低流量輸氣站場(chǎng)流量提升自動(dòng)分輸改造

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(jì)對(duì)小流量計(jì)量不準(zhǔn)確問題： 用戶分輸量少且長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)分輸，分輸流量小于流量計(jì)的分界流量，流量計(jì)工作在小流量點(diǎn)，造成測(cè)量不確定度增大，計(jì)量不準(zhǔn)確。針對(duì)以上問題，運(yùn)用PLC程序自動(dòng)控制分輸邏輯、優(yōu)化超聲波流量計(jì)運(yùn)行計(jì)量工況環(huán)境。本文主要研究了以下幾個(gè)方面：

1、在軟件上，通過對(duì)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(wú)需對(duì)超聲波流量計(jì)本體進(jìn)行改造就可優(yōu)化超聲波流量計(jì)運(yùn)行計(jì)量工況環(huán)境。

2、利用軟硬件測(cè)試，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分輸運(yùn)行工況，通過大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)兩種方案進(jìn)行擇優(yōu)使用。

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

0 ?前言

超聲波流量計(jì)作為流量數(shù)據(jù)采集儀表，不同型號(hào)超聲波流量計(jì)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(jì)的計(jì)量要求區(qū)間，極易造成計(jì)量不準(zhǔn)確的問題，同樣引發(fā)計(jì)量歧義。

目前部分天然氣分輸站場(chǎng)使用的分輸流量計(jì)為時(shí)差法的超聲波流量計(jì)，因設(shè)計(jì)或用戶用氣量減少，造成部分用戶日用量小，并要求24小時(shí)分輸，導(dǎo)致分輸時(shí)間長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)分輸量少，超聲波流量計(jì)大部分時(shí)間運(yùn)行在分界流量QT值以下，在計(jì)量中流量計(jì)誤差增大，誤差過大則容易引起計(jì)量糾紛。本文以超聲波流量計(jì)的原理為依據(jù)，分析小流量下超聲波流量計(jì)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(chǎng)站分輸模式，使流量計(jì)盡可能的在分界流量QT值以上，減少流量計(jì)的計(jì)量誤差。

1 時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理

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

2 ?超聲波流量計(jì)在小流量分輸模式下計(jì)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(jì)為丹尼爾3400超聲波流量計(jì)，管徑大小為DN100，工況量程為21～814（m3/h）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集了相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)（流量計(jì)QT值為81.4m3/h、下游管道長(zhǎng)度520m、管徑DN200、分輸壓力4.0PMa以下等），在實(shí)際的分輸過程中，每日3000至5000標(biāo)方的分輸量，在24小時(shí)不間斷分輸?shù)那闆r下，每小時(shí)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(shí)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(duì)思考，將均勻分輸改為分段式分輸，以提高單位時(shí)間內(nèi)的分輸量。即為了達(dá)到提高分輸，流量計(jì)的工作時(shí)瞬時(shí)工況盡量達(dá)到Qt值以上。

3 ?流量計(jì)小流量分輸計(jì)量改造方法及效果分析

3.1 ?流量計(jì)小流量分輸計(jì)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(dòng)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(dòng)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(shí)（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(shí)，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(shí)，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(shí)，執(zhí)行用戶啟輸邏輯，壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)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(jì)的瞬時(shí)工況流量值，作為下發(fā)停輸邏輯的判斷條件。當(dāng)流量計(jì)的瞬時(shí)工況流量達(dá)到Qt值時(shí)，程序計(jì)算1次，當(dāng)流量計(jì)瞬時(shí)工況流量低于Qt值后，程序計(jì)算1次，即瞬時(shí)工況流量高于Qt后，流量回落低于Qt時(shí)，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(shí)，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(shí)，執(zhí)行用戶啟輸邏輯，瞬時(shí)工況流量值達(dá)到程序要求時(shí)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(cè)試。

在使用壓力啟輸邏輯中，在多次實(shí)驗(yàn)中得出在1分10秒上下時(shí)，瞬時(shí)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(gè)分輸過程多次試驗(yàn)中持續(xù)時(shí)間約為9分。在5分10秒上下時(shí)，瞬時(shí)工況流量值跌落小于QT值（81.4m3/h）。整個(gè)分輸過程中有效時(shí)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(gè)分輸過程多次試驗(yàn)中持續(xù)時(shí)間約為5分20秒上下，在5分10秒上下時(shí)，瞬時(shí)工況流量值跌落小于QT值（81.4m3/h）。整個(gè)分輸過程中有效時(shí)間約為4分鐘。占比約為4/5。

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

4 ?結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的實(shí)施，流量計(jì)量在工業(yè)和生活上的運(yùn)用越來越廣泛， 超聲波流量計(jì)以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)得到了快速的發(fā)展，國(guó)家也大力支持技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，但是，超聲波流量計(jì)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(jì)發(fā)展較快，在生活中運(yùn)用的小流量超聲波流量計(jì)發(fā)展非常緩慢，核心技術(shù)依舊被國(guó)外壟斷[1]。本文針對(duì)PLC程序的優(yōu)化以提高流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性，運(yùn)用PLC的優(yōu)化及改進(jìn)自動(dòng)控制分輸邏輯，采用自動(dòng)的間歇式分輸?shù)姆椒?，盡量?jī)?yōu)化了超聲波流量計(jì)運(yùn)行工況，使流量計(jì)盡量運(yùn)行在分界流量之上，提高計(jì)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(jì)方面，詳細(xì)介紹了兩種 PLC程序算法自動(dòng)控制分輸邏輯的思路及做法。

（2）對(duì)實(shí)施效果測(cè)試分析，采用Meterlink軟件結(jié)合上位機(jī)運(yùn)行趨勢(shì)圖，對(duì)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(jì)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(jì)的研制.中國(guó)計(jì)量大學(xué)