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    摘要：流量計(jì)算機(jī)作為一體化、智能化的流量測量工具，在天然氣的計(jì)量方面正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文介紹由Floboss103流量計(jì)算機(jī)組成的流量計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置及使用。

    關(guān)鍵詞：孔板；流量計(jì)算機(jī)；計(jì)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(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。孔板的安裝方向不能搞錯，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)不只是一臺計(jì)算機(jī)，它可以直接測量壓力、差壓和溫度三個關(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個取壓閥、2個排污閥和1個平衡閥），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，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 vvvvvvvv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，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，測量管內(nèi)無氣體流動，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，保持五閥組平衡閥打開（模擬一個無流量條件），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。

    參考文獻(xiàn)：
    [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].

    作者簡介
    何安明（1975-），男，重慶璧山人，工程師，本科，現(xiàn)就職于中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司工程建設(shè)科。