中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司 何安明，茍建升

1 引言

煤層氣作為一種新興能源，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障煤礦安全生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。隨著我國煤層氣的不斷開發(fā)利用，煤層氣計(jì)量作為煤層氣生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，它是企業(yè)進(jìn)行貿(mào)易交接、經(jīng)濟(jì)分析、降低運(yùn)行成本的主要因素。

流量計(jì)算機(jī)是一臺(tái)固化了流量計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，它通過讀取各類氣體計(jì)量儀表的參數(shù)，然后根據(jù)不同的計(jì)算方法計(jì)算天然氣壓縮因子，對氣體的體積進(jìn)行實(shí)時(shí)的精確修正。

2 Floboss103流量計(jì)量系統(tǒng)組成

Flobossl03計(jì)量系統(tǒng)主要由高級閥式孔板節(jié)流裝置和美國艾默生公司的Flobossl03流量計(jì)算機(jī)組成。Flobossl03流量計(jì)算機(jī)獨(dú)立完成壓力、差壓和溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過內(nèi)置的計(jì)算功能，得出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瞬時(shí)體積流量和累積體積流量。

高級孔板閥是結(jié)構(gòu)新穎的流量計(jì)量節(jié)流裝置，其特點(diǎn)是在進(jìn)行流量計(jì)量的過程中，不需要停止介質(zhì)輸送，而可隨時(shí)提取其孔板來進(jìn)行檢查或更換，操作快捷，密封可靠，如圖1所示。

3 Fobossl03流量計(jì)量系統(tǒng)使用

Flobossl03流量計(jì)量系統(tǒng)包括測量孔板、熱電阻和流量計(jì)算機(jī)，各組成部分只有正確安裝組合后才能準(zhǔn)確計(jì)量。

圖1 Floboss 103流量計(jì)量系統(tǒng)組成

3.1 孔板安裝

孔板應(yīng)配有一段測量管以保證測量精度，測量管長度的標(biāo)準(zhǔn)是上游10D、下游5D長（D為直管段實(shí)際內(nèi)徑）。安裝孔板前，要確認(rèn)安裝孔板的管道已吹掃，以防管道內(nèi)雜物堵塞或損傷標(biāo)準(zhǔn)孔板?？装宓陌惭b方向不能搞錯(cuò)，孔板入口尖銳邊緣應(yīng)對向流體的流向。

管道通氣之前，應(yīng)將孔板放在孔板閥的上腔位置，等待管內(nèi)氣體穩(wěn)定以后，再將孔板放至下腔位置，以避免瞬間的強(qiáng)大氣流沖壞孔板，影響計(jì)量精度。

3.2 Flobossl03流量計(jì)算機(jī)安裝

Flobossl03流量計(jì)算機(jī)不只是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它可以直接測量壓力、差壓和溫度三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，就地在其Floboss設(shè)備中經(jīng)過一次A／D轉(zhuǎn)換后立即做最后的流量計(jì)算，減少了一般流量積算儀測量壓力、差壓變送器等輸出信號這一過程，從而減小了整個(gè)測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。配置標(biāo)準(zhǔn)接線端子板，提供多種線路連接，包括：RTD輸入、LOI通信端口、RS485通信端口、I/O信號以及24V直流電源。

流量計(jì)算機(jī)配套不銹鋼五閥組（包括2個(gè)取壓閥、2個(gè)排污閥和1個(gè)平衡閥），通過兩根取壓管線與孔板閥連接：正壓室與孔板閥上游連接，負(fù)壓室與孔板閥下游連接。在孔板閥下游安裝有鉑熱電阻，流量計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接線端子板有專門端子接入溫度信號。

測量差壓時(shí)，要注意五閥組的正確操作步驟。先打開平衡閥，再打開正取壓閥。待正取壓閥全開后，關(guān)閉平衡閥，然后打開開負(fù)取壓閥。這樣是為了防止損傷負(fù)壓側(cè)膜盒。

3.3 參數(shù)設(shè)置

Flobossl03流量計(jì)算機(jī)在投入使用前需要進(jìn)行一系列的參數(shù)設(shè)置，使用ROCLINK軟件來完成，參數(shù)設(shè)置的主要內(nèi)容有：

（1）用于流量計(jì)算的設(shè)置：包括計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、孔板孔徑、氣體組分等

以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，孔板流量計(jì)理論流量計(jì)算公式為：

式中， qf為工況下的體積流量， m3/s；c為流出系數(shù)，無量鋼；β=d/D，無量鋼；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；ε為可膨脹系數(shù)，無量鋼； ?p為孔板前后的差壓值， Pa； ρ1為工況下流體的密度， kg / m3。

根據(jù)理論計(jì)算公式可知，在流量計(jì)算機(jī)的計(jì)算軟件中需要設(shè)置孔板孔徑d、測量管徑D，氣體組分（計(jì)算密度）等參數(shù)。

（2）儀表參數(shù)設(shè)置

Flobossl03流量計(jì)算機(jī)在使用前要對采集的壓力、溫度和差壓三個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始標(biāo)定，采用5點(diǎn)標(biāo)定法，5點(diǎn)標(biāo)定包括零點(diǎn)、量程終點(diǎn)和三個(gè)中間點(diǎn)。根據(jù)標(biāo)定的結(jié)果，在軟件中設(shè)置正確的量程范圍和測量單位。增加小流量切除功能，避免小信號對測量的干擾。

（3）基準(zhǔn)條件設(shè)置

氣體體積是隨溫度和壓力而變化的。因此，在測量天然氣體積流量時(shí)，必須指定某一溫度和壓力作為計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力，稱之為基準(zhǔn)狀態(tài)或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。 《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》 ( SY / T62 43-1996 ) 規(guī)定：101. 325 kPa，20℃作為我國天然氣計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)；《天然氣標(biāo)準(zhǔn)的參比條件》( I SO 13443) 中規(guī)定的參比條件為 10 1 . 56 k Pa 和 288. 15 K ( 15℃ ) ；美國天然氣計(jì)量的參比條件為14. 73psig( 101 . 56 kP a ) 和 60F ( 15 . 56℃ ) 。

作為貿(mào)易交接，交接雙方應(yīng)選擇相同條件下的計(jì)量結(jié)果作為交接依據(jù)，為此在Flobossl03流量計(jì)算機(jī)中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)條件為101.325 kPa，20℃，目的是將測量到的工況體積流量折算成交接的標(biāo)準(zhǔn)體積流量。

3.4 數(shù)據(jù)通訊

Flobossl03流量計(jì)算機(jī)支持Modbus通訊，可以與其它控制系統(tǒng)或上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。上位機(jī)所讀數(shù)據(jù)需配置在表3-Function3A或表4-Function3B中，上位機(jī)能夠修改的數(shù)據(jù)配置在表9-Function16中。例如寄存器從7051~7062中存放參數(shù)為：

7051~7052：3-Analog Inputs, AIN A1 Diff Pres，差壓

7053~7054：3-Analog Inputs, AIN A2 Static，靜壓

7055~7056：3-Analog Inputs, AIN A3RTD，溫度

7057~7058：47-Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Rate per hour，小時(shí)流量

7059~7060：47- Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Today，每天流量

7061~7062：47- Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Accumulated，總累計(jì)流量

根據(jù)需要可以靈活配置寄存器地址，把需要通訊的數(shù)據(jù)填入寄存器，這樣在多臺(tái)Flobossl03流量計(jì)算機(jī)組成的通訊網(wǎng)絡(luò)中能減輕通訊負(fù)擔(dān)。

4 影響流量計(jì)量的因素

在實(shí)際使用過程中，F(xiàn)lobossl03流量計(jì)算機(jī)有幾方面需要注意：

4.1 測量信號不準(zhǔn)確

儀表由于長時(shí)間的工作，孔板、靜壓和差壓傳感器的準(zhǔn)確度發(fā)生變化，出現(xiàn)上述情況應(yīng)立即對儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證其準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)完成后，如果測量信號仍然存在大的誤差，原因可能是導(dǎo)壓管堵塞，尤其是冬季，由于氣溫較低導(dǎo)壓管被凍住，應(yīng)對導(dǎo)壓管采取保溫措施，保證導(dǎo)壓管暢通。

4.2 參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤

參數(shù)設(shè)置的正確與否直接影響測量結(jié)果。例如孔板孔徑應(yīng)填寫標(biāo)定證書上的數(shù)據(jù)，靜壓、差壓、溫度等信號值固定不變是因?yàn)樵贗/O輸入設(shè)置中，將輸入信號相應(yīng)參數(shù)設(shè)置的“scan”項(xiàng)由“enable”誤選為“disable”。

4.3 零點(diǎn)漂移

設(shè)備檢修時(shí)，測量管內(nèi)無氣體流動(dòng)，流量計(jì)算機(jī)仍然顯示有流量計(jì)量，可以確定是差壓信號出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，要對儀表進(jìn)行零點(diǎn)校正。調(diào)整零漂時(shí)，保持五閥組平衡閥打開（模擬一個(gè)無流量條件），來自標(biāo)定儀表的管路壓力或者操作靜壓作用于傳感器。將ROCLINK軟件與流量計(jì)算機(jī)連接，在Calibration菜單下進(jìn)行操作，如圖2所示。

圖2 連接ROCLINK軟件與流量計(jì)算機(jī)

5 結(jié)語

Floboss103流量計(jì)算機(jī)具有計(jì)量準(zhǔn)確度高、數(shù)據(jù)管理的高效性和性能可靠、穩(wěn)定等特點(diǎn)，在外輸計(jì)量中得到了積極地應(yīng)用。

[1] FLOBOSS? 103 Flow Manager[Z].

[2] GB/T_21446-2008, 用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量[S].