(tǒng)的可靠性和測量精度。但由于變送器僅檢測測量信號不進(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)--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;工控機(jī)上軟件計(jì)算一般自主開發(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),可靠性稍微差些。為增加系統(tǒng)的可靠性和操作界面直觀化,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),即流量計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)流量計(jì)算,工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)顯示。
2.3多變智能變送器+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,送人工控機(jī)顯示和實(shí)現(xiàn)其他輸助功能。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,變送器可單校也可聯(lián)校,易于維護(hù)。但由于在工控機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)流量的累積和存儲,可靠性較差,易造成數(shù)據(jù)丟失。
2.4一體化智能儀表+工控機(jī)主
要利用一體化智能儀表實(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,以及累積流量和歷史數(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)電池組、太陽能和外接電源等,實(shí)現(xiàn)了在無電力供應(yīng)情況下,可以獨(dú)立自成計(jì)量系統(tǒng)，就地顯示天然氣瞬時(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)字信號傳輸上傳顯示,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)簡單、操作更簡單更可靠、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。
3自動計(jì)量方案選擇的原則
由于天然氣流量計(jì)量是--種間接的、多參數(shù)的、動態(tài)的、不可再現(xiàn)的測量,天然氣的流量計(jì)量是流量測量中的難點(diǎn)之一。因此,在選擇具體方案時(shí),應(yīng)著重考慮系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和先進(jìn)性。一般主要遵從以下原則。
3.1數(shù)據(jù)的安全性原則指
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)對天然氣管網(wǎng)的有效監(jiān)控,并保證數(shù)據(jù)的可靠性,為企業(yè)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理、經(jīng)營、指揮、協(xié)調(diào)提供重要依據(jù)。計(jì)量信息系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)源,一旦出現(xiàn)問題,將給企業(yè)帶來不可估量的損失。因此,數(shù)據(jù)源要求準(zhǔn)確、齊全、完整、可靠。為此在選擇方案時(shí),首要問題就是考慮計(jì)量數(shù)據(jù)的安全性。由于針對天然氣集輸企業(yè)分散、環(huán)境因素惡劣,要充分考慮計(jì)算機(jī)故障、電力供應(yīng)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。
3.2計(jì)量回路的獨(dú)立性原則
主要是為了保證在計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(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。
3.3使用操作的簡單、可靠原則
由于天然氣集輸企業(yè)的站、場一般都比較分散,專業(yè)人員相對較少。因此,在選擇、設(shè)計(jì)方案時(shí)要充分考慮操作、維護(hù)的簡要性,做到簡單易用、高可靠、低維護(hù),從而確保計(jì)量系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4兼顧發(fā)展的原則
伴隨天然氣貿(mào)易的發(fā)展對天然氣計(jì)量的精度和計(jì)量方式的要求也越來越高。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)。
3.5計(jì)算方法和計(jì)算軟件的合法性原則
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)算軟件的合法性問題,避免由此而引起不必要的計(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。在具體的計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)采用用戶認(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。
3.6技術(shù)先進(jìn)、成熟的原則
現(xiàn)代計(jì)量逐步發(fā)展成為一門綜合性的專業(yè)技術(shù)，它是集成計(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-體的技術(shù)結(jié)晶。由于各儀表廠家技術(shù)水平的不平衡,在選擇方案時(shí)一定要有預(yù)見性。
4存在的問題.
盡管孔板流量計(jì)自動計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展越來越完善,但由于設(shè)備、測量儀表本身的原因和自動計(jì)量技術(shù)上的局限性,在提高計(jì)量的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)處理上,仍存在一些問題。
4.1節(jié)流裝置帶來的誤差
首先,孔板流量計(jì)在流體較為千凈、流經(jīng)節(jié)流裝置前直管段比較理想(遠(yuǎn)大于10倍圓管直徑)、流體處于紊流狀態(tài)(雷諾數(shù)大于4000)時(shí),其精度可達(dá)0.75級。但由于氣質(zhì)、計(jì)量直管段沒有達(dá)到要求,孔板產(chǎn)生誤差的因素有:孔板人口銳角損傷;液體及固體污物堆積在孔板表面,使孔板表面粗糙度改變,大大增加測量誤差。根據(jù)對現(xiàn)場使用過的孔板所作測量統(tǒng)計(jì),孔板在剛開始投用時(shí),精度可達(dá)1%，連續(xù)運(yùn)行3月后,其測量精度僅達(dá)到3%甚至更低。其次,量程比的問題。量程比(3:1)是孔板流量計(jì)最大的缺憾。盡管現(xiàn)在已有寬量程比的變送器,但在對于瞬間流量變化范圍很大,流量低于最大流量的30%時(shí),由于節(jié)流式測量方法原因,計(jì)量的精度將大幅度降低。因此,為了提高量程比,可以考慮利用變送器寬量程的特點(diǎn),運(yùn)用軟件的方式實(shí)現(xiàn)量程的自動調(diào)整(軟維護(hù)),從而擴(kuò)大量程比,提高測量的有效范圍,保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。
4.2現(xiàn)場變送器的誤差
現(xiàn)場差壓、壓力變送器本身能達(dá)到的精度是實(shí)現(xiàn)整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)精度的基礎(chǔ)。因此,要保證差壓變送器、溫度傳感器、壓力傳感器的本身精度為A級,即時(shí)進(jìn)行檢定,保證其精度。
4.3異常數(shù)據(jù)的處理問題
任何系統(tǒng)都有可能出現(xiàn)故障，可能出現(xiàn)--些異常的無理數(shù)據(jù)。因此為了維護(hù)貿(mào)易雙方的利益,對可能出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)問題在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮數(shù)據(jù)的審慎可修改性,從而避免異常數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)并參與累積計(jì)算,造成計(jì)量數(shù)據(jù)的混亂。
4.4操作界面和過程數(shù)據(jù)的利用問題
由于天然氣輸送的連續(xù)性、動態(tài)性、瞬間的不確定性以及不可再現(xiàn)等特點(diǎn),實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,對數(shù)據(jù)形成的全過程進(jìn)行有效的監(jiān)控和保存,有利于數(shù)據(jù)異常的分析和控制,是數(shù)據(jù)管理中重要的一環(huán)。目前的自動計(jì)量系統(tǒng)在此方面有所考慮,但過程數(shù)據(jù)的應(yīng)用、分析、界面功能尚不完全,還有待于完善。
5結(jié)論
在采用孔板流量計(jì)測量天然氣流量時(shí),如對孔板.流量計(jì)的一次裝置(孔板節(jié)流裝置)和二次儀表(差壓靜壓溫度、天然氣物性參數(shù)計(jì)量器具等)配套儀表的選擇、設(shè)計(jì)、安裝、使用都嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,并在受控狀態(tài)下使用時(shí)，其流量測量精度是可以控制在+1%~+1.5%范圍內(nèi)的。
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,就提高計(jì)量精度提出以下控制方法及建議。
5.1孔板節(jié)流裝置必須符合標(biāo)準(zhǔn)
孔板節(jié)流裝置應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)安裝設(shè)計(jì),根據(jù)孔板前阻力件形式配接足夠長度的直管段,一般應(yīng)至少前30D。長慶氣田在開發(fā)初期部分集氣站因設(shè)計(jì)原因流量計(jì)直管段長度為前10D后5D,造成天然氣計(jì)量輸差達(dá)到士5%~土8%。分析原因后經(jīng)技術(shù)改造,計(jì)量管段改為前30D后10D,使計(jì)量輸差降低到+1.5%。
5.2氣流中存在脈動流的改善措施
在天然氣計(jì)量中由于各種原因使天然氣脈動,可以采取以下措施減小脈動流的影響。
(1)在滿足計(jì)量能力的條件下,應(yīng)選擇內(nèi)徑較小的測量管,使Op、β在比較高的雷諾數(shù)下運(yùn)行。
(2)采用短引壓管線,盡量減少引壓管線系統(tǒng)中的阻力件,并使上下游管段相等,以減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動振幅的增加。
(3)采用自動清管系統(tǒng)或低處安裝分液器來降低管線中積液引起的脈動。為使天然氣流量計(jì)量達(dá)到具有最佳的計(jì)量性能,應(yīng)將天然氣中的水分徹底脫出。
5.3加強(qiáng)計(jì)量管理、建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度
嚴(yán)格貫徹執(zhí)行SY/T6143-1996標(biāo)準(zhǔn),確保裝置完全符合標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度,如定期維護(hù)制度、周期送檢制度,加強(qiáng)對天然氣生產(chǎn)情況的監(jiān)測，及時(shí)消除誤差。長慶氣田根據(jù)氣質(zhì)的凈化程度,規(guī)定集氣站、貿(mào)易交接計(jì)量孔板定期清洗檢查,同時(shí)還配備孔板綜合測試儀定期對孔板進(jìn)行幾何尺寸檢定,使集氣站單井計(jì)量輸差能有效控制在土1.0%以內(nèi)。
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