城市天然氣門(mén)站流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、城市天然氣門(mén)站流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則     采用先進(jìn)的流量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、多種流量計(jì)量單位的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，建立流量歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)檢索分析；實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)上傳，納入城市輸配運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)。     采用穩(wěn)定可靠的流量計(jì)，其計(jì)量精度、計(jì)量形式應(yīng)與上游匹配，保證與上游流量校對(duì)的技術(shù)條件一致.     流量計(jì)量程比應(yīng)與城市輸配系統(tǒng)運(yùn)行工況特性相匹配，保證在流量變化范圍內(nèi)流量計(jì)量系統(tǒng)綜合精度1%。    在防爆區(qū)運(yùn)行的流量計(jì)量裝置應(yīng)具

2、有可靠的防爆措施。    流量計(jì)量系統(tǒng)具有較好的故障自診斷和保護(hù)功能。    考慮可不停產(chǎn)維修以及遠(yuǎn)期擴(kuò)容等因素。2 天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)基本方案見(jiàn)圖1。    氣體渦輪流量計(jì)檢測(cè)天然氣流速，向流量計(jì)算機(jī)提供高頻脈沖信號(hào)；流量計(jì)算機(jī)(FLC)進(jìn)行流量運(yùn)算以及多種計(jì)量單位換算與顯示；在線(xiàn)氣體成分分析儀向流量計(jì)算機(jī)提供實(shí)時(shí)氣體成分，以保證體積流量、質(zhì)量流量的計(jì)算精度；壓力變送器(PT)、溫度變送器(TT)向流量計(jì)算機(jī)提供燃?xì)鈮毫蜏囟葦?shù)據(jù)，使流量計(jì)算機(jī)將工況流量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量；遠(yuǎn)程

3、終端單元(RTU)對(duì)流量計(jì)量通道運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、邏輯順序控制和數(shù)據(jù)通信控制。3 天然氣流量計(jì)選用    為保證與西氣東輸鄭州分輸站流量計(jì)量系統(tǒng)在計(jì)量原理和精度上具有較高的一致性，以達(dá)到雙方貿(mào)易結(jié)算數(shù)據(jù)校對(duì)的目的，鄭州燃?xì)忾T(mén)站流量計(jì)選用氣體渦輪流量計(jì)，計(jì)量精度為0.5%。    流量計(jì)口徑和量程比校核計(jì)算    門(mén)站工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如下：高峰小時(shí)流量為17.0×104m3/h，平均小時(shí)流量為7.0×104m3/h，低峰小時(shí)流量為2.1×104m3/h；氣體渦輪流量計(jì)進(jìn)口壓力為

4、2.53.5MPa。    選配G4000 TRZ DN 300mm氣體渦輪流量計(jì)，產(chǎn)品最大標(biāo)定流量為6500m3/h，最小標(biāo)定流量為320 m3/h。    按照該設(shè)備的選型計(jì)算，選用G4000 TRZ DN 300mm渦輪流量計(jì)可滿(mǎn)足輸氣能力(2.117.0)×104m3/h的要求。    氣體渦輪流量計(jì)性能及特點(diǎn)    a. 氣體渦輪流量計(jì)相對(duì)誤差為±0.5%。    b. 采用雙徑向軸承及止推軸承結(jié)構(gòu)，具有特強(qiáng)過(guò)載能力

5、，可長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載1.2倍最大流量，短時(shí)間過(guò)載1.6倍最大流量。    c. 壓力損失低，當(dāng)最大流量時(shí)其壓力損失僅為130Pa。    d. 采用強(qiáng)制潤(rùn)滑形式，在正確使用情況下可連續(xù)運(yùn)行20年以上。    e. 具有自診斷功能。渦輪葉片端部切割磁力線(xiàn)(徑向)發(fā)出脈沖信號(hào)，渦輪平面孔洞切割磁力線(xiàn)(軸向)也發(fā)出脈沖信號(hào)。在正常情況下，兩組脈沖的比值應(yīng)該保持恒定，一旦渦輪內(nèi)部發(fā)生故障，如葉片打壞、軸承損壞等情況，兩組脈沖的比值偏離恒定值，流量計(jì)算機(jī)可立即識(shí)別并報(bào)警。4 流量計(jì)算機(jī)選用  

6、0; 選用F1流量計(jì)算機(jī)來(lái)完成天然氣流量計(jì)算和顯示。F1流量計(jì)算機(jī)是多功能流量計(jì)算機(jī)，可選用的模塊、組態(tài)軟件繁多，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要密切結(jié)合計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)等要素選擇。     流量計(jì)算機(jī)配置    信號(hào)處理采用1塊EXMFE4輸入卡和1塊MFA6輸出卡，4路脈沖和開(kāi)關(guān)量防爆信號(hào)輸入，其中2路用于輸入氣體渦輪流量計(jì)高頻脈沖信號(hào)，另外2路擴(kuò)展備用；2路HART-bus協(xié)議輸入輸出接口，用于采集壓力和溫度變送器信號(hào)；2路RS-232接口，其中1路向RTU傳送流量數(shù)據(jù)，另1路擴(kuò)展備用；1路RS-485接口，預(yù)留與其他智能控制設(shè)備通

7、信。    流量計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件選用GAS-WORKS軟件進(jìn)行計(jì)量系統(tǒng)的調(diào)試和設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，并可將系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歸檔和重組。    流量計(jì)算機(jī)性能及特點(diǎn)    a. 計(jì)算精度為0.01%。    b. 可根據(jù)所選用的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，完成標(biāo)準(zhǔn)體積流量、質(zhì)量流量和能量流量等瞬時(shí)流量及天然氣壓縮因子的計(jì)算。    c. 存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)歸檔間隔從1s至1h可編程調(diào)整。若每1min存儲(chǔ)1次，可存儲(chǔ)30d的流量數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤和更改信息200條。  &

8、#160; d. 采用帶背光的LCD顯示方式，可顯示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、質(zhì)量流量和能量流量。同時(shí)也能顯示工作壓力、溫度、儀表狀態(tài)等信息。根據(jù)顯示不同參數(shù)的要求，顯示位數(shù)高達(dá)小數(shù)點(diǎn)前112位和小數(shù)點(diǎn)后16位，通過(guò)面板上的鍵盤(pán)操作，可查閱歸檔的資料，包括帶有時(shí)間標(biāo)簽的累計(jì)流量等。    e. 具有多種診斷功能，包括通道診斷、卡板診斷和系統(tǒng)診斷等，這些信息都可上傳站控系統(tǒng)，供管理和操作人員及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。    f. 連接現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)通道均為EEx ibIIC防爆等級(jí)。5 壓力變送器和溫度變送器選用   &#

9、160; 壓力變送器    選用Smart3051S壓力變送器。測(cè)量精度為0.5%，滿(mǎn)足系統(tǒng)綜合誤差設(shè)計(jì)的要求；測(cè)量范圍為04.5MPa，變送器工作在量程的50%70%范圍內(nèi)；可承受工作壓力為6MPa，工藝設(shè)計(jì)壓力為3.3MPa；可承受環(huán)境溫度為-4080，滿(mǎn)足鄭州地區(qū)-1040的氣溫變化防爆等級(jí)為EEx ia IIC T4，滿(mǎn)足安裝場(chǎng)所防爆要求。     溫度變送器    選用644H溫度變送器。精度為0.18%，滿(mǎn)足系統(tǒng)綜合誤差設(shè)計(jì)的要求；測(cè)量范圍為-200850，滿(mǎn)足天然氣-220工作溫度變化的要求

10、；工作環(huán)境溫度為-2085，滿(mǎn)足鄭州地區(qū)-1040的氣溫變化要求；防爆等級(jí)為EEx ia IIC T4，滿(mǎn)足安裝場(chǎng)所防爆要求。6 雙流量計(jì)量通道運(yùn)行控制方案    為了保證流量計(jì)量系統(tǒng)具有較高的可靠性和可維護(hù)性，采用了1開(kāi)1備的雙流量計(jì)量通道并聯(lián)運(yùn)行冗余設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖2。    在兩個(gè)流量計(jì)量通道上分別安裝電動(dòng)球閥來(lái)關(guān)閉或打開(kāi)流量計(jì)量通道。RTU采集流量數(shù)據(jù)和電動(dòng)球閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)并依據(jù)設(shè)計(jì)的計(jì)量通道轉(zhuǎn)換控制邏輯進(jìn)行運(yùn)算，向電動(dòng)球閥發(fā)送開(kāi)關(guān)動(dòng)作指令以實(shí)現(xiàn)雙路計(jì)量通道運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換。    運(yùn)行模式1：A通道工作，B

11、通道關(guān)閉?？蓪?duì)B通道流量計(jì)進(jìn)行日常保養(yǎng)。    運(yùn)行模式2：B通道工作，A通道關(guān)閉?？蓪?duì)A通道流量計(jì)進(jìn)行日常保養(yǎng)。    運(yùn)行模式3：A、B通道按設(shè)定的工作周期自動(dòng)轉(zhuǎn)換輪流工作，保證2臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間基本相同，避免某通道長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)造成過(guò)度磨損。    運(yùn)行模式4：其中一路流量計(jì)發(fā)生故障，自動(dòng)切換至正常流量計(jì)通道工作，并使故障流量計(jì)通道電動(dòng)球閥處于關(guān)閉鎖死狀態(tài)，可拆除故障流量計(jì)進(jìn)行    運(yùn)行模式5：當(dāng)流量超出單通道設(shè)定的最大值時(shí)，RTU自動(dòng)切換至雙通道工作，使單通道流量

12、下降至正常工作范圍。7 數(shù)據(jù)采集與通信    RTU、流量計(jì)算機(jī)、在線(xiàn)氣體成分分析儀、溫度變送器和壓力變送器都是基于微處理器的可編程智能化設(shè)備和儀表，它們之間的數(shù)據(jù)通信要遵循標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。數(shù)據(jù)采集及通信方案見(jiàn)圖3。7.1 流量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與通信     采集氣體渦輪流量計(jì)流量數(shù)據(jù)    流量計(jì)算機(jī)通過(guò)4芯雙絞屏蔽電纜與氣體渦輪流量計(jì)相連接，采集主高頻脈沖信號(hào)(AIS)和比較高頻脈沖信號(hào)(AIR)。主高頻脈沖信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)氣體流速，流量計(jì)算機(jī)通過(guò)檢測(cè)頻率的變化計(jì)算氣體流量的變化，同時(shí)比較AIS和AIR的脈沖

13、相位，若發(fā)現(xiàn)脈沖相位差超過(guò)規(guī)定值，就判定氣體渦輪流量計(jì)的渦輪葉片變形損壞，及時(shí)發(fā)出氣體渦輪流量計(jì)故障報(bào)警信號(hào)。    采集壓力、溫度數(shù)據(jù)    流量計(jì)算機(jī)通過(guò)2芯雙絞屏蔽電纜與壓力變送器和溫度變送器相連，2芯雙絞屏蔽電纜在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)向壓力變送器和溫度變送器提供12V直流工作電源。流量計(jì)算機(jī)使用HART-bus協(xié)議與壓力變送器和溫度變送器進(jìn)行通信，采集天然氣壓力和溫度數(shù)據(jù)。由于HART-bus協(xié)議依據(jù)工位編號(hào)識(shí)別安裝在同一環(huán)路中的不同智能儀表，壓力變送器和溫度變送器可以使用同一電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳拱。HART-bus協(xié)議最多支持在同一環(huán)路

14、中安裝16臺(tái)智能儀表，在進(jìn)行智能儀表編程時(shí)，要事先做好工位編號(hào)分配設(shè)計(jì)。    采集在線(xiàn)氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)    流量計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232通信接口和2芯雙絞屏蔽電纜與在線(xiàn)氣體成分分析儀相連接，通過(guò)Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。流量計(jì)算機(jī)通信應(yīng)設(shè)置為主叫狀態(tài)(Master)，在線(xiàn)氣體成分分析儀通信應(yīng)設(shè)置為被叫狀態(tài)(slave)，流量計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)向在線(xiàn)氣體成分分析儀請(qǐng)求氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)，在線(xiàn)氣體成分分析儀響應(yīng)并發(fā)送最新的氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)。    與備份流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信    為保證流量計(jì)量

15、系統(tǒng)工作的高可靠性，本系統(tǒng)采用流量計(jì)算機(jī)雙機(jī)熱備份配置。流量計(jì)算機(jī)A和流量計(jì)算機(jī)B之間通過(guò)DSFG通信協(xié)議交換數(shù)據(jù)。當(dāng)流量計(jì)量通道工作時(shí)，流量計(jì)算機(jī)A作為流量計(jì)算主機(jī)，并向流量計(jì)算機(jī)B發(fā)送流量數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息。一旦流量計(jì)算機(jī)A發(fā)生故障，流量計(jì)算機(jī)B就會(huì)自動(dòng)接替流量計(jì)算機(jī)A進(jìn)行流量計(jì)算。反之，流量計(jì)算機(jī)B故障時(shí)，流量計(jì)算機(jī)A也自動(dòng)接替流量計(jì)算機(jī)B進(jìn)行流量計(jì)算。7.2 RTU數(shù)據(jù)采集與通信    與流量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信    RTU使用2條RS-232通信物理鏈路，同時(shí)連接2臺(tái)流量計(jì)算機(jī)。使用Modbus通信協(xié)議，從流量計(jì)算機(jī)獲取流量、壓

16、力、溫度、歷史數(shù)據(jù)和流量計(jì)算機(jī)工作狀態(tài)。RTU作為通信控制主機(jī)應(yīng)設(shè)置為主4q6t態(tài)(Master)，流量計(jì)算機(jī)通信應(yīng)設(shè)置為被叫狀態(tài)(slave)。RTU向站控計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)送相關(guān)信息，以供操作人員了解流量計(jì)量系統(tǒng)工作情況，同時(shí)也向加臭裝置傳送流量信號(hào)，控制加臭量與天然氣流量成    采集流量計(jì)量通道電動(dòng)閥門(mén)狀態(tài)與通信    RTU采集流量計(jì)量通道電動(dòng)閥門(mén)全開(kāi)到位、全關(guān)到位、開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換動(dòng)作和故障的邏輯信號(hào)，確定流量計(jì)量通道電動(dòng)閥門(mén)狀態(tài)，依據(jù)設(shè)計(jì)的控制邏輯程序向相應(yīng)的電動(dòng)閥門(mén)發(fā)出控制指令，改變其工作狀態(tài)。     與城市燃?xì)廨斉湔{(diào)度系統(tǒng)通信    RTU使用Modbus通信協(xié)議，可向城市燃?xì)廨斉溥\(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送城市門(mén)站流量數(shù)據(jù)。城市燃?xì)廨斉溥\(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)通信控制主機(jī)應(yīng)設(shè)置為主叫狀態(tài)(Master)，RTU通信設(shè)置為被叫狀態(tài)(s1ave)。RTU向城市燃?xì)膺\(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)上傳瞬時(shí)流量、本小時(shí)累計(jì)流量、上小時(shí)累計(jì)流量、昨日累計(jì)流量、本日累計(jì)流量、本月累計(jì)流量、上月累計(jì)流量數(shù)據(jù)。8 天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)綜合精度校核    天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)綜合精度是表示流量計(jì)量系統(tǒng)整體性能的指標(biāo)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)