0引言

    大慶石化公司煉油廠生產用天然氣由天然氣公司小化計量站管道輸送，結算數據以供方為準，煉油廠以計量監控為目的，原監測是以加氫二車間原料計量表量、串瓦斯管網計量表量和火炬計量表量之和作為監控手段，這種方法存在中間環節多，不確定性多，在運行過程中比對超差，不符合計量規範要求;在天然氣入廠管線處建立計量站，通過對現場一次儀表(溫度、壓力、孔板流量計)進行數據采集，經下位機模數轉換後，由上位機進行天然氣標況流量計算，天然氣入廠監控係統編碼設計、實時數據庫數采接口設計、實時數據庫組態設計、圖形界麵設計、公式計算設計，係統功能主要包括:數據采集、數據存儲、公式計算、圖形界麵的開發、打印報表，提供OPC-DA通訊接口。該係統經國家石油天然氣大流量計量站校準合格。

1係統架構與功能

1.1係統架構

    通過RS485/MODBUS接口對智能模塊進行數據采集。計算模塊調用實時數據中相關數據進行計算，用戶通過係統交互界麵訪問數據庫實時數據，並可進行曆史數據查詢、趨勢圖繪製等操作，實時數據庫通過OPC接口與其他係統通信。軟件架構圖如圖1所示，硬件架構圖如圖2所示。

1.2係統功能

1.3功能設計

1)數據采集

    采集程序通過標準ModbusTCP/IP協議對控製模塊進行采集，采集的數據包括:溫度、壓力等，數據存儲至實時數據庫時，由驅動框架進行調度，保證數據同時傳遞至數據庫。

2)數據存儲

    數據存儲包括采集數據存儲和運算數據存儲兩部分，采集數據按驅動進行存儲，運算數據的實際數據和模擬數據均可按用戶指定的存儲時長、存儲周期進行存儲，保證數據的完整性。

3)算法計算

    公式是編程人員在係統開發時在運算模塊內配置完成的，運算用到的實時數據可從數據庫中直接獲取，其他數據中的固定數據如氣體係數等，在編程時設置為固定值。

4)圖形界麵

    係統提供圖形化的展示界麵，能夠方便用戶對采集數據進行查看，同時提供模擬計算和真實計算界麵，能夠快速地調用運算模塊將運算結果在圖形界麵進行展示。

5)自動打印報表

    係統每小時自動生成一條當前計算結果，並和時間、描述等信息組成一條詳細數據信息，通過打印機驅動程序將本條數據信息進行打印，方便對數據存檔。

1.4係統部署

    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係統，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通訊協議將信號傳送給上位機。

2係統關鍵算法

    在實時數據庫及實時數據庫應用子係統設計和實施過程中，一些關鍵點的設計決定運行管理係統的整體框架的構建和後續的使用。

2.1計算公式

    標準狀況下天然氣體積流量和質量流量的計算公式為:

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

流出係數:

    式中:β為直徑比，β=d/D;ReD為管徑雷諾數;L1為孔板上遊端麵到上遊取壓孔軸線的距離除以測量管內徑得出的商;L2為孔板下遊端麵到下遊取壓孔軸線的距離除以測量管內徑得出的商;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為孔板材質的線膨脹係數，mm/(mm·℃);t1為天然氣流量實測氣體溫度，℃。

漸進係數:

雷諾數:

    流出係數C隨雷諾數變化而變化，當雷諾數增大到某一數值時，這個變化就很小了，流出係數趨於穩定，對於法蘭取壓，此值為106。

2.2計算參數

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

    用以計算的動態組分參數12個，由定期化驗後獲得，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實時數據庫應用

3.1天然氣計量主畫麵

    天然氣計量主畫麵如圖3所示，通過該畫麵可查看到天然氣的實測壓力、天然氣流量、溫度等參數。天然氣計量主畫麵參數與數據庫點對應表如表1所示。

3.2分計量畫麵

    通過分計量畫麵能夠查看到係統的壓力、差壓、溫度以及天然氣的瞬時體積流量、瞬時質量流量、體積能量流量、質量能量流量、小時累計流量、日累計流量等參數，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。天然氣計量畫麵參數與數據庫點對應表如表2所示。

3.3天然氣參數設置畫麵

    通過天然氣參數設置畫麵可以設置係統的基本參數，這些參數是係統計算數據的基礎。在工程師操作欄中，實現了一些基本的功能，如流量切換、調出事件記錄畫麵、係統時鍾、曆史曲線、數據存盤等功能。通過點擊右下角增加的曆史報表圖標可以調出曆史報表畫麵，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。天然氣參數畫麵參數與後台數據點對應表如表3所示。

3.4流量測試畫麵

    通過流量測試畫麵輸入給定參數，後台數據庫即可計算出氣體體積流量公式和氣體質量流量公式中的相關係數。天然氣流量測試畫麵參數與後台數據點對應表如表4所示。

3.5天然氣計量曆史報表畫麵設計

    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點的整點數據，並按8小時小計，按日合計，同時可以查詢曆史數據並打印。

4結束語

    該係統完善了進廠天然氣交接計量監測、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測係統的管理功能，係統開發了時鍾同步功能，完善了曆史報表查詢功能、曆史趨勢記錄功能，開發了實時報警功能、曆史數據轉存備份功能以及計算天然氣發熱量等功能，並根據生產需要形成各種報表，方便用戶實時核對計量數據，為指導生產、計量統計、事件追溯提供了科學、有效的依據。

    天然氣計量交接監測係統實施投用後，天然氣交接計量誤差得到了進一步有效控製，確保了交接計量數據更加準確，天然氣計量監測係統更加科學合理，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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