摘要：流量計算機作為一體化、智能化的流量測量工具，在天然氣的計量方面正在得到越來(lái)越廣泛的應用。本文介紹由Floboss103流量計算機組成的流量計量系統的結構、配置及使用。

    關(guān)鍵詞：孔板；流量計算機；計量；Floboss103

    Abstract: Flow computer is getting more and more extensive application in gas flow measurement. This paper introduces the structure, configuration and applications of flow measurement system with the Floboss103 flow computer.

    Key words: Orifice plate; Flow computer; Measurement; Floboss103

    1　引言

    煤層氣作為一種新興能源，對優(yōu)化能源結構、保障煤礦安全生產(chǎn)、保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。隨著(zhù)我國煤層氣的不斷開(kāi)發(fā)利用，煤層氣計量作為煤層氣生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，它是企業(yè)進(jìn)行貿易交接、經(jīng)濟分析、降低運行成本的主要因素。

    流量計算機是一臺固化了流量計算軟件的計算機，它通過(guò)讀取各類(lèi)氣體計量?jì)x表的參數，然后根據不同的計算方法計算天然氣壓縮因子，對氣體的體積進(jìn)行實(shí)時(shí)的精確修正。

    2　Floboss103流量計量系統組成

    Flobossl03計量系統主要由高級閥式孔板節流裝置和美國艾默生公司的Flobossl03流量計算機組成。Flobossl03流量計算機獨立完成壓力、差壓和溫度的實(shí)時(shí)數據采集，通過(guò)內置的計算功能，得出標準狀態(tài)下的瞬時(shí)體積流量和累積體積流量。 

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

    3　Fobossl03流量計量系統使用

    Flobossl03流量計量系統包括測量孔板、熱電阻和流量計算機，各組成部分只有正確安裝組合后才能準確計量。

                    
                                圖1 Floboss 103流量計量系統組成

    3.1　孔板安裝

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

    管道通氣之前，應將孔板放在孔板閥的上腔位置，等待管內氣體穩定以后，再將孔板放至下腔位置，以避免瞬間的強大氣流沖壞孔板，影響計量精度。

    3.2　Flobossl03流量計算機安裝

    Flobossl03流量計算機不只是一臺計算機，它可以直接測量壓力、差壓和溫度三個(gè)關(guān)鍵參數，就地在其Floboss設備中經(jīng)過(guò)一次A／D轉換后立即做最后的流量計算，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(guò)程，從而減小了整個(gè)測量系統的系統誤差。配置標準接線(xiàn)端子板，提供多種線(xiàn)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。 

    流量計算機配套不銹鋼五閥組（包括2個(gè)取壓閥、2個(gè)排污閥和1個(gè)平衡閥），通過(guò)兩根取壓管線(xiàn)與孔板閥連接：正壓室與孔板閥上游連接，負壓室與孔板閥下游連接。在孔板閥下游安裝有鉑熱電阻，流量計算機標準接線(xiàn)端子板有專(zhuān)門(mén)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(kāi)平衡閥，再打開(kāi)正取壓閥。待正取壓閥全開(kāi)后，關(guān)閉平衡閥，然后打開(kāi)開(kāi)負取壓閥。這樣是為了防止損傷負壓側膜盒。

    3.3　參數設置

    Flobossl03流量計算機在投入使用前需要進(jìn)行一系列的參數設置，使用ROCLINK軟件來(lái)完成，參數設置的主要內容有： 

    （1）用于流量計算的設置：包括計算標準、孔板孔徑、氣體組分等 vvvvvvvv以伯努利方程和流體連續性方程為依據，孔板流量計理論流量計算公式為：
     

    式中，qf 為工況下的體積流量，m3/s ；c為流出系數，無(wú)量鋼；β=d/D，無(wú)量鋼；d為工況下孔板內徑，mm；D為工況下上游管道內徑，mm；ε為可膨脹系數，無(wú)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。

    根據理論計算公式可知，在流量計算機的計算軟件中需要設置孔板孔徑d、測量管徑D，氣體組分（計算密度）等參數。

    （2）儀表參數設置

    Flobossl03流量計算機在使用前要對采集的壓力、溫度和差壓三個(gè)參數進(jìn)行初始標定，采用5點(diǎn)標定法，5點(diǎn)標定包括零點(diǎn)、量程終點(diǎn)和三個(gè)中間點(diǎn)。根據標定的結果，在軟件中設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）基準條件設置

    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量的標準溫度和壓力，稱(chēng)之為基準狀態(tài)或標準狀態(tài)。 《天然氣流量的標準孔板計量方法》 ( SY / T62 43-1996 ) 規定：101. 325 kPa，20℃作為我國天然氣計量的標準狀態(tài)；《天然氣標準的參比條件》( I SO 13443) 中規定的參比條件為 10 1 . 56 k Pa 和 288. 15 K ( 15℃ ) ；美國天然氣計量的參比條件為14. 73psig( 101 . 56 kP a ) 和 60F ( 15 . 56℃ ) 。

    作為貿易交接，交接雙方應選擇相同條件下的計量結果作為交接依據，為此在Flobossl03流量計算機中設置標準條件為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準體積流量。

    3.4　數據通訊

    Flobossl03流量計算機支持Modbus通訊，可以與其它控制系統或上位監控系統進(jìn)行數據通訊。上位機所讀數據需配置在表3-Function3A或表4-Function3B中，上位機能夠修改的數據配置在表9-Function16中。例如寄存器從7051~7062中存放參數為：

    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，總累計流量

    根據需要可以靈活配置寄存器地址，把需要通訊的數據填入寄存器，這樣在多臺Flobossl03流量計算機組成的通訊網(wǎng)絡(luò )中能減輕通訊負擔。

    4　影響流量計量的因素

    在實(shí)際使用過(guò)程中，Flobossl03流量計算機有幾方面需要注意：

    4.1　測量信號不準確

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

    4.2　參數設置錯誤

    參數設置的正確與否直接影響測量結果。例如孔板孔徑應填寫(xiě)標定證書(shū)上的數據，靜壓、差壓、溫度等信號值固定不變是因為在I/O輸入設置中，將輸入信號相應參數設置的“scan”項由“enable”誤選為“disable”。

    4.3　零點(diǎn)漂移

    設備檢修時(shí)，測量管內無(wú)氣體流動(dòng)，流量計算機仍然顯示有流量計量，可以確定是差壓信號出現零點(diǎn)漂移，要對儀表進(jìn)行零點(diǎn)校正。調整零漂時(shí)，保持五閥組平衡閥打開(kāi)（模擬一個(gè)無(wú)流量條件），來(lái)自標定儀表的管路壓力或者操作靜壓作用于傳感器。將ROCLINK軟件與流量計算機連接，在Calibration菜單下進(jìn)行操作，如圖2所示。

                    
                                     圖2 連接ROCLINK軟件與流量計算機

    5　結語(yǔ)

    Floboss103流量計算機具有計量準確度高、數據管理的高效性和性能可靠、穩定等特點(diǎn)，在外輸計量中得到了積極地應用。

    參考文獻：
    [1] FLOBOSS™ 103 Flow Manager[Z].
     [2] GB/T_21446-2008, 用標準孔板流量計測量天然氣流量[S].

    作者簡(jiǎn)介
    何安明（1975-），男，重慶璧山人，工程師，本科，現就職于中石油煤層氣有限責任公司忻州分公司工程建設科。