目前在天然氣流量計量領域中, 孔板流量計仍占主導地位, 這主要是由于其發展歷史悠久、研究深入、標準化程度高和簡單易于制造等特點決定的。由于歷史原因和技術限制, 在天然氣集輸企業中孔板流量計一直以機械式差壓計為主要記錄儀表, 輔以人工錄取參數和手工計算, 使得天然氣流量測量存在著環節多、精度低和信息反饋滯后等缺點。中原油氣高新股份有限公司天然氣產銷廠 (以下簡稱該廠) 是一個集氣田開發、伴生氣集輸和商品氣外銷的綜合性企業, 承擔著整個中原油田90%的外銷氣量。因此天然氣計量工作在該廠顯得非常重要。目前該廠共有天然氣流量計量點220多個, 分布于大小30個站, 其中192個計量點屬于孔板流量計, 占整個流量計量點的87%, 是一個典型的點多、線長、站場高度分散的企業。隨著企業管理的科學化和信息化的發展, 對天然氣流量計量的要求越來越高。為此, 要對天然氣流量實行快速、準確、及時的信息反饋, 以提高企業的經營效率和集輸管理水平, 就需要討論天然氣流量的自動計量問題。

二、天然氣流量計測量原理：

充滿管道的流體, 當它流經管道內的標準孔板時, 如圖1所示, 流速將在標準孔板處形成局部收縮, 從而使流速增加, 靜壓力降低, 這樣在標準孔板前后便產生了壓差。流體流量愈大, 產生的壓差愈大, 因此可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續性方程 (質量守恒定律) 和伯努利方程 (能量守恒定律) 為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關, 例如當節流裝置形式或管道內流體的物理性質 (密度、黏度) 不同時, 在同樣的流量下產生的壓差也是不同的。

三、天然氣流量計自動計量的實現模式：

所謂自動計量, 就是利用變送器實時檢測天然氣流量計量中所涉及到的溫度、壓力、差壓等參數, 通過計算機中的流量計算軟件, 實現整個流量測量環節中無人工參與的天然氣流量測量。隨著計量技術的發展和計算機運用的普及, 實現孔板流量計自動計量的方案已有多種, 目前主要有以下4種模式。

1.單變量變送器+流量計算機 (或工控機)

利用3臺單變量模擬變送器分別檢測溫度、壓力、差壓, 并將各參數檢測到的電信號轉換成標準的4～20 mA模擬信號, 送入流量計算機 (或工控機) 的數據采集板卡, 通過A/D轉換, 轉換成計算機能處理的數字量, 在流量計算機 (或工控機) 上通過流量計算軟件按要求計算出天然氣的瞬時流量、累積流量及實現其他輔助功能。

此方式是傳統的自動計量模式, 所采集、傳輸的都是模擬信號, 抗干擾能力比較差, 由于存在信號轉換等問題, 計量精度難以提高, 而且硬件連接較復雜、中間環節較多、可靠性較差。可擴展為:單變量變送器+流量計算機+工控機, 從而實現流量計算與顯示分開, 提高系統的可靠性和可視性。
2.多變量變送器+流量計算機 (或工控機)

利用1臺多變量智能變送器同時檢測溫度、壓力、差壓等, 采用現場總線制, 通過數字信號傳輸, 送入流量計算機 (或工控機) 的數據采集板卡, 在流量計算機 (或工控機) 上通過流量計算軟件按要求計算出天然氣的瞬時流量、累積流量及實現其他輔助功能。此方式是隨變送器技術發展而來的, 由原來的測量1個參數需要1臺變送器, 改為測量多個參數只需要1臺變送器, 并在數據傳輸中采用數字信號, 使得在系統硬件連接上簡化了許多, 提高了系統的可靠性和測量精度。但由于變送器只是檢測測量信號, 不進行數據處理, 因此在校準時必須和流量計算機一起實行聯校。

采用流量計算機或工控機, 主要區別在于流量計算部分。流量計算機是專用的固化軟件實現計算和數據存儲, 比較穩定可靠, 可信任度較高, 用戶易接受;工控機上軟件計算一般主要是自主開發, 便于軟件升級和系統維護, 由于計算量大, 特別是多路計量時, 可靠性稍差些。

為了增加系統的可靠性和操作界面的直觀化, 這種方式也可擴展為:多變量變送器+流量計算機+工控機, 即將流量計算和顯示部分分開實行在流量計算機中計算, 在工控機上顯示。

3.多變量智能變送器+工控機

此方式與模式2比較, 主要區別是變送器內固化了流量處理軟件, 使得變送器可以就地顯示瞬時測量參數和計算瞬時流量, 并通過數字信號傳輸, 送入工控機上顯示和實現其他輔助功能。由于變送器顯示的只是瞬時流量, 無累積功能, 也不能存儲數據。因此, 所測量的流量值必須在工控機上進行二次處理, 以實現數據的累積和存儲功能。

采用這種方式, 系統結構進一步簡化, 變送器可實現單校也可以實現聯校, 易于維護, 但由于必須在工控機內實現流量的累積和存儲。因此, 可靠性較差, 一旦工控機出現故障或電力故障, 將無法實現數據的保存和累積, 易造成數據丟失。

4.一體化智能儀表+工控機

此方式與模式3的區別主要也是在變送器上, 即一體化智能儀表實現了變送器與流量計算機的一體化, 不僅自帶數據庫, 可實現瞬時參數及流量的顯示, 還可實現累積流量和歷史數據的再現;而且在儀表的運行方面, 采取了多種電源保障方式:內電池、內電池組、太陽能和外接電源等, 實現了在無電力供應的情況下, 可以獨立自成計量系統, 就地顯示天然氣的瞬時流量、累積流量和數據的存儲、再現等;正常情況下可通過現場總線和上位機連接, 實行數字信號傳輸, 送入工控機上顯示, 也可以在工控機上實行二次數據處理, 組成的計量系統更加靈活、可靠。

采用這種方式, 實現了計量數據的無憂化, 使得系統結構最簡單、操作更簡便、更可靠、更易維護;不僅可以單校也可以聯校;采用獨立的計量回路, 減少了數據傳輸過程的干擾, 提高了計量的精度。

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