国产流量计算机在超声波流量计上的应用

　　1　应用背景

　　2003年山东天然气管网采用国际先进的超声波流量计进行分段计量,由于超声波流量计准确度高、流量范围宽、无压力损失等优点,在输气干线上安装使用超声波流量计不仅可以监控分段输差,而且可以使用流量平衡原理来检测管道泄漏,对管道事故有一定的预警功能。当时采用2500流量计算机与MarkⅡ超声波流量计配套,系统运行两年后陆续有多台2500流量计算机出现故障,该产品厂家已无备件提供,需要更换为S600流量计算机。厂家提出更换的流量计算机价格昂贵,而我单位使用2500型流量计算机多台,如果都因配件原因更换流量计算机将给企业带来很大的经济负担,因此,选用FC 2000-1AD来替代。

　　2　流量计算原理

　　通过查找流量计算机资料,对照GB/T18604《用气体超声波流量计测量天然气流量》,发现2500流量计算机计算公式为:

　　qf由超声波流量计基于时差法测量得出,通过RS485通信传输给流量计算机,流量计算机通过压力变送器和温度变送器采集管道流体的压力和温度,通过流量计算机固化的压缩因子计算软件得出工作条件下的压缩因子,最后按上式计算瞬时流量和累积流量。

　　通过CUI软件查找MarkⅡ中的参数,找到超声波流量计提供工作条件的瞬时流量频率输出接口,因此流量计算公式变为:

式中:N为工作条件下流量脉冲数;K为流量计仪表系数, m3/N。

　　从式(1)和式(2)可以看出共有qf、pn、pf、Tn、Tf、Zn、Zf7个参数参与标准参比条件下的瞬时流量的计算,其中qf来自MarkⅡ超声波流量计,pa和Ta是标准参比条件是已知量(pa=0·101325MPa,Ta=293·15K),pf和Tf通过流量仪表实时采集温度变送器和压力变送器的输出可以获得,只有Zn(天然气的标况压缩因子)和Zf(工况压缩因子)无法直接获得,需要流量补偿仪表根据天然气的组份和实际的工况依据相关的国家标准实时计算获得,而且只有实时计算才能保证计算的准确度,采用输入固定值的方式会带来比较大的误差。天然气流量的测量不同于普通气体,由于其是含烃类物质的混合气体,在工况体积与标况体积换算时必须考虑压缩因子。SY/T6143—2004《用标准孔板流量计计量天然气流量》标准中目前天然气压缩因子的计算的国家标准是GB/T17747—1999。该标准规定了天然气的压缩因子有两种计算方法: GB/T17747·2—1999《天然气压缩因子计算第2部分:用摩尔组成进行计算》及GB/T17747·3—1999《天然气压缩因子计算第3部分:用物性值进行计算》天然气压缩因子的计算方法如下:

　　3　FC2000-1AD流量计算机安装与试验

　　通过对国内大量的流量仪表的比较,发现国内众多的流量二次仪表还只是停留在简单的温压补偿,而没有针对烃类物质的压缩因子的计算,无法满足天然气流量计量的要求,因此选用了北京博思达新世纪测控技术有限公司生产的FC2000-1AD流量计算机。FC2000-1AD流量计算机是一款具有高精度补偿运算、数据显示、存储以及运用网络实现通讯功能的新一代计量仪表,可同时完成多种补偿运算(温度、压力、湿度、密度、组分等)。对流速可膨胀系数ε、压缩因子Z等参数作为动态量进行实时逐点运算。遵循标准有:GB/T2624—93, GB/T18215·1—2000, GB/T18604, SY/T6143—2004, ISO5167—1, ISO3966, ISO7145—1982,AGA8号报告, NX19等。可以支持: 4~20mA、脉冲、RS485等多种信号输入,故可与超声波流量计配套使用。