鄧鐵強(qiáng)

（天津泰達(dá)濱海清潔能源集團(tuán)有限公司，天津 300000）

流量計(jì)算機(jī)可以有效地計(jì)算天然氣物性參數(shù)、臨界流系數(shù)、等熵指數(shù)和定壓比熱容等天然氣熱力學(xué)參數(shù)和多通道超聲波氣體流量計(jì)的聲速和誤碼率采集,同時(shí)設(shè)備支持上述所有配置參數(shù)和計(jì)算結(jié)果的Modbus數(shù)據(jù)采集。Sick流量計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)階段新型流量計(jì)算機(jī)，可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)天然氣流量計(jì)量，可對(duì)多通道氣體超聲流量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為天然氣介質(zhì)瞬時(shí)與累積流量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。此類計(jì)算機(jī)支持本地設(shè)置、遠(yuǎn)程設(shè)置兩種方式，可對(duì)工作環(huán)境壓力、溫度、密度等指標(biāo)進(jìn)行流量換算與結(jié)算處理，將采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Modbus傳遞到PLC軟件中，由此達(dá)到預(yù)期應(yīng)用目標(biāo)。

1.Sick流量計(jì)算機(jī)主體框架

1.1 主要構(gòu)成

此類計(jì)算機(jī)在天然氣、水蒸氣、液體計(jì)量中得到廣泛應(yīng)用。該設(shè)備的軟硬件構(gòu)成如下，在軟件建設(shè)中包括設(shè)備端口、設(shè)備安裝、Reports報(bào)告、日志、數(shù)據(jù)格式與版本信息等等；在硬件建設(shè)方面，包括7寸觸摸屏、WINCE嵌入式系統(tǒng)、Panel面板等，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，Module模塊實(shí)現(xiàn)獨(dú)立計(jì)量功能，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量需求增加多個(gè)模塊，采用Web登錄該計(jì)算機(jī)，由Flow-X覆蓋計(jì)算機(jī)中的全部參數(shù)。流量計(jì)量系統(tǒng)中包含熱電阻、孔板、流量計(jì)算機(jī)等內(nèi)容，只有各部分安裝正確才可準(zhǔn)確計(jì)量[1]。

1.2 運(yùn)行模式

該設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)模式分別為Run與Maintenance，Run運(yùn)行模式是從當(dāng)前程序計(jì)數(shù)器（PC）執(zhí)行程序，碰到斷點(diǎn)時(shí)程序暫停執(zhí)行，Maintenance運(yùn)行模式可在非常規(guī)狀態(tài)下應(yīng)用，其作用在于計(jì)算機(jī)檢修與調(diào)試。在維護(hù)過(guò)程中累積量不會(huì)逐漸增加，而是單獨(dú)在維護(hù)累積的情況下累加，直到儀表轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行模式。同時(shí)，累積模式下輸出電流值為4.0mA，脈沖輸出值暫停。此外，為了維護(hù)儀表正常運(yùn)行，可增加變量permissive flag，只有在該變量為1的情況下，用戶才可在維護(hù)模式中進(jìn)行操作。

1.3 相關(guān)參數(shù)

該計(jì)算機(jī)中的輸入量類型較多，如過(guò)程量、輸入量、狀態(tài)量等等，具體如下。流量計(jì)參數(shù)中包含三項(xiàng)內(nèi)容，即脈沖輸入、HART智能輸入與混合輸入。過(guò)程量包括儀表壓力、溫度、密度值，當(dāng)利用NX19時(shí)還應(yīng)將H2組份、N2組分等發(fā)熱量值輸入其中，主要方式為AI模擬輸入、熱電阻輸入、固定值輸入等；在常規(guī)運(yùn)行模式下，脈沖與智能輸入可同時(shí)開展，一旦某項(xiàng)輸入信號(hào)發(fā)生故障，立即選取其他類型信號(hào)進(jìn)行輸入；在混合輸入方面，介質(zhì)天然氣中的組分內(nèi)含22種，如C2、CO2等等，對(duì)于特殊變量進(jìn)行定義，當(dāng)選用C6+時(shí)，則要按照特定比例進(jìn)行拆分，無(wú)需單獨(dú)設(shè)置[2]。在流量計(jì)算機(jī)使用之前，可利用ROCLIK軟件對(duì)流量計(jì)算進(jìn)行設(shè)置，計(jì)算公式為：

式中，q代表的體積流量，單位為m3/s；c代表的是流出系數(shù)；d代表的是孔板內(nèi)徑，單位weimm；ε代表的是可膨脹系數(shù)；ρ代表的是流體密度，單位為kg/m3；Δρ代表的是差壓值，單位的是Pa；β代表的是無(wú)量鋼。

2.Sick流量計(jì)算機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 采用先進(jìn)超聲傳感器

SICK總部為德國(guó)跨國(guó)儀表集團(tuán)，擁有全球領(lǐng)先的儀器制造技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的先驅(qū)，對(duì)超聲傳感器的研究已有20年歷史，流量計(jì)算機(jī)中配備的超聲傳感器為平行對(duì)射四聲道，采用金屬鈦合金材料，無(wú)匹配層，工作頻率為200kHz，可在壓力為0—45MPa、溫度為-40—180℃的環(huán)境下運(yùn)行，氣體流速為0.3—65m/s，計(jì)量精度為0.5%，超過(guò)當(dāng)前世界氣體廠家超聲流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)。該設(shè)備采用國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)，與普通鋼信號(hào)接收性能相比較高，具有較強(qiáng)的高速氣流沖擊、抗腐蝕性能，尤其是在二氧化碳含量超過(guò)3%時(shí)，與水接觸后形成的碳酸，設(shè)備表面抗腐蝕能力超出常規(guī)材料的數(shù)倍。

2.2 貿(mào)易計(jì)量準(zhǔn)確度高

流量計(jì)算機(jī)在相同平面中采用四聲道配置，可有效保障貿(mào)易計(jì)量穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度。該設(shè)備中各個(gè)聲道均采用不同的權(quán)重參與流量計(jì)算，當(dāng)某個(gè)聲道出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，超聲流量計(jì)便會(huì)自動(dòng)開啟20000個(gè)檢測(cè)測(cè)量，依據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)其他聲道權(quán)重自動(dòng)調(diào)整，使測(cè)量偏差被控制在0.3%以內(nèi)，由此保障計(jì)量精度。如若各聲道間的聲速差不超過(guò)0.1%，便可認(rèn)為流量計(jì)算機(jī)處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)流量計(jì)中傳感器更換后，也無(wú)需重新標(biāo)定。因傳感器為量產(chǎn)，在正式投入使用之前需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，各個(gè)傳感設(shè)備參數(shù)間的差異較小，采用相同批次傳感器可使計(jì)量精度得到切實(shí)保障。

2.3 顯示數(shù)據(jù)與診斷功能

流量計(jì)算機(jī)可通過(guò)磁力筆對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)瞬時(shí)流量進(jìn)行顯示，并對(duì)累計(jì)流量、流速、流向狀態(tài)、聲速等信息進(jìn)行記錄。同時(shí)，還在內(nèi)部安裝了鋰電池或太陽(yáng)能電池，可保障計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行初期或斷電、故障狀態(tài)下流量數(shù)據(jù)不丟失，減少用戶的計(jì)量損失與貿(mào)易糾紛。該設(shè)備還具備遠(yuǎn)程診斷功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、監(jiān)控等功能，擁有數(shù)字化特點(diǎn)，有助于促進(jìn)計(jì)量管理的高效發(fā)展，為售后服務(wù)提供強(qiáng)有力技術(shù)支持。

3.流量計(jì)算機(jī)在氣體計(jì)量中的應(yīng)用

流量計(jì)算機(jī)在氣體計(jì)量方面具有較大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，本文以天津?yàn)I海輸氣項(xiàng)目為例，該工程從天津武清區(qū)至津南區(qū)，涉及天津8個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域各自配置一套Sick流量計(jì)算機(jī)。下面將探究Sick計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成、影響因素與在該項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用情況，具體如下。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由計(jì)量撬、分析小屋、計(jì)算機(jī)柜構(gòu)成。計(jì)量系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上對(duì)標(biāo)況瞬時(shí)流量、標(biāo)況總累計(jì)流量進(jìn)行計(jì)算，還可利用PLC系統(tǒng)傳遞溫度、壓力、流量、熱值等數(shù)據(jù)信息，在PLC中進(jìn)行流量對(duì)比計(jì)算[3]。在計(jì)量撬上設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器、渦輪流量計(jì)與多種閥門、輔助設(shè)備等。計(jì)算機(jī)柜中設(shè)置網(wǎng)關(guān)、流量計(jì)算機(jī)與一系列輔助設(shè)備；分析小屋中設(shè)置氣相色譜儀與輔助設(shè)備等等。根據(jù)流路系統(tǒng)可知，由渦輪流量計(jì)將信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)F1中，F(xiàn)1收到信號(hào)后結(jié)合壓力、溫度變送器，將網(wǎng)關(guān)中傳遞的氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；計(jì)算機(jī)F2可對(duì)兩個(gè)脈沖信息進(jìn)行接收，當(dāng)F1接收信號(hào)后進(jìn)行對(duì)比，如若兩個(gè)信號(hào)之差處于合理范圍，則可利用第一個(gè)信號(hào)計(jì)算；如若二者差值超過(guò)合理范圍，則計(jì)算機(jī)便會(huì)發(fā)出警報(bào)，應(yīng)采用數(shù)值相對(duì)較大的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。一般情況下，F(xiàn)1計(jì)算機(jī)通過(guò)色譜分析對(duì)氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)該儀器故障時(shí)，可自動(dòng)對(duì)上一次分析結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。因天然氣傳輸對(duì)可靠性提出嚴(yán)格要求，每套系統(tǒng)都要采用兩個(gè)流路設(shè)計(jì)，一個(gè)直接投入使用，另一個(gè)為備用。結(jié)合調(diào)度指令，利用出入口閥開關(guān)靈活切換流路，如圖1所示。

圖1 流路系統(tǒng)示意圖

3.2 影響因素

在應(yīng)用期間，流量計(jì)算機(jī)可能受多項(xiàng)因素影響，出現(xiàn)信號(hào)不準(zhǔn)確、參數(shù)錯(cuò)誤、零點(diǎn)漂移等情況，具體如表1所示。

表1 流量計(jì)算機(jī)運(yùn)行影響因素

一是測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確，儀表因長(zhǎng)期工作，靜壓傳感器、差壓傳感器、溫度變送器的準(zhǔn)確度均會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)需要進(jìn)行儀表校準(zhǔn)，確保其準(zhǔn)確可靠。在校準(zhǔn)完畢后，如若測(cè)量信號(hào)仍有較大誤差，可能因?qū)汗芏氯拢貏e是冬季，因氣溫較低可能使導(dǎo)壓管凍住，應(yīng)采取有效的保溫措施，使導(dǎo)壓管暢通無(wú)阻；二是參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，這一情況會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生直接影響，如孔徑中填寫標(biāo)定證書數(shù)據(jù)，溫度、差壓、靜壓等信號(hào)不變，因?yàn)镮/O設(shè)置中將參數(shù)設(shè)置為“scan”項(xiàng)誤操作為“disablc”所致；三是零點(diǎn)漂移，在設(shè)備檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)無(wú)氣體流動(dòng)，但計(jì)算機(jī)中仍然顯示流量數(shù)值，由此可判定出現(xiàn)零點(diǎn)漂移情況，需要對(duì)儀表進(jìn)行清零校正。在數(shù)值調(diào)整完畢后，開啟平衡閥，對(duì)管路壓力進(jìn)行標(biāo)定，將操作靜壓應(yīng)用到傳感器中，使ROCLINK軟件與流量計(jì)算機(jī)相互連接，便可在菜單中完成相應(yīng)操作。在告警設(shè)置方面，該計(jì)算機(jī)可對(duì)瞬時(shí)流量、儀表壓力、溫度、氣體組分等數(shù)值限定要求進(jìn)行明確，包括上限預(yù)警與下限告警，一旦數(shù)值超過(guò)設(shè)定范圍便會(huì)及時(shí)響起警報(bào)，十分安全可靠。

3.3 應(yīng)用情況

在設(shè)備應(yīng)用中，整套系統(tǒng)準(zhǔn)確度與設(shè)計(jì)要求相符。經(jīng)過(guò)一年多應(yīng)用后，根據(jù)不同分輸站場(chǎng)的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)故障概率較低，無(wú)測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確、零點(diǎn)漂移等現(xiàn)象，可靠性顯著，且操作簡(jiǎn)單便利，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較大，不但有每小時(shí)參數(shù)，還有每天分輸量、月度累積量、年度總累計(jì)量，可對(duì)以往分輸數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。同時(shí)，還具備報(bào)警記錄，可對(duì)以往運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確查詢。該計(jì)算機(jī)的自診斷功能也值得一提，可及時(shí)將錯(cuò)誤信息反饋出來(lái)。維護(hù)人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)前面板狀態(tài)指示燈直觀了解計(jì)算機(jī)運(yùn)行情況，判斷是否發(fā)生錯(cuò)誤，如若發(fā)生錯(cuò)誤，則該計(jì)算機(jī)能夠及時(shí)對(duì)錯(cuò)誤類型、級(jí)別等作出詳細(xì)判斷，挖掘錯(cuò)誤成因，為后期維護(hù)提供更多便利。此類計(jì)算機(jī)維護(hù)較為便利，且工作量較少，幾乎無(wú)需開展日常維護(hù)工作；對(duì)于維修團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，在維修中只需更換電池或者保險(xiǎn)絲即可。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)Sick流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行研究，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)用于天津?yàn)I海輸氣項(xiàng)目，重點(diǎn)闡述該設(shè)備的參數(shù)變量、軟硬件結(jié)構(gòu)以及在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用情況。該設(shè)備可采集天然氣儲(chǔ)配站壓力、溫度、流量等運(yùn)行數(shù)據(jù)，可根據(jù)GB_T 17747標(biāo)準(zhǔn)對(duì)天然氣壓縮因子進(jìn)行計(jì)算，也可將修正后的數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞到上位機(jī)。根據(jù)濱海輸氣8個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行結(jié)果表明，該設(shè)備可充分發(fā)揮安裝簡(jiǎn)單、操作便利、運(yùn)行穩(wěn)定、自診斷準(zhǔn)確、及時(shí)預(yù)警、維修便利等特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確接收計(jì)量數(shù)據(jù)并計(jì)算出天然氣標(biāo)準(zhǔn)流量，并穩(wěn)定傳遞給后端PLC，為工業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。