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(lèi)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)。
此類(lèi)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]。
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。
該計(jì)算機(jī)中的輸入量類(lèi)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(kāi)展,一旦某項(xiàng)輸入信號(hào)發(fā)生故障,立即選取其他類(lèi)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。
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。
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(kāi)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。
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。
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。
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(mén)、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(kāi)關(guān)靈活切換流路,如圖1所示。
圖1 流路系統(tǒng)示意圖
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(xiě)標(biāo)定證書(shū)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(kāi)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。
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(lèi)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(lèi)計(jì)算機(jī)維護(hù)較為便利,且工作量較少,幾乎無(wú)需開(kāi)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。
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。