Floboss103流量計算機在氣體外輸計量中的應用

中石油煤層氣有限責任公司忻州分公司 何安明，茍建升

1 引言

煤層氣作為一種新興能源，對優化能源結構、保障煤礦安全生產、保護生態環境具有重要意義。隨著我國煤層氣的不斷開發利用，煤層氣計量作為煤層氣生產過程中的重要環節，直接影響企業的經濟效益，它是企業進行貿易交接、經濟分析、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，它通過讀取各類氣體計量儀表的參數，然后根據不同的計算方法計算天然氣壓縮因子，對氣體的體積進行實時的精確修正。

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、差壓和溫度的實時數據采集，通過內置的計算功能，得出標準狀態下的瞬時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，其特點是在進行流量計量的過程中，不需要停止介質輸送，而可隨時提取其孔板來進行檢查或更換，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，測量管長度的標準是上游10D、下游5D長（D為直管段實際內徑）。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。孔板的安裝方向不能搞錯，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、差壓和溫度三個關鍵參數，就地在其Floboss設備中經過一次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程，從而減小了整個測量系統的系統誤差。配置標準接線端子板，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。

流量計算機配套不銹鋼五閥組（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，關閉平衡閥，然后打開開負取壓閥。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行一系列的參數設置，使用ROCLINK軟件來完成，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

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，無量鋼；β=d/D，無量鋼；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、溫度和差壓三個參數進行初始標定，采用5點標定法，5點標定包括零點、量程終點和三個中間點。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，必須指定某一溫度和壓力作為計量的標準溫度和壓力，稱之為基準狀態或標準狀態。 《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；《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絡中能減輕通訊負擔。

4 影響流量計量的因素

在實際使用過程中，Flobossl03流量計算機有幾方面需要注意：

4.1 測量信號不準確

儀表由于長時間的工作，孔板、靜壓和差壓傳感器的準確度發生變化，出現上述情況應立即對儀表進行校準，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標定證書上的數據，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 零點漂移

設備檢修時，測量管內無氣體流動，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漂移，要對儀表進行零點校正。調整零漂時，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菜單下進行操作，如圖2所示。

圖2 連接ROCLINK軟件與流量計算機

5 結語

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，在外輸計量中得到了積極地應用。

[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].