《自动化博览》

    摘要：流量计算机作为一体化、智能化的流量测量工具，在天然气的计量方面正在得到越来越广泛的应用。本文介绍由Floboss103流量计算机组成的流量计量系统的结构、配置及使用。

    关键词：孔板；流量计算机；计量；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

    煤层气作为一种新兴能源，对优化能源结构、保障煤矿安全生产、保护生态环境具有重要意义。随着我国煤层气的不断开发利用，煤层气计量作为煤层气生产过程中的重要环节，直接影响企业的经济效益，它是企业进行贸易交接、经济分析、降低运行成本的主要因素。

    流量计算机是一台固化了流量计算软件的计算机，它通过读取各类气体计量仪表的参数，然后根据不同的计算方法计算天然气压缩因子，对气体的体积进行实时的精确修正。

    2　Floboss103流量计量系统组成

    Flobossl03计量系统主要由高级阀式孔板节流装置和美国艾默生公司的Flobossl03流量计算机组成。Flobossl03流量计算机独立完成压力、差压和温度的实时数据采集，通过内置的计算功能，得出标准状态下的瞬时体积流量和累积体积流量。 

    高级孔板阀是结构新颖的流量计量节流装置，其特点是在进行流量计量的过程中，不需要停止介质输送，而可随时提取其孔板来进行检查或更换，操作快捷，密封可靠，如图1所示。

    3　Fobossl03流量计量系统使用

    Flobossl03流量计量系统包括测量孔板、热电阻和流量计算机，各组成部分只有正确安装组合后才能准确计量。

                    
                                图1 Floboss 103流量计量系统组成

    3.1　孔板安装

    孔板应配有一段测量管以保证测量精度，测量管长度的标准是上游10D、下游5D长（D为直管段实际内径）。安装孔板前，要确认安装孔板的管道已吹扫，以防管道内杂物堵塞或损伤标准孔板。孔板的安装方向不能搞错，孔板入口尖锐边缘应对向流体的流向。

    管道通气之前，应将孔板放在孔板阀的上腔位置，等待管内气体稳定以后，再将孔板放至下腔位置，以避免瞬间的强大气流冲坏孔板，影响计量精度。

    3.2　Flobossl03流量计算机安装

    Flobossl03流量计算机不只是一台计算机，它可以直接测量压力、差压和温度三个关键参数，就地在其Floboss设备中经过一次A／D转换后立即做最后的流量计算，减少了一般流量积算仪测量压力、差压变送器等输出信号这一过程，从而减小了整个测量系统的系统误差。配置标准接线端子板，提供多种线路连接，包括：RTD输入、LOI通信端口、RS485通信端口、I/O信号以及24V直流电源。 

    流量计算机配套不锈钢五阀组（包括2个取压阀、2个排污阀和1个平衡阀），通过两根取压管线与孔板阀连接：正压室与孔板阀上游连接，负压室与孔板阀下游连接。在孔板阀下游安装有铂热电阻，流量计算机标准接线端子板有专门端子接入温度信号。

    测量差压时，要注意五阀组的正确操作步骤。先打开平衡阀，再打开正取压阀。待正取压阀全开后，关闭平衡阀，然后打开开负取压阀。这样是为了防止损伤负压侧膜盒。

    3.3　参数设置

    Flobossl03流量计算机在投入使用前需要进行一系列的参数设置，使用ROCLINK软件来完成，参数设置的主要内容有： 

    （1）用于流量计算的设置：包括计算标准、孔板孔径、气体组分等 vvvvvvvv以伯努利方程和流体连续性方程为依据，孔板流量计理论流量计算公式为：
     

    式中，qf 为工况下的体积流量，m3/s ；c为流出系数，无量钢；β=d/D，无量钢；d为工况下孔板内径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；ε为可膨胀系数，无量钢； p ? 为孔板前后的差压值， Pa； ρ1为工况下流体的密度， kg/m3。

    根据理论计算公式可知，在流量计算机的计算软件中需要设置孔板孔径d、测量管径D，气体组分（计算密度）等参数。

    （2）仪表参数设置

    Flobossl03流量计算机在使用前要对采集的压力、温度和差压三个参数进行初始标定，采用5点标定法，5点标定包括零点、量程终点和三个中间点。根据标定的结果，在软件中设置正确的量程范围和测量单位。增加小流量切除功能，避免小信号对测量的干扰。

    （3）基准条件设置

    气体体积是随温度和压力而变化的。因此，在测量天然气体积流量时，必须指定某一温度和压力作为计量的标准温度和压力，称之为基准状态或标准状态。 《天然气流量的标准孔板计量方法》 ( SY / T62 43-1996 ) 规定：101. 325 kPa，20℃作为我国天然气计量的标准状态；《天然气标准的参比条件》( I SO 13443) 中规定的参比条件为 10 1 . 56 k Pa 和 288. 15 K ( 15℃ ) ；美国天然气计量的参比条件为14. 73psig( 101 . 56 kP a ) 和 60F ( 15 . 56℃ ) 。

    作为贸易交接，交接双方应选择相同条件下的计量结果作为交接依据，为此在Flobossl03流量计算机中设置标准条件为101. 325 kPa，20℃，目的是将测量到的工况体积流量折算成交接的标准体积流量。

    3.4　数据通讯

    Flobossl03流量计算机支持Modbus通讯，可以与其它控制系统或上位监控系统进行数据通讯。上位机所读数据需配置在表3-Function3A或表4-Function3B中，上位机能够修改的数据配置在表9-Function16中。例如寄存器从7051~7062中存放参数为：

    7051~7052：3-Analog Inputs, AIN A1 Diff Pres，差压
    7053~7054：3-Analog Inputs, AIN A2 Static，静压
    7055~7056：3-Analog Inputs, AIN A3RTD，温度
    7057~7058：47-Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Rate per hour，小时流量
    7059~7060：47- Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Today，每天流量
    7061~7062：47- Meter Flow Values,   FLWNEW 1,   Flow Accumulated，总累计流量

    根据需要可以灵活配置寄存器地址，把需要通讯的数据填入寄存器，这样在多台Flobossl03流量计算机组成的通讯网络中能减轻通讯负担。

    4　影响流量计量的因素

    在实际使用过程中，Flobossl03流量计算机有几方面需要注意：

    4.1　测量信号不准确

   仪表由于长时间的工作，孔板、静压和差压传感器的准确度发生变化，出现上述情况应立即对仪表进行校准，以保证其准确性。校准完成后，如果测量信号仍然存在大的误差，原因可能是导压管堵塞，尤其是冬季，由于气温较低导压管被冻住，应对导压管采取保温措施，保证导压管畅通。

    4.2　参数设置错误

    参数设置的正确与否直接影响测量结果。例如孔板孔径应填写标定证书上的数据，静压、差压、温度等信号值固定不变是因为在I/O输入设置中，将输入信号相应参数设置的“scan”项由“enable”误选为“disable”。

    4.3　零点漂移

    设备检修时，测量管内无气体流动，流量计算机仍然显示有流量计量，可以确定是差压信号出现零点漂移，要对仪表进行零点校正。调整零漂时，保持五阀组平衡阀打开（模拟一个无流量条件），来自标定仪表的管路压力或者操作静压作用于传感器。将ROCLINK软件与流量计算机连接，在Calibration菜单下进行操作，如图2所示。

                    
                                     图2 连接ROCLINK软件与流量计算机

    5　结语

    Floboss103流量计算机具有计量准确度高、数据管理的高效性和性能可靠、稳定等特点，在外输计量中得到了积极地应用。

    参考文献：
    [1] FLOBOSS™ 103 Flow Manager[Z].
     [2] GB/T_21446-2008, 用标准孔板流量计测量天然气流量[S].

    作者简介
    何安明（1975-），男，重庆璧山人，工程师，本科，现就职于中石油煤层气有限责任公司忻州分公司工程建设科。