Floboss103流量计算机在气体外输计量中的应用

中石油煤层气有限责任公司忻州分公司 何安明，苟建升

1 引言

煤层气作为一种新兴能源，对优化能源结构、保障煤矿安全生产、保护生态环境具有重要意义。随着我国煤层气的不断开发利用，煤层气计量作为煤层气生产过程中的重要环节，直接影响企业的经济效益，它是企业进行贸易交接、经济分析、降低运行成本的主要因素。

流量计算机是一台固化了流量计算软件的计算机，它通过读取各类气体计量仪表的参数，然后根据不同的计算方法计算天然气压缩因子，对气体的体积进行实时的精确修正。

2 Floboss103流量计量系统组成

Flobossl03计量系统主要由高级阀式孔板节流装置和美国艾默生公司的Flobossl03流量计算机组成。Flobossl03流量计算机独立完成压力、差压和温度的实时数据采集，通过内置的计算功能，得出标准状态下的瞬时体积流量和累积体积流量。

高级孔板阀是结构新颖的流量计量节流装置，其特点是在进行流量计量的过程中，不需要停止介质输送，而可随时提取其孔板来进行检查或更换，操作快捷，密封可靠，如图1所示。

3 Fobossl03流量计量系统使用

Flobossl03流量计量系统包括测量孔板、热电阻和流量计算机，各组成部分只有正确安装组合后才能准确计量。

图1 Floboss 103流量计量系统组成

3.1 孔板安装

孔板应配有一段测量管以保证测量精度，测量管长度的标准是上游10D、下游5D长（D为直管段实际内径）。安装孔板前，要确认安装孔板的管道已吹扫，以防管道内杂物堵塞或损伤标准孔板。孔板的安装方向不能搞错，孔板入口尖锐边缘应对向流体的流向。

管道通气之前，应将孔板放在孔板阀的上腔位置，等待管内气体稳定以后，再将孔板放至下腔位置，以避免瞬间的强大气流冲坏孔板，影响计量精度。

3.2 Flobossl03流量计算机安装

Flobossl03流量计算机不只是一台计算机，它可以直接测量压力、差压和温度三个关键参数，就地在其Floboss设备中经过一次A／D转换后立即做最后的流量计算，减少了一般流量积算仪测量压力、差压变送器等输出信号这一过程，从而减小了整个测量系统的系统误差。配置标准接线端子板，提供多种线路连接，包括：RTD输入、LOI通信端口、RS485通信端口、I/O信号以及24V直流电源。

流量计算机配套不锈钢五阀组（包括2个取压阀、2个排污阀和1个平衡阀），通过两根取压管线与孔板阀连接：正压室与孔板阀上游连接，负压室与孔板阀下游连接。在孔板阀下游安装有铂热电阻，流量计算机标准接线端子板有专门端子接入温度信号。

测量差压时，要注意五阀组的正确操作步骤。先打开平衡阀，再打开正取压阀。待正取压阀全开后，关闭平衡阀，然后打开开负取压阀。这样是为了防止损伤负压侧膜盒。

3.3 参数设置

Flobossl03流量计算机在投入使用前需要进行一系列的参数设置，使用ROCLINK软件来完成，参数设置的主要内容有：

（1）用于流量计算的设置：包括计算标准、孔板孔径、气体组分等

以伯努利方程和流体连续性方程为依据，孔板流量计理论流量计算公式为：

式中， qf为工况下的体积流量， m3/s；c为流出系数，无量钢；β=d/D，无量钢；d为工况下孔板内径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；ε为可膨胀系数，无量钢； ∆p为孔板前后的差压值， Pa； ρ1为工况下流体的密度， kg / m3。

根据理论计算公式可知，在流量计算机的计算软件中需要设置孔板孔径d、测量管径D，气体组分（计算密度）等参数。

（2）仪表参数设置

Flobossl03流量计算机在使用前要对采集的压力、温度和差压三个参数进行初始标定，采用5点标定法，5点标定包括零点、量程终点和三个中间点。根据标定的结果，在软件中设置正确的量程范围和测量单位。增加小流量切除功能，避免小信号对测量的干扰。

（3）基准条件设置

气体体积是随温度和压力而变化的。因此，在测量天然气体积流量时，必须指定某一温度和压力作为计量的标准温度和压力，称之为基准状态或标准状态。 《天然气流量的标准孔板计量方法》 ( SY / T62 43-1996 ) 规定：101. 325 kPa，20℃作为我国天然气计量的标准状态；《天然气标准的参比条件》( I SO 13443) 中规定的参比条件为 10 1 . 56 k Pa 和 288. 15 K ( 15℃ ) ；美国天然气计量的参比条件为14. 73psig( 101 . 56 kP a ) 和 60F ( 15 . 56℃ ) 。

作为贸易交接，交接双方应选择相同条件下的计量结果作为交接依据，为此在Flobossl03流量计算机中设置标准条件为101.325 kPa，20℃，目的是将测量到的工况体积流量折算成交接的标准体积流量。

3.4 数据通讯

Flobossl03流量计算机支持Modbus通讯，可以与其它控制系统或上位监控系统进行数据通讯。上位机所读数据需配置在表3-Function3A或表4-Function3B中，上位机能够修改的数据配置在表9-Function16中。例如寄存器从7051~7062中存放参数为：

7051~7052：3-Analog Inputs, AIN A1 Diff Pres，差压

7053~7054：3-Analog Inputs, AIN A2 Static，静压

7055~7056：3-Analog Inputs, AIN A3RTD，温度

7057~7058：47-Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Rate per hour，小时流量

7059~7060：47- Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Today，每天流量

7061~7062：47- Meter Flow Values, FLWNEW 1, Flow Accumulated，总累计流量

根据需要可以灵活配置寄存器地址，把需要通讯的数据填入寄存器，这样在多台Flobossl03流量计算机组成的通讯网络中能减轻通讯负担。

4 影响流量计量的因素

在实际使用过程中，Flobossl03流量计算机有几方面需要注意：

4.1 测量信号不准确

仪表由于长时间的工作，孔板、静压和差压传感器的准确度发生变化，出现上述情况应立即对仪表进行校准，以保证其准确性。校准完成后，如果测量信号仍然存在大的误差，原因可能是导压管堵塞，尤其是冬季，由于气温较低导压管被冻住，应对导压管采取保温措施，保证导压管畅通。

4.2 参数设置错误

参数设置的正确与否直接影响测量结果。例如孔板孔径应填写标定证书上的数据，静压、差压、温度等信号值固定不变是因为在I/O输入设置中，将输入信号相应参数设置的“scan”项由“enable”误选为“disable”。

4.3 零点漂移

设备检修时，测量管内无气体流动，流量计算机仍然显示有流量计量，可以确定是差压信号出现零点漂移，要对仪表进行零点校正。调整零漂时，保持五阀组平衡阀打开（模拟一个无流量条件），来自标定仪表的管路压力或者操作静压作用于传感器。将ROCLINK软件与流量计算机连接，在Calibration菜单下进行操作，如图2所示。

图2 连接ROCLINK软件与流量计算机

5 结语

Floboss103流量计算机具有计量准确度高、数据管理的高效性和性能可靠、稳定等特点，在外输计量中得到了积极地应用。

[1] FLOBOSS™ 103 Flow Manager[Z].

[2] GB/T_21446-2008, 用标准孔板流量计测量天然气流量[S].