1、 技术特点、关键技术和关键工艺:
将标准孔板流量计使用于天然气流量测量从20世纪初开始至今,经过一个世纪的漫长发展过程,它已成为全世界最主要的天然气流量计。主要特点为结构易于复制、简单牢固、性能稳定可靠、使用期限长、价格低廉等。但场站管线布置的偏离造成的安装误差是普遍性的。输出信号为模拟信号,重复性不高,对整套流量计的精确度影响因素多且错综复杂,因此传统的孔板流量计精确度提高的难度很大。
我公司开发研究DXJTRQ-002天然气场站流量计量系统,计量场站内天然气流量,对场站内天然气的压力、温度、流量等主要参数进入流量计算机系统进行集中显示、记录、打印,并对越限的工艺参数进行报警;
2、 具体的实施内容和技术路线:
2.1.天然气场站流量计量系统的架构设计
计量系统的架构如图所示,由危险区域和非危险区(操作室)两部分组成,通过防雷模块和安全栅安全连接。
危险区域由高级阀式孔板节流装置和EJA差压、压力变送器和温度变送器及防雷安装支架以及管路控制阀门组成的整体式计量撬装;
非危险区及操作室系统由上、下位机构成的分布式计算机系统、TDYII电源、打印机、显示器等组成。
2.1.1. 流量计量管理平台的系统配置
按系统配置来分,操作室系统采用上、下位机构成的分布式计算机系统,关键部件采用设计,上位机可独立运行,采用具有防雷功能双路不间断电源供电,最大程度保证系统的可靠性。计算精度达到0.01%。可根据所选用的标准状态,完成标准体积流量、质量流量和能量流量等瞬时流量及天然气压缩因子的计算。
1)下位机采用本公司专为天然气计量研制的QJG02-X流量计算机,满足GB/T21446-2008对流量计算机的一般要求,采用modbus通讯协议,流量计算符合GB/T18603-2001要求,可以适合恶劣条件下使用。
2)扩容性强,下位机最大配两个测量点,上位机最大配四台下位机每套系统最大8个测量点
3)上位机采用研华Intel双核工控机IP610,配置宽屏显示器和激光打印机,计量管理软件为本公司与西南石油大学计算机科学院联合开发,软件界面友操作简单,负责收集下位机的 运行数据,建立各种数据库,完成流量计量管理。
4)供电系统采用迪信佳研制的双路UPS供电,并配备防雷继电保护装置,可外配太阳能发电装置,系统靠电池供电可满足大于48小时的要求。
2.1.2. 流量计量管理平台的功能设计:
1)系统采用交流防雷配电箱,可阻止来自交流电网的感应雷击,它与“变送器防雷安装装置”一起组成了阻断感应雷击入侵流量计算机系统的途径,经多年的实践使用,效果十分满意。交流防雷配电箱,除具有“防雷”功能外,还具有继电保护功能,并支持双电网供电,能实现主、备电网自动切换。
2)系统采用在线式交流UPS 电源与高抗干扰直流UPS 电源,它们与双交流电网切换供电以及电子交流稳压共同组成了本系统完善的供电配置。系统配置自动声光报警系统,及时提示操作者对不安全因素进行处理。
3)上位机工作界面按照系统功能来分有三类:
a 计量监测功能:计量工况一览表,计量参数设置,历史工况趋势图; b 管理功能:人员管理,数据查询及打印(数据管理);
c 系统及其他辅助功能:系统的检测,检定,日常保养,设备维修、更换等事件的操作,
辅助参数的设置,系统时钟的校准,天然气流量分析计算以及可扩展的系统数据备份,数据清理,具有数据远传功能,方便组建SCADA远程控制系统;
2.1.3. 流量计量管理平台的系统特点
系统计量功能、计算机管理功能,通讯功能。具有以下主要特点:
1)上位机的各项管理与操作功能是分类授权的,非该项授权操作人员不能进入操作或查询功能。上位机可以锁定系统界面,非授权操作人员无法操作或查看数据,系统保密性较好。
2)上位机特别设计了“流量计算器”供用户在更改计量参数时方便地进行设计试算或计量失误时计算、分析比较。“流量计算器”是一个非常实用的现场工具。
3)上位机能记录历次现场检定结果,有流量计算机计量准确度的年检记录。为计量检查与计量监督提供了方便; 能监测现场压力监测点的压力并自动记录保存,能对压力监测超限情况进行声光报警。
4)上位机对漏失计量的补偿,按有关标准进行,也满足用户工况环境和技术规格书要求,补偿操作简单方便,便于观察。 设置了计算机可能检查到的计量系统故障记录,并保存在数据库中备查。工况数据记录资料按每分钟一数据组保存在数据库中,保存期5年以上。
5)上位机结构设计合理,标准工业控制机柜安装主机及其他外设及辅助设备。柜体密封防尘,还有良好的散热排风系统。正面的浅茶色玻璃门便于观察计算机显示屏幕及其他指示灯。打印机、鼠标放置柜外工作台面上,供操作使用,这样的布局,美观实用。内装设备均采用“积木式”分装在各功能箱中,有较好屏蔽效果。“积木式”结构使控制柜内结构十分简洁,便于维修。 支持全鼠标操作,计算机系统机柜可上锁,防止非维修人员失误作业。
6)本系统下位机具有独立的计量监管功能,上位机完成数据集中管理,与系统内下位机自成网络,使现场最重要的计量监管功能得以保证,分散了故障风险,是一套真正意义上的分布式系统。
2.2.天然气配送站流量计量管理平台的开发
根据孔板流量计的计算原理,要实现对流量的计算,数据处理计算量大,人工计算要耗费很多时间,效率较低,且数据计算、修约等处理过称中极易出现差错,导致最后计算结果的失误,鉴于这些原因,编写一个计算程序来实现其计算过程,快捷、方便、准确度高,特别是现场校验时,能很快就知道现场校验的流量与理论流量是否相符,有多大的误差。
本公司开发的流量计量管理平台,软件界面友操作简单,负责收集下位机的运行数据,建立各种数据库,完成流量计量管理。其用户界面十分友好,美观实用,操作方便。采用二级菜单,全鼠标操作。一级菜单常驻屏幕上方,用鼠标点击即出二级菜单,操作者可以从任一工作画面进入需要的下一工作画面,部分工作画面考虑到操作者对相关数据同时考察的需要,设置了必要的速查功能(不退出主画面),在界面功能中设计了“帮助”直接指导各功能画面的操作,减少了操作者翻阅说明书的繁琐。
2.3、新型高级阀式孔板节流装置的开发应用
与传统的法兰式孔板节流装置和简易型孔板节流装置相比,高级阀式孔板节流装置具有不停气可在线更换孔板以及高精度、数据重复性强、密封可靠等特点。 我公司在高级阀式孔板节流装置的滑阀开启部位增加了自锁机构(专利号ZL2013 2 010919.8),该专利结构的特点是在阀体上下腔之间设计了压力平衡管路用于滑阀开闭齿轮轴的自锁装置。该结构的作用原理是利用阀体下腔自身的气压通过平衡管路推动活塞连动柱销锁住滑阀开闭齿轮轴,在没有开启平衡阀使上下腔压力平衡时,不能开启滑阀阀座;平衡阀开启后,上下阀腔压力平衡,自锁柱销在弹簧的作用下复位,此时才可以开启滑阀。这种设计可以有效防止因为误动作而使阀内密封件损坏介质从阀体上部突然喷出而产生设备和安全事故。
为保证流量系统的计量精度达到±0.5%,孔板的安装定位有严格可靠的安装精度。该装置在阀体定位面采用上定位和侧定位的结构,避免了常规的下定位装置由于下腔积污而造成的定位误差。同时,该定位面与装置通道的加工是一次装夹加工而成,避免了定位面加工的积累误差对孔板在装置中的定位的影响。从而保证了操作维护节流装置时更换和清洗孔板后计量数据的可重复性。
2.4. 天然气场站计量系统的整体撬装式结构的开发和生产
传统的场站计量系统设备业主分别采购,管路设备和数据连接繁琐且兼容性不强,导致系统稳定性差,计量精度仅达到0.5-1.0%。而且整个流程占地面积大。不利于管理和维护。
撬装式流量计量系统设备的生产、组装都在工厂内完成,便于安装,便于迁移,现场安装工作量少。图六是典型流量计量系统的结构流程图,虚线框内部分为计量系统整体撬装的组成内容。用户只需与进出口管线用法兰连接和数据电缆即可投入运行。可大大的减少占地,采用整体撬装的占地面积仅占采用分立设备进行场站布局施工的30%,这对于占土地较多的油气行业来说,意义重大。
项目目标:
1、 项目完成后的技术指标;
1)应用场合: 天然气、煤气干线计量,配气站等流量较大的场合
2) 适用介质:净化天然气、煤气、水、轻质油、含硫天然气(H2S+CO2≤8%) 3)适应管路规格:DN50mm—1000mm; 4)公称压力:PN≤40MPa; 5)工作温度:-29t≤550℃; 6)量程比:≤1:10: 7)计量精度:0.5级;