蘇仕維，謝 偉，秦 漢，李祎涵，陳俊杰

（中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川東北氣礦，四川達(dá)州 635000）

1 天然氣的計(jì)量及其自動計(jì)量系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 天然氣計(jì)量的基本概念

當(dāng)溫度和壓力發(fā)生變化時，天然氣的體積也會隨著發(fā)生變化，在不同的狀態(tài)和條件下所測得的天然氣按體積計(jì)量有不同的值，不利于準(zhǔn)確的計(jì)量。因此，需要規(guī)定出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)從而方便計(jì)量。我國將溫度為293.15K、壓力為0.101 3Mpa（一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的狀態(tài)規(guī)定為天然氣計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。立方米每小時和立方米每日是我國行業(yè)常用的天然氣計(jì)量單位。

根據(jù)天然氣本身的特性以及流體計(jì)量的基本方法，通常有：利用節(jié)流前后壓差計(jì)算流量的高級孔板流量計(jì)、依據(jù)流過流量計(jì)天然氣的體積測定其流量的腰輪（羅茨）氣體流量計(jì)、通過流速和流量之間的線性關(guān)系確定流量的文丘里流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)等。

1.2 天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)的基本原理—以高級孔板流量計(jì)為例

傳統(tǒng)的天然氣或者其他流體通常的計(jì)量原理都與差壓、靜壓、溫度、體積等參數(shù)有關(guān)，而天然氣的自動計(jì)量也是基于這個基礎(chǔ)原理，并通過自動控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件輔助來完成自動化計(jì)量。通常，高級孔板流量計(jì)與智能二次儀表在計(jì)算機(jī)輔助控制的形式下構(gòu)成的天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的一種天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)的模式。它由高級孔板閥、流量計(jì)算機(jī)以及中間過程連接部件組成。流量計(jì)在施工安裝投入使用前各項(xiàng)配置的檢測通過流量計(jì)配置軟件來完成，通過節(jié)流的方式取得壓差，引壓管高壓側(cè)為靜壓，軟件根據(jù)孔板流量計(jì)的硬件采集的有關(guān)靜壓、差壓、溫度、氣體組分等數(shù)據(jù)，結(jié)合孔板孔徑和管徑等參數(shù)計(jì)算出流量大小，完成自動計(jì)量的過程，以流體流動節(jié)流原理，通過能量守恒和流動連續(xù)性方程來完成相關(guān)的天然氣流量計(jì)算。因此，在以高級孔板流量計(jì)為基礎(chǔ)的天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)中，主要依賴孔板流量計(jì)的相關(guān)硬件完成數(shù)據(jù)采集，傳輸?shù)杰浖挠?jì)算系統(tǒng)中，流量計(jì)算軟件通過采集的數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)原理和公式完成流量的計(jì)算。

2 天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)有哪些常見的運(yùn)行故障以及如何維護(hù)

2.1 硬件設(shè)施中電源損壞或故障

一般情況下儀表使用的是24V直流電源，而流量計(jì)算機(jī)使用的是220V交流電源。在交流電源出現(xiàn)故障的時候，變現(xiàn)出來以下兩者情況。情況一：檢查供電系統(tǒng)一切正常，但是計(jì)量系統(tǒng)無法工作；情況二：進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)停止運(yùn)行，但系統(tǒng)中其他部分正常工作。對于上述兩種不同的故障表現(xiàn)形式有著各自不同的處理辦法。首先對于情況一，通常第一步要做的工作是檢查插頭是否插穩(wěn)，設(shè)備的主開關(guān)是否閉合，在符合這兩個條件的情況下，需要對不間斷電源系統(tǒng)的工作情況排查，檢查不間斷電源系統(tǒng)的輸出電壓，保證其正常通電，電壓值出現(xiàn)問題時就是故障所在。對于情況二，第一步工作是檢查插座和開關(guān)，在供電良好的情況下去判斷計(jì)算機(jī)中是否有相關(guān)部件損壞的問題，計(jì)算機(jī)的主板和散熱器在交流電源發(fā)生故障時很容易出現(xiàn)問題，主板對于電信號的處理能力也是有限的，有條件的情況下可以單獨(dú)拆出主板進(jìn)行檢測。

另外，通常組態(tài)軟件的內(nèi)容有流量大小、壓力值、管徑和溫度等，在自動計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行過程中作為基本的信息提供給控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，當(dāng)現(xiàn)場儀表的24V直流電源出現(xiàn)問題的時候，組態(tài)軟件所顯示的界面中各種數(shù)據(jù)都不再隨著天然氣的用量發(fā)生相應(yīng)的變化。直流電源的故障很多情況下是由于變送器的相關(guān)問題導(dǎo)致的，如果變送器沒有顯示，可以判斷變送器本身或者供電出現(xiàn)了問題，需要進(jìn)一步檢查直流電源的電流和電壓大小。這一步檢測中用到的儀表是萬用表，如果其指針未發(fā)生變動則說明系統(tǒng)中的電路有某個部分發(fā)生了斷路導(dǎo)致了故障的發(fā)生，需要及時采取檢修措施，如果電壓數(shù)值為零則表明了電源的輸出故障，因此還需要進(jìn)一步檢測電源的情況；如果萬用表測得的電壓和電流的數(shù)值均正常時，表明此時變送器本身出現(xiàn)了問題，需要進(jìn)一步檢查變送器或者對故障變送器進(jìn)行更換。

2.2 自動計(jì)量系統(tǒng)無法進(jìn)行小流量計(jì)算

當(dāng)天然氣使用處于低峰期時，管道中天然氣的流量非常小，會出現(xiàn)小流量無法計(jì)量的情況，但是不能忽略，積少成多會使得計(jì)量漏失的情況變嚴(yán)重。一般情況下這類問題主要表現(xiàn)為天然氣小流量時，計(jì)量儀表的數(shù)值不敏感，無法實(shí)現(xiàn)信息采集，通常問題出現(xiàn)主要是因?yàn)樘烊粴庾詣佑?jì)量系統(tǒng)的信號切除值太大。最好的維護(hù)辦法是根據(jù)不同的時間段和地區(qū)，對信號切除值的數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使得盡量不產(chǎn)生計(jì)量漏失或者計(jì)量誤差。

2.3 軟件設(shè)施中人機(jī)界面出現(xiàn)無法顯示的問題

人機(jī)界面無法顯示任何的數(shù)據(jù)，但是儀表的運(yùn)行沒有出現(xiàn)問題，是這一類情況的基本特征。人機(jī)界面不屬于系統(tǒng)的硬件設(shè)施，這類軟件需要相關(guān)的驅(qū)動程序完成驅(qū)動才能正常工作，因此，在檢查故障原因時第一步先判斷驅(qū)動程序的運(yùn)行情況，若驅(qū)動程序中的更新沒有暫停，則說明組態(tài)軟件出現(xiàn)了問題，需要對人機(jī)界面的軟件進(jìn)行重啟恢復(fù)，只是數(shù)據(jù)的顯示出了問題，關(guān)于天然氣的計(jì)量還是準(zhǔn)確的；另外，有可能出現(xiàn)天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)的驅(qū)動軟件無法運(yùn)行的情況，驅(qū)動程序中的更新暫停，那么人機(jī)界面的軟件上的數(shù)據(jù)也不會顯示，需要相關(guān)專業(yè)人員來對界面的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)試，修改人機(jī)界面組態(tài)軟件的內(nèi)存設(shè)置，但是由于驅(qū)動程序在恢復(fù)之前沒有對流量進(jìn)行計(jì)量使得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性出現(xiàn)問題，因此，最后的工作應(yīng)該是對流量計(jì)量數(shù)值進(jìn)行修正。

3 如何優(yōu)化天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行

3.1 更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)和選型

不同的工況條件以及不同的條件下，對于自動計(jì)量系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性肯定是有影響的，需要根據(jù)不同的實(shí)際情況來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，不可一概而論。比如說當(dāng)流量變化范圍較大的時候，用孔板流量計(jì)來組成自動計(jì)量系統(tǒng)就顯得比較不合理，此時應(yīng)該用氣體渦輪流量計(jì)代替就會很好地解決這個問題。天然氣的成分和純度會由于地區(qū)不同而有所不同，對于雜質(zhì)較多的天然氣，應(yīng)該設(shè)計(jì)除塵分離裝置。另外，為了提高電源的穩(wěn)定性，對于不間斷電源系統(tǒng)的優(yōu)化需要做到更好，在電源運(yùn)行時對其進(jìn)行相應(yīng)的定期切換，使得其他的電磁波不會干擾其正常工作，從而保證安全運(yùn)行。

3.2 相關(guān)工作人員做好對系統(tǒng)的規(guī)范操作

首先，電氣設(shè)備和電纜之間有一個安全距離，需要將這個距離保持在1.5m以上，要求較高的電纜會設(shè)置信號屏蔽的金屬保護(hù)套管，這時安全距離縮短至0.8m以上。其次，對于系統(tǒng)的接地措施需要完善好，PLC的接地阻值上限一般為4Ω，另外防雷接地的要求更高，應(yīng)該為1Ω。這些在距離和阻值的設(shè)置方面的相關(guān)要求，需要工作人員在施工安裝操作時嚴(yán)格按規(guī)范操作。再者，對于天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)，需要專業(yè)人員隔一段時間做檢修維護(hù)工作，有利于其長期穩(wěn)定運(yùn)行，增加使用年限。要求計(jì)量系統(tǒng)操作人員嚴(yán)格按照規(guī)范操作，還需加強(qiáng)操作人員的技能培訓(xùn)。

4 結(jié)束語

我國的天然氣自動計(jì)量系統(tǒng)目前的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，其運(yùn)行和維護(hù)的措施也比較完善。天然氣的自動計(jì)量在生產(chǎn)和運(yùn)輸天然氣的環(huán)節(jié)中都起到了很關(guān)鍵的作用，在我國不斷實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的當(dāng)下，天然氣的準(zhǔn)確計(jì)量有利于推動天然氣的廣泛利用，使得上下游結(jié)算更為精準(zhǔn)，在管道輸送過程中能夠更好地完成對接工作，為天然氣行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。