在线补偿天然气流量积算仪

　　0　引言

　　天然气在各国一次能源中的比重不断上升,天然气的计量引起了人们的特别关注,在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中,需要数以百万计的流量计,其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大,对测量准确度和可靠性要求特别高[1]。国内目前的天然气贸易计量方法主要还是在法定的质量指标下按体积计量,但是天然气是一种可压缩性流体,作为一次检测仪表的流量计本身仅仅能够检测工况下的气体体积量,无法给出标准状态下的气体体积量,给天然气的贸易计量带来很大的不便[2-3]。为了更准确的计量,研制了天然气流量积算仪,可以在线检测气体的温度、压力,接收流量计输出的模拟信号、脉冲信号或者符合HART协议的信号,按照输入的天然气各种组分及其摩尔分数或百分比,根据AGA8—92计算方法建立起压缩因子和温度、压力关系的三维数据表,同时为了满足实时测量的需求,提高运算速度,提出用线性插值方法求出测量范围内任意温度和压力情况下的压缩因子,将工况下天然气体积流量转换成标准状态气体体积流量。

　　1　天然气流量补偿

　　工况条件下的瞬时流量按式(1)计算

　　式中:q_f为工况条件下的瞬时流量,m³/h;qn为标准状态条件下的瞬时流量, m³/h;p_f为工况条件下的绝对压力,其值为0 .101 325MPa;p_n为标准状态条件下的绝对静压力,MPa;T_f为工况条件下的热力学温度,其值为293.15;T_n为标准状态条件下的热力学温度,K;Z_f为工况条件下的压缩因子;Z_n为标准状态条件下的压缩因子。

　　天然气压缩因子为计算方法主要有2种:AGA8—92计算方法和SGERG—88计算方法。AGA8—92计算方法利用已知的气体的详细摩尔组成计算压缩因子, SGERG—88计算方法利用可获得的高位发热量(体积基)、相对密度、CO₂含量和H₂含量(若不为零)等非详细的分析数据来计算压缩因子[4-6]。在温度为263~338 K,压力不超过12MPa情况下,如果不计包括相关的压力和温度等输入数据的不确定度,两种计算方法的预期不确定度大约为0.1%。文中的设计基于AGA8—92计算方法。

　　2　硬件设计

　　主控制器是整个系统的核心,负责仪表各功能模块的管理。系统选用基于ARM920T内核的低功耗32位RISC微处理器S3C2440A。具有独立的16K指令和16K数据Cache,全功能的MMU虚拟内存管理单元,丰富的外部接口,片内工作频率高达400 MHz,能够满足工作要求[7]。SDRAM是可读写存储器读写速度比FLASH快,但掉电后数据丢失。用2MB的NOR