0引言

    大慶石化公司煉油廠生產(chǎn)用天然氣由天然氣公司小化計量站管道輸送，結算數(shù)據(jù)以供方為準，煉油廠以計量監(jiān)控為目的，原監(jiān)測是以加氫二車間原料計量表量、串瓦斯管網(wǎng)計量表量和火炬計量表量之和作為監(jiān)控手段，這種方法存在中間環(huán)節(jié)多，不確定性多，在運行過程中比對超差，不符合計量規(guī)范要求;在天然氣入廠管線處建立計量站，通過對現(xiàn)場一次儀表(溫度、壓力、孔板流量計)進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)下位機模數(shù)轉換后，由上位機進行天然氣標況流量計算，天然氣入廠監(jiān)控系統(tǒng)編碼設計、實時數(shù)據(jù)庫數(shù)采接口設計、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)設計、圖形界面設計、公式計算設計，系統(tǒng)功能主要包括:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、公式計算、圖形界面的開發(fā)、打印報表，提供OPC-DA通訊接口。該系統(tǒng)經(jīng)國家石油天然氣大流量計量站校準合格。

1系統(tǒng)架構與功能

1.1系統(tǒng)架構

    通過RS485/MODBUS接口對智能模塊進行數(shù)據(jù)采集。計算模塊調(diào)用實時數(shù)據(jù)中相關數(shù)據(jù)進行計算，用戶通過系統(tǒng)交互界面訪問數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)，并可進行歷史數(shù)據(jù)查詢、趨勢圖繪制等操作，實時數(shù)據(jù)庫通過OPC接口與其他系統(tǒng)通信。軟件架構圖如圖1所示，硬件架構圖如圖2所示。

1.2系統(tǒng)功能

1.3功能設計

1)數(shù)據(jù)采集

    采集程序通過標準ModbusTCP/IP協(xié)議對控制模塊進行采集，采集的數(shù)據(jù)包括:溫度、壓力等，數(shù)據(jù)存儲至實時數(shù)據(jù)庫時，由驅動框架進行調(diào)度，保證數(shù)據(jù)同時傳遞至數(shù)據(jù)庫。

2)數(shù)據(jù)存儲

    數(shù)據(jù)存儲包括采集數(shù)據(jù)存儲和運算數(shù)據(jù)存儲兩部分，采集數(shù)據(jù)按驅動進行存儲，運算數(shù)據(jù)的實際數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)均可按用戶指定的存儲時長、存儲周期進行存儲，保證數(shù)據(jù)的完整性。

3)算法計算

    公式是編程人員在系統(tǒng)開發(fā)時在運算模塊內(nèi)配置完成的，運算用到的實時數(shù)據(jù)可從數(shù)據(jù)庫中直接獲取，其他數(shù)據(jù)中的固定數(shù)據(jù)如氣體系數(shù)等，在編程時設置為固定值。

4)圖形界面

    系統(tǒng)提供圖形化的展示界面，能夠方便用戶對采集數(shù)據(jù)進行查看，同時提供模擬計算和真實計算界面，能夠快速地調(diào)用運算模塊將運算結果在圖形界面進行展示。

5)自動打印報表

    系統(tǒng)每小時自動生成一條當前計算結果，并和時間、描述等信息組成一條詳細數(shù)據(jù)信息，通過打印機驅動程序將本條數(shù)據(jù)信息進行打印，方便對數(shù)據(jù)存檔。

1.4系統(tǒng)部署

    一次表信號接入一進兩出模擬量輸入式隔離柵，一路輸出信號接到原計量系統(tǒng)，另一路輸出信號接到智能信號轉換模塊，智能信號轉換模塊通過485通訊協(xié)議將信號傳送給上位機。

2系統(tǒng)關鍵算法

    在實時數(shù)據(jù)庫及實時數(shù)據(jù)庫應用子系統(tǒng)設計和實施過程中，一些關鍵點的設計決定運行管理系統(tǒng)的整體框架的構建和后續(xù)的使用。

2.1計算公式

    標準狀況下天然氣體積流量和質(zhì)量流量的計算公式為:

    式中:qvn為標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s;qm為標準狀態(tài)下天然氣質(zhì)量流量，kg/s;Avn為體積流量計量系數(shù)，視采用計量單位而定，秒體積流量計量系數(shù)Avn=3.1795×10－6;Am為質(zhì)量流量計量系數(shù)，視采用計量單位而定，秒質(zhì)量流量計量系數(shù)Am=3.8295×10－6;C為流出系數(shù);E為漸近速度系數(shù);d為孔板開孔直徑，mm;FG為相對密度系數(shù);ε為可膨脹系數(shù);FZ為超壓縮因子;FT為流動溫度系數(shù);p1為孔板上游側取壓孔氣流絕對靜壓，MPa;Δp為氣體流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。

流出系數(shù):

    式中:β為直徑比，β=d/D;ReD為管徑雷諾數(shù);L1為孔板上游端面到上游取壓孔軸線的距離除以測量管內(nèi)徑得出的商;L2為孔板下游端面到下游取壓孔軸線的距離除以測量管內(nèi)徑得出的商;孔板為法蘭取壓方式:L1=L2=25.4/D

孔板開孔直徑:

    式中:d20為孔板開孔在(20±2)℃條件下的檢測直徑，mm;Ad為孔板材質(zhì)的線膨脹系數(shù)，mm/(mm·℃);t1為天然氣流量實測氣體溫度，℃。

漸進系數(shù):

雷諾數(shù):

    流出系數(shù)C隨雷諾數(shù)變化而變化，當雷諾數(shù)增大到某一數(shù)值時，這個變化就很小了，流出系數(shù)趨于穩(wěn)定，對于法蘭取壓，此值為106。

2.2計算參數(shù)

    用以計算的靜態(tài)參數(shù)7個:管徑、孔徑(雙孔板切換，孔徑不同)、等熵指數(shù)、粘度系數(shù)、管線材質(zhì)、孔板材質(zhì)、大氣壓強。

    用以計算的動態(tài)組分參數(shù)12個，由定期化驗后獲得，包括:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、戊烷、庚烷、己烷、氫氣、氦氣、氮氣、二氧化碳。

3實時數(shù)據(jù)庫應用

3.1天然氣計量主畫面

    天然氣計量主畫面如圖3所示，通過該畫面可查看到天然氣的實測壓力、天然氣流量、溫度等參數(shù)。天然氣計量主畫面參數(shù)與數(shù)據(jù)庫點對應表如表1所示。

3.2分計量畫面

    通過分計量畫面能夠查看到系統(tǒng)的壓力、差壓、溫度以及天然氣的瞬時體積流量、瞬時質(zhì)量流量、體積能量流量、質(zhì)量能量流量、小時累計流量、日累計流量等參數(shù)，通過點擊左下方的條目，在趨勢圖上查看到相關量的變化趨勢。天然氣計量畫面參數(shù)與數(shù)據(jù)庫點對應表如表2所示。

3.3天然氣參數(shù)設置畫面

    通過天然氣參數(shù)設置畫面可以設置系統(tǒng)的基本參數(shù)，這些參數(shù)是系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)的基礎。在工程師操作欄中，實現(xiàn)了一些基本的功能，如流量切換、調(diào)出事件記錄畫面、系統(tǒng)時鐘、歷史曲線、數(shù)據(jù)存盤等功能。通過點擊右下角增加的歷史報表圖標可以調(diào)出歷史報表畫面，供用戶查詢。自動密度開關，可以切換相對密度字段的手動/自動輸入。天然氣參數(shù)畫面參數(shù)與后臺數(shù)據(jù)點對應表如表3所示。

3.4流量測試畫面

    通過流量測試畫面輸入給定參數(shù)，后臺數(shù)據(jù)庫即可計算出氣體體積流量公式和氣體質(zhì)量流量公式中的相關系數(shù)。天然氣流量測試畫面參數(shù)與后臺數(shù)據(jù)點對應表如表4所示。

3.5天然氣計量歷史報表畫面設計

    該報表能顯示天然氣公司來氣整點流量、壓力和溫度。從當天的7點到次日6點的整點數(shù)據(jù)，并按8小時小計，按日合計，同時可以查詢歷史數(shù)據(jù)并打印。

4結束語

    該系統(tǒng)完善了進廠天然氣交接計量監(jiān)測、比對設施和手段，確保了計量表的準確計量，豐富了天然氣交接計量監(jiān)測系統(tǒng)的管理功能，系統(tǒng)開發(fā)了時鐘同步功能，完善了歷史報表查詢功能、歷史趨勢記錄功能，開發(fā)了實時報警功能、歷史數(shù)據(jù)轉存?zhèn)浞莨δ芤约坝嬎闾烊粴獍l(fā)熱量等功能，并根據(jù)生產(chǎn)需要形成各種報表，方便用戶實時核對計量數(shù)據(jù)，為指導生產(chǎn)、計量統(tǒng)計、事件追溯提供了科學、有效的依據(jù)。

    天然氣計量交接監(jiān)測系統(tǒng)實施投用后，天然氣交接計量誤差得到了進一步有效控制，確保了交接計量數(shù)據(jù)更加準確，天然氣計量監(jiān)測系統(tǒng)更加科學合理，提高了工作效率和管理水平，減少了交接計量誤差。

 

 

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