蔡德彬 陳沛興 肖志雄 康清輝 伊桂龍

摘要：關(guān)于超聲波流量計對小流量計量不準(zhǔn)確問題： 用戶分輸量少且長時間持續(xù)分輸，分輸流量小于流量計的分界流量，流量計工作在小流量點(diǎn)，造成測量不確定度增大，計量不準(zhǔn)確。針對以上問題，運(yùn)用PLC程序自動控制分輸邏輯、優(yōu)化超聲波流量計運(yùn)行計量工況環(huán)境。本文主要研究了以下幾個方面：

1、在軟件上，通過對問題進(jìn)行分析，編輯兩種控制分輸邏輯所需的程序算法，無需對超聲波流量計本體進(jìn)行改造就可優(yōu)化超聲波流量計運(yùn)行計量工況環(huán)境。

2、利用軟硬件測試，運(yùn)用現(xiàn)場實際分輸運(yùn)行工況，通過大量的實驗測試和分析實驗數(shù)據(jù)對兩種方案進(jìn)行擇優(yōu)使用。

關(guān)鍵詞：超聲波流量計;小流量計量;計量不準(zhǔn)確;PLC程序算法

0 ?前言

超聲波流量計作為流量數(shù)據(jù)采集儀表，不同型號超聲波流量計具有不同的溫度，壓力和流量區(qū)間，一旦超出超聲波流量計的計量要求區(qū)間，極易造成計量不準(zhǔn)確的問題，同樣引發(fā)計量歧義。

目前部分天然氣分輸站場使用的分輸流量計為時差法的超聲波流量計，因設(shè)計或用戶用氣量減少，造成部分用戶日用量小，并要求24小時分輸，導(dǎo)致分輸時間長，單位時間內(nèi)分輸量少，超聲波流量計大部分時間運(yùn)行在分界流量QT值以下，在計量中流量計誤差增大，誤差過大則容易引起計量糾紛。本文以超聲波流量計的原理為依據(jù)，分析小流量下超聲波流量計產(chǎn)生誤差的因素，并提出通過編寫分輸程序來優(yōu)化輸氣場站分輸模式，使流量計盡可能的在分界流量QT值以上，減少流量計的計量誤差。

1 時差法超聲波流量計的工作原理

時差法超聲波流量計是利用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。

2 ?超聲波流量計在小流量分輸模式下計量不準(zhǔn)確原因分析

廈門輸氣分公司漳州分輸清管站使用的超聲波流量計為丹尼爾3400超聲波流量計，管徑大小為DN100，工況量程為21～814（m3/h）。根據(jù)現(xiàn)場實際采集了相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)（流量計QT值為81.4m3/h、下游管道長度520m、管徑DN200、分輸壓力4.0PMa以下等），在實際的分輸過程中，每日3000至5000標(biāo)方的分輸量，在24小時不間斷分輸?shù)那闆r下，每小時最多的分輸量為200標(biāo)方左右，在此條件下不能滿足流量的瞬時工況流量，而且相差較大。

因此將原來不間斷分輸模式，進(jìn)行比對思考，將均勻分輸改為分段式分輸，以提高單位時間內(nèi)的分輸量。即為了達(dá)到提高分輸，流量計的工作時瞬時工況盡量達(dá)到Qt值以上。

3 ?流量計小流量分輸計量改造方法及效果分析

3.1 ?流量計小流量分輸計量改造方法

下發(fā)調(diào)壓撬前進(jìn)口閥、開閥命令，待閥門全開后下發(fā)RMG調(diào)壓柜保護(hù)流量與保護(hù)壓力賦值方法，RMG調(diào)壓柜達(dá)到分輸預(yù)設(shè)定值，手動下發(fā)0流量，工作調(diào)壓閥全關(guān)后，下發(fā)調(diào)壓撬前的進(jìn)口關(guān)閥命令。

啟輸邏輯過程：

首先將調(diào)壓柜調(diào)轉(zhuǎn)至盤控狀態(tài)。將下游管存壓力比較值輸出命令，作為啟動用戶啟輸邏輯的先決判斷條件，當(dāng)下游管存壓力低于1.5MPa時（可輸入修改值），下發(fā)用戶啟輸邏輯，用戶啟輸邏輯執(zhí)行中：1、下發(fā)調(diào)壓撬支路前球閥開閥命令;2、當(dāng)調(diào)壓撬支路前球閥開到位后，向RMG調(diào)壓柜下發(fā)保護(hù)壓力值與保護(hù)流量值;3、調(diào)壓柜根據(jù)自身的PID算法，進(jìn)行調(diào)壓分輸;

停輸邏輯過程：停輸邏輯使用兩種方法，分別為邏輯1與邏輯2.

邏輯1：使用下游管存壓力，作為下發(fā)停輸邏輯的判斷條件。即下游管存壓力達(dá)到所需設(shè)定壓力值時，下發(fā)用戶停輸邏輯，RMG調(diào)壓柜下發(fā)工作調(diào)壓閥關(guān)閥命令，但工作調(diào)壓閥全關(guān)到位時，下發(fā)調(diào)壓支路進(jìn)口球閥關(guān)閥命令。當(dāng)管存壓力下降到設(shè)定壓力值時，執(zhí)行用戶啟輸邏輯，壓力達(dá)到設(shè)定值時下發(fā)用戶停輸邏輯命令，以此反復(fù)直至將今日的日指定量分輸完畢。

邏輯2：使用流量計的瞬時工況流量值，作為下發(fā)停輸邏輯的判斷條件。當(dāng)流量計的瞬時工況流量達(dá)到Qt值時，程序計算1次，當(dāng)流量計瞬時工況流量低于Qt值后，程序計算1次，即瞬時工況流量高于Qt后，流量回落低于Qt時，下發(fā)用戶停輸邏輯，RMG調(diào)壓柜下發(fā)工作調(diào)壓閥關(guān)閥命令，工作調(diào)壓閥全關(guān)到位時，下發(fā)調(diào)壓支路進(jìn)口球閥關(guān)閥命令。當(dāng)管存壓力下降到設(shè)定壓力值時，執(zhí)行用戶啟輸邏輯，瞬時工況流量值達(dá)到程序要求時下發(fā)用戶停輸邏輯命令，以此反復(fù)直至將今日的日指定量分輸完畢。

3.2 ?應(yīng)用案例及成效分析

上述方案已在西三線漳州分輸清管站完成測試。

在使用壓力啟輸邏輯中，在多次實驗中得出在1分10秒上下時，瞬時工況流量能夠超過分流流量QT值（81.4m3/h）。

使用邏輯1：壓力停輸方式，整個分輸過程多次試驗中持續(xù)時間約為9分。在5分10秒上下時，瞬時工況流量值跌落小于QT值（81.4m3/h）。整個分輸過程中有效時間約為4分鐘，占比約為4/9。

使用邏輯2：流量停輸方式。整個分輸過程多次試驗中持續(xù)時間約為5分20秒上下，在5分10秒上下時，瞬時工況流量值跌落小于QT值（81.4m3/h）。整個分輸過程中有效時間約為4分鐘。占比約為4/5。

從上述對比中發(fā)現(xiàn)邏輯2更高精度分輸方式的時間占比高。盡可能的減少因流量計： “大馬拉小車”而造成的計量誤差值。

備注：在分輸過程中，因每次分輸?shù)牧髁恐禈?biāo)方數(shù)約為500立方米。而現(xiàn)場的工藝管線的管存量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于500立方米，分輸過程的天然氣溫度變化值很小，可以忽略不計。

4 ?結(jié)語

隨著國家能源戰(zhàn)略的實施，流量計量在工業(yè)和生活上的運(yùn)用越來越廣泛， 超聲波流量計以其獨(dú)有的優(yōu)勢得到了快速的發(fā)展，國家也大力支持技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，但是，超聲波流量計的發(fā)展依舊有很多的難題，目前在工業(yè)中運(yùn)用的大流量超聲波流量計發(fā)展較快，在生活中運(yùn)用的小流量超聲波流量計發(fā)展非常緩慢，核心技術(shù)依舊被國外壟斷[1]。本文針對PLC程序的優(yōu)化以提高流量計的計量準(zhǔn)確性，運(yùn)用PLC的優(yōu)化及改進(jìn)自動控制分輸邏輯，采用自動的間歇式分輸?shù)姆椒?，盡量優(yōu)化了超聲波流量計運(yùn)行工況，使流量計盡量運(yùn)行在分界流量之上，提高計量的準(zhǔn)確性。本文主要做的工作有以下幾點(diǎn)：

（1）在軟件設(shè)計方面，詳細(xì)介紹了兩種 PLC程序算法自動控制分輸邏輯的思路及做法。

（2）對實施效果測試分析，采用Meterlink軟件結(jié)合上位機(jī)運(yùn)行趨勢圖，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，論證結(jié)果有效消除下流量模式下計量誤差大的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]劉明祥.小流量氣體超聲波流量計的研制.中國計量大學(xué)