摘　要(yao)　目前孔闆流量(liang)計 仍然在天然(ran)氣計量中占主(zhu)導地位。随着計(ji)算機、變送器和(he)通訊等技術的(de)發展,充分利用(yong)先進技術,使孔(kǒng)闆流量計發揮(hui)其标準化程度(dù)高、研究深入的(de)技術優勢,實現(xian)天然氣流量的(de)自動計量✉️是孔(kǒng)闆流量計發展(zhǎn)的必然趨勢。根(gēn)據目前👈孔闆流(liu)量計實現天然(rán)氣自動計量的(de)多種模式,通過(guò)分析、比較,提出(chu)了選擇最佳自(zi)動計量模式的(de)6項原則:數據的(de)安全性原則;計(jì)量回路的獨立(li)性原則;使用操(cāo)作的簡單、可靠(kào)🏃🏻原則;兼顧發展(zhan)的原則;計算方(fang)法和計算軟件(jian)的合法性原則(zé);技術先進、成熟(shu)的原則。并通過(guò)應用實🐕例,說明(míng)了利用多⭕變量(liang)變送器,采用一(yī)體🤩化自成系統(tong)的計量儀表,利(li)用現場總👨‍❤️‍👨線技(jì)術,通過數字信(xin)号傳輸🏒,實現多(duo)參數的實時補(bǔ)償,組成真正意(yì)義上的集散控(kong)制系統,是科學(xue)、準确計量天然(ran)氣流量的最佳(jiā)方式。
一、孔闆流(liú)量計自動計量(liàng)概況
　　目前在天(tiān)然氣流量計量(liang)領域中,孔闆流(liú)量計仍占主❄️導(dǎo)地位,這主要是(shì)由于其發展曆(li)史悠久、研究深(shēn)🚶‍♀️入、标準化程度(du)📞高和簡單易于(yú)制造等特點決(jué)定的🏒。由于曆🏃‍♀️史(shi)原因和技術🙇‍♀️限(xiàn)制,在天然氣♉集(jí)輸企業中孔闆(pan)流量計一直以(yi)機械式差壓計(ji)爲主要記錄儀(yi)表,輔以人工錄(lu)取參數和手工(gong)計算,使得天然(ran)氣流量測量存(cún)在着環節多、精(jing)度低和信息反(fan)饋滞後等缺點(dian)。爲此,要對天然(ran)氣流量實行快(kuai)速、準确、及時的(de)🈲信🏃‍♂️息反饋,以提(ti)高企業的經營(yíng)效率和集🌏輸管(guǎn)理水😍平,就需要(yao)讨論天然氣流(liú)量的自動計量(liang)問題。
二、孔闆流(liú)量計的測量原(yuán)理
　　充滿管道的(de)流體,當它流經(jīng)管道内的标準(zhun)孔闆時👅,如👈圖1所(suǒ)示,流速将在标(biāo)準孔闆處形成(chéng)局部收縮,從而(ér)使流速增加🈲,靜(jìng)壓力降低,這樣(yang)在标準孔闆前(qián)後便産生了壓(yā)差。流體流量愈(yu)大,産生的壓差(cha)愈大,因此可依(yī)據👄壓差來衡量(liang)流量的大小。這(zhe)種測量方法是(shi)以流動連續性(xing)方程(質☔量守恒(héng)定律⭐)和伯努利(li)方程(能量守恒(héng)定律)爲基礎的(de)。壓☔差的大小不(bu)僅與流量還與(yu)其他許多因素(su)有關,例如當節(jie)流裝置形式或(huò)🌈管道内流體的(de)物理性質(密度(dù)、黏度)不同時,在(zai)同樣的流量下(xià)産生的壓🍓差也(yě)是不同的。

三、自動計量(liàng)的實現模式
　　所(suǒ)謂自動計量,就(jiu)是利用變送器(qì)實時檢測天然(rán)氣✌️流😘量計量㊙️中(zhōng)所涉及到的溫(wen)度、壓力、差壓等(deng)參數,通🔱過計👄算(suàn)機中的🔴流量計(ji)算軟件,實現整(zheng)個流量測量環(huan)節中👨‍❤️‍👨無人工參(cān)與的天然氣流(liu)量測量。随着計(ji)量技術的發展(zhǎn)和計算機運用(yòng)的普及,實現孔(kǒng)闆流量計自動(dong)計量的方案已(yǐ)有多種,目前主(zhu)✨要有以下4種🙇‍♀️模(mo)式。
1.單變量變送(sòng)器+流量計算機(ji)(或工控機)
　　利用(yong)3台單變量模拟(nǐ)變送器分别檢(jiǎn)測溫度、壓力、差(chà)壓,并将各參🏃🏻‍♂️數(shu)檢測到的電信(xìn)号轉換成标準(zhun)的4～ 20 mA模拟信🛀🏻号,送(sòng)入流量計算機(ji)(或工控機)的數(shù)據采集闆卡,通(tong)過A/D轉換,轉換成(cheng)計🛀算機能⭐處理(li)的數字量,在流(liú)🏃‍♂️量計算機⭐(或工(gōng)控機)上通過流(liu)量計算軟件按(an)要求計算出天(tian)然⛱️氣的瞬時流(liu)量、累積流量及(ji)實現其他👅輔助(zhu)功能。
此方式是(shì)傳統的自動計(ji)量模式,所采集(jí)、傳輸的都🌈是模(mo)拟💋信⭐号,抗幹擾(rǎo)能力比較差,由(you)于存在信号轉(zhuan)換等問題,計量(liàng)精度難以提高(gāo),而且硬件連接(jiē)較複🏃‍♂️雜、中間🛀環(huan)節較多、可靠性(xìng)較差。可擴展爲(wei):單變量變送器(qì)+流量👅計算機+工(gōng)控機,從而實現(xian)流量🏃‍♀️計算與顯(xian)示分開,提高💛系(xì)統的可靠性和(hé)可視性。
2.多變量(liang)變送器+流量計(ji)算機(或工控機(jī))
　　利用1台多變量(liàng)智能變送器同(tong)時檢測溫度、壓(ya)力、差🤞壓📐等,采用(yong)㊙️現場總線制,通(tong)過數字信号傳(chuán)輸,送入流💚量計(ji)🏃‍♂️算機(或工📧控機(ji))的數據采集闆(pan)卡,在流量計算(suan)🔞機(或工控機)上(shang)通過流量計算(suàn)軟件按要求計(ji)算出天然氣的(de)瞬時流量、累積(jī)流量⛱️及實現其(qi)他輔助功能。此(cǐ)方式是随變送(sòng)器技☂️術發展而(er)來的,由原來的(de)測量1個參數需(xu)要1台變送器,改(gǎi)爲測量多個參(can)數隻🏃🏻需要1台變(biàn)送器,并👨‍❤️‍👨在數據(jù)傳輸中采用數(shu)字信号,使得在(zài)系統硬件連接(jiē)上簡化了許多(duo),提高了系統的(de)可靠性和測量(liang)精度。但由于變(bian)送器隻是檢測(ce)測量信号,不進(jìn)行數據處理,因(yin)此在校準時必(bi)須和流量計算(suàn)機一起實行聯(lián)校。
采用流量計(ji)算機或工控機(ji),主要區别在于(yu)流量計算部分(fen)。流量📐計算機是(shì)專用的固化軟(ruǎn)件實現計算💁和(he)數據存儲,比較(jiào)穩定可靠,可信(xìn)任度較高,用戶(hu)易接受;工控機(ji)上軟件計👌算一(yī)般♊主要是自主(zhu)開發,便于軟件(jiàn)升級和系統維(wei)護,由于☂️計算量(liàng)大,特别是多☁️路(lu)計量時,可靠性(xing)稍差些。
爲了增(zēng)加系統的可靠(kào)性和操作界面(miàn)的直觀化,這種(zhong)方式也🤞可擴展(zhǎn)爲:多變量變送(sòng)器+流量計算機(ji)+工控機,即将流(liu)量計算和顯示(shi)部分分開實行(hang)在流量計算機(ji)中計算,在工控(kong)😘機上顯示。
3.多變(bian)量智能變送器(qi)+工控機
　　此方式(shi)與模式2比較,主(zhu)要區别是變送(sòng)器内固化了流(liu)量處理⛱️軟件,使(shǐ)得變送器可以(yǐ)就地顯示瞬時(shí)測量參🤞數和👈計(ji)算瞬時☂️流量,并(bìng)通過數字信号(hào)傳輸,送入工控(kong)🔞機上顯✏️示和實(shi)現其他輔助功(gōng)能。由于變送器(qi)顯示的隻是瞬(shùn)時流量,無累積(jī)功能,也不能存(cún)儲🎯數據。因此,所(suǒ)測量的流量值(zhí)必須在工控機(jī)上進行☎️二次處(chù)理,以實現數據(ju)的累積🌈和存儲(chu)功能。
采用這種(zhong)方式,系統結構(gòu)進一步簡化,變(bian)送器可實♻️現單(dān)校也♍可以實現(xiàn)聯校,易于維護(hu),但由于必須在(zài)工控機内實現(xiàn)流量的累積和(hé)存儲。因此,可靠(kào)性較❤️差,一旦❤️工(gōng)控機👣出現故障(zhàng)或電💰力故障,将(jiāng)無法實現數據(ju)的保存和累積(jī),易造成數據丢(diū)失。
4.一體化智能(néng)儀表+工控機
　　此(cǐ)方式與模式3的(de)區别主要也是(shi)在變送器上,即(jí)一體化智能儀(yi)表實現了變送(song)器與流量計算(suàn)機的一㊙️體化,不(bú)僅自帶數據庫(ku),可實現瞬時參(can)數及流量的顯(xian)示,還可實現累(lèi)積流量和曆史(shi)數據的再現;而(er)且在儀表的🍉運(yùn)行方面,采取了(le)多種電源保障(zhang)方式:内電池、内(nei)電池⛹🏻‍♀️組、太陽能(néng)和📐外接電源等(děng),實現了在無❌電(diàn)力供應的情況(kuàng)下,可以獨立🌈自(zi)成計量系統,就(jiu)地顯示天然氣(qì)的瞬時流量、累(lèi)積流量和數據(ju)的存儲、再現等(děng);正常情況下可(ke)通過現場總線(xian)和上位機連接(jie),實行數字信号(hào)傳輸,送入工控(kòng)機上顯示,也可(kě)以在工控機上(shang)實行二次數據(jù)處理,組成的計(ji)量系統🚩更加靈(líng)活、可靠。
采用這(zhè)種方式,實現了(le)計量數據的無(wú)憂化,使得系統(tǒng)🍓結👉構最簡單、操(cāo)作更簡便、更可(ke)靠、更易維護;不(bú)僅🔞可以單校也(yě)可以聯✊校;采用(yòng)獨立的計量回(huí)路,減少了數據(jù)傳輸過程的幹(gan)擾,提高❄️了計量(liang)🏃🏻的精度。
四、自動(dong)計量方案選擇(zé)的原則
　　天然氣(qì)的流量計量是(shi)流量測量中的(de)難點之一,這主(zhu)要是由于🈲天然(rán)氣流量計量是(shì)一種間接的、多(duō)參數的、動态的(de)、不可再現的測(ce)量。因此,如何充(chōng)分考慮天然氣(qì)流量計量的特(tè)殊性,确保天然(rán)氣自動計量的(de)可靠性和正确(que)率👅是天然氣💯集(ji)輸企業關注的(de)焦✔️點。針對實現(xian)方案的多樣性(xing),在選擇具體方(fāng)案時,應‼️着重考(kao)慮系統的可靠(kao)性、正确率和先(xian)進性。判定方案(an)的可靠性和先(xiān)進性,主要遵從(cong)以下原則。
1.數據(jù)的安全性原則(zé)
　　所謂數據的安(ān)全性,就是在非(fei)儀表故障的情(qíng)況下,計量系統(tǒng)能夠提供準确(que)的計量數據,以(yi)實現對天然氣(qì)管網的有效監(jiān)😍控,并保證數據(ju)的可靠性,以維(wéi)護企業的安全(quán)生産和經濟利(lì)🙇🏻益;尤其🏃🏻‍♂️是構築(zhù)在自動計量基(jī)礎之上的💔企業(ye)信息系統更是(shì)企業管理✍️、經營(ying)、指揮、協調的重(zhòng)要依據。計量是(shì)信息系統重要(yao)✌️的數據源,如果(guo)✔️數據源一旦出(chu)💜現問題,将給企(qǐ)🙇‍♀️業帶來不可估(gū)量的損失。因此(ci),對數據源🏃的要(yao)求就是準确、齊(qi)全、完整、可靠,爲(wei)🤩此在選擇方案(an)時,首🌏要的問題(ti)就是考慮計量(liang)數據的安全性(xing)。由于天然氣集(jí)輸企🌏業一般都(dōu)在偏遠的地方(fāng)⛷️、站場比較分散(sàn),各種環境因素(sù)比較惡㊙️劣,因而(ér)要充分考慮計(jì)算機故障、電力(lì)供應不足等實(shi)際情況,做好預(yu)案,避免由此而(er)引起的數據丢(diu)失。
2.計量回路的(de)獨立性原則
　　獨(du)立性原則,主要(yao)是爲了保證在(zài)計量系統出現(xian)問👈題時🏃‍♀️,盡量減(jiǎn)🏃‍♀️少故障的影響(xiang)面,降低故障的(de)影響程度,從而(ér)維護企🥰業的安(an)全♊平穩運行和(hé)經濟效益。
3.使用(yòng)操作的簡單、可(ke)靠原則
　　由于天(tiān)然氣集輸企業(ye)的站、場一般都(dōu)比較分散,專業(yè)人員🔞相對較少(shǎo)。因此,在選擇、設(she)計方案時要充(chōng)分考慮操作、維(wéi)護的簡便性,做(zuò)到簡單易用、高(gao)可靠、低維護,從(cong)而确保計量系(xì)統的長🚩期、穩定(ding)運行。
4.兼顧發展(zhan)的原則
　　由于天(tian)然氣貿易的發(fā)展和要求,用戶(hu)對天然氣計量(liàng)的📱精度和計量(liang)方式的要求也(ye)越來越高。在選(xuǎn)擇時要考慮天(tian)然氣計💞量交接(jie)方式的可能改(gai)變和實時計量(liàng)補償的可能,如(ru)在線色譜分析(xī)、實時補償、能量(liàng)計量等。如果要(yào)在企業信息網(wǎng)絡的基礎上,建(jian)立👌以企業信息(xi)🔴網絡爲紐帶的(de)站控系統,則應(yīng)考慮實㊙️現計量(liang)系統數據的遠(yuǎn)程組态。
5.計算方(fāng)法和計算軟件(jiàn)的合法性原則(ze)
　　計量,就是計“錢(qian)”。由于利益的因(yīn)素,在天然氣貿(mào)易計量中要充(chōng)分考慮到計算(suan)方法和計算軟(ruan)件的合法性問(wen)題,以避免因使(shi)用計算方法不(bú)合适、計算軟件(jiàn)缺乏權威性而(ér)♌引起不必要的(de)計量糾紛。由于(yu)天然🍓氣計量方(fang)法的多樣💘性,應(ying)考慮計算軟件(jiàn)的獨立化㊙️,這樣(yàng)才便于流量計(ji)算軟件的升級(jí)。在具體的計量(liàng)系統中應采用(yòng)用戶認可的特(tè)⛷️定計算方法或(huò)是以合同、協議(yi)的方式規定計(jì)算方法,這⛹🏻‍♀️方面(mian)要和用戶充💚分(fen)溝通。
6.技術先進(jìn)、成熟的原則
　　現(xiàn)代計量逐步發(fa)展成爲一門綜(zong)合性很強的專(zhuan)業技術,它是集(ji)⚽計算機技術、通(tōng)訊技術、網絡技(jì)術、儀表制造技(ji)術🏃、微功耗技術(shu)爲一體的技術(shu)結晶。由于各個(gè)儀表廠家技🔅術(shù)水平💔的不平衡(héng),在選擇方案時(shí)一定要有預見(jiàn)性,選擇技術先(xian)進、成熟的廠家(jia),以減少🤩系統的(de)維護量。當然,在(zai)具體方案的選(xuan)擇時,還要綜🙇‍♀️合(he)考慮到其他一(yi)些因素如資金(jin)、成本、氣質特點(diǎn)等。
五、應用實例(lì)
　　根據上述的6項(xiang)原則,構建了現(xian)場利用Flo-Boss103實現一(yī)體化自動👄計量(liàng)的結構圖(圖2)。

該(gai)方案采用與孔(kong)闆配套的FloBoss103流量(liàng)管理器進行單(dan)回👈路計量。FloBoss103流量(liang)管理器是費希(xī)爾—羅斯蒙特專(zhuān)門爲天然氣🌈行(hang)業㊙️在測量和控(kòng)制應用場合精(jīng)心設計的。它配(pèi)帶的雙變量變(bian)送器檢測流體(ti)的壓🈲力和差壓(ya),溫度由鉑熱電(dian)阻檢測,信号直(zhí)接進FloBoss103,流量管理(li)器根據采集的(de)信号🎯計算天然(rán)氣的流量,共5路(lu),通過RS485總線,采用(yòng)MODBUS通訊協議将計(jì)量參數(差壓、壓(ya)力、溫度、瞬時流(liu)量、累積流量等(deng))傳到上位機✍️進(jìn)行管理。該方案(an)有以下特點。
(1)該(gai)系統采用的FloBoss103流(liu)量管理器是集(ji)多變量變送器(qi)和流量管理器(qi)🔞爲一體的(并内(nei)置電池)。這種一(yī)體化的結構設(shè)計使得該系📧統(tǒng)可以在無外部(bu)電源的情況下(xia),依靠FloBoss103本身的🔴内(nèi)置電🌈池就可✊正(zhèng)常工作,從而保(bǎo)證了計量系👄統(tong)運行的可靠性(xìng)、安全性,特别适(shì)用于電力供應(ying)不正常的地區(qū)。
(2)FloBoss103流量管理器本(běn)身自帶數據庫(ku),可保存240個事件(jiàn)、240個報警記錄和(hé)15個🔱數據點35天的(de)1 h記錄或4個數據(ju)點30天的10 min記錄。
(3)可(kě)實現自動數據(ju)補錄。一旦長時(shi)間電力供應不(bú)正常,上位機不(bú)能正常工作,該(gāi)系統可利用Flo-Boss103流(liú)量管理器本身(shen)自💃🏻備的電池維(wéi)持正常計量工(gōng)作。當電力恢複(fú)正常上位機開(kai)始工作後,利用(yong)流量管理器本(ben)身自帶的數據(jù)庫,自動将數據(ju)下載到上位機(jī)進行管🈲理,并通(tong)過信息網絡上(shàng)傳到管理層,保(bǎo)證了數據的完(wán)整性。
(4)獨立的計(ji)量系統。通過MODBUS數(shù)字傳輸技術,采(cai)用總線制結👅構(gou),簡㊙️化了系統組(zǔ)成,提高了整個(gè)系統的可靠性(xìng)。
(5)真正實現在線(xiàn)設備診斷和維(wei)護。FloBoss103作爲遠程測(ce)量儀器和現場(chang)控🌐制中心可以(yǐ)與主機相連,實(shi)現現場的、全天(tiān)候的監控、測量(liang)、累積、報警、通訊(xun)和控制,可通過(guò)常用的通訊方(fang)式同主機進行(hang)通訊,實現了對(dui)儀表進行在線(xian)技術診斷和維(wéi)護。
(6)由于FloBoss103流量管(guan)理器是一個獨(du)立的計量單元(yuán),不受電力等條(tiao)件的約束,在特(tè)殊情況下,可以(yi)将其作爲特殊(shū)的檢測儀表供(gòng)管理人員使用(yòng),如對比核查等(deng),以診斷其🔞他計(ji)量系統。
(7)FloBoss103流量管(guan)理器除了可以(yǐ)現場就地安裝(zhuāng)、測量、通過液晶(jīng)顯示🔅器顯示瞬(shùn)時流量和累積(ji)流量外,還可以(yǐ)通過MODBUS通訊協議(yì)用數字信号🌏将(jiāng)數據遠傳至現(xiàn)場控制站,并通(tōng)過TCP/IP與企業信息(xi)網絡聯接,使得(dé)企業各級管理(li)人員均能通過(guo)信息網絡實時(shi)了解生産動态(tài)。
六、存在的問題(ti)
　　盡管孔闆流量(liàng)計自動計量系(xì)統的發展越來(lai)越完善,但由于(yú)測量方法本身(shen)的原因和自動(dong)計量技術上的(de)💞局限性,在提高(gāo)計量的正确率(lǜ)和數據處理上(shang),仍存在🐇一些問(wèn)題。
1.量程比的問(wèn)題
　　量程比小(3∶1),是(shi)孔闆流量計最(zuì)大的缺憾。盡管(guǎn)現在已有寬量(liàng)程比✊的變送器(qì),但在對于瞬間(jiān)流量變化範圍(wei)很大,流量低于(yú)最大流量的30%時(shi),計量的精度将(jiāng)大幅度降低。這(zhe)主要是由于節(jie)流式測量方法(fǎ)造成的💘。因此,爲(wei)了提高量程比(bi),可以考慮利用(yong)變送器寬量程(chéng)的特點,運用軟(ruan)件的方式實現(xiàn)量程🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的自動調(diao)整(軟維護),從而(ér)擴🏃大量程比,提(tí)高測量的有效(xiào)範圍,保證計量(liang)的正确率。不過(guò)這在軟件設計(jì)上将增加難度(dù)。
2.異常數據的處(chu)理問題
　　任何系(xì)統都有可能出(chu)現故障,都有可(ke)能出現一些異(yì)♍常的無理數據(ju)。因此爲了維護(hù)貿易雙方的利(lì)益🏒,對可💞能出現(xian)的異常數據問(wèn)題在設計時要(yào)充分考慮數據(ju)的審慎可修改(gǎi)性,從而🏃避免異(yì)常數據一旦出(chu)現,其就一直在(zài)計算機中參與(yu)累積計算,造成(chéng)計量數據的混(hùn)亂。目前大多🌈數(shù)自動計量系統(tong)對此都考慮較(jiào)少。
3.操作界面和(hé)過程數據的利(li)用問題
　　由于天(tian)然氣輸送的連(lian)續性、動态性、瞬(shùn)間的不确定性(xing)以及不可再現(xiàn)等特點,實時地(di)進行數據分析(xī),對數據形成的(de)全過程進行有(yǒu)效的監控和保(bao)存,有利于數據(jù)異常的🙇‍♀️分析和(hé)🙇🏻控制,是數據管(guan)理中重要的一(yī)環。目前的自動(dong)計🧡量系統在此(ci)方面有所考慮(lǜ),但㊙️過程數據的(de)應用、分析、界面(mian)功能尚不完全(quán),還有待于完善(shan)。
七、結　論
　　數據的(de)安全性是對天(tiān)然氣流量自動(dòng)計量的最低要(yao)求。隻有在确保(bǎo)數據安全的前(qián)提下,自動計量(liàng)系統才💃🏻可能長(zhang)期、可靠🏒的運行(hang)。随着控制技術(shu)、通訊技術、計算(suàn)機技術以及儀(yí)表制造技術的(de)不斷發展,利✨用(yòng)多變量👄變送器(qi),采👈用一體化自(zì)成系統☎️的計量(liàng)儀表,利用現場(chǎng)‼️總線技術,通✌️過(guo)數字信号傳輸(shu),實現多參數的(de)實時補👈償,組成(chéng)真正意義上的(de)集散控制系統(tong),是科學、準确計(ji)☎️量天然氣流量(liang)的⭐最佳方式,也(ye)代表🈲了國際上(shàng)天然氣🌂流量計(jì)量系統數字化(huà)計量的🐆一種先(xiān)進的發展趨勢(shì),是天然氣計算(suan)機自動🍓計量的(de)最佳解決方案(àn)。

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