0 引言 标准孔板流量计是国内外研究得最早、试验数据最多、使用经验最丰富、标准化程度最高的计量器具之一。目前仍没有统一的国际标准用于天然气流量计量，利用标准孔板计量流体流量存在两个平行标准ISO5167-1、API2530。由于通用和专门用于测量天然气存在一定差异而给我国制定天然气孔板计量标准带来一定困难。随着国际上两个标准逐渐趋于统一，我国也对等效采用ISO5167-1的GB2624-93标准及SY/T6143-96《天然气流量的标准孔板计量方法》标准进行了修订，新标准SY/T6143-2004《用标准孔板流量计测量天然气流量》于2004年11月开始实施。 1 现场流量测量方案 天然气流量可以采用多种方法进行测量。按照SY/T6143-2004，流量测量一次元件为标准孔板，其中有法兰取压方式和角接取压方式两种。取压点在标准条文SY/T6143-2004中有规定。 为了满足不同的天然气流量测量要求，可以选择不同的测量方案。其一次装置及二次仪表都有多种方案可选择。 1.1 一次装置 1）标准环室孔板节流装置（角接取压），结构简单、成本低廉、操作管理较复杂。清洗孔板时，需要截断流经流量计的气流，还需要将环室拆卸下来，既可以清洗其环室，还可以清洗其上、下游测量管。 2）简易阀式孔板节流装置（法兰取压），常简称为“简易孔板阀”。清洗孔板时，需要截断流经流量计的气流，一般不拆卸孔板阀就可以取出并清洗检查其孔板，在这种情况下不能检查其上、下游测量管。若要清洗检查其上下游测量管，则要拆卸孔板阀。 3）高级阀式孔板节流装置（法兰取压），常简称为“高级孔板阀”，是近年来应用最多的一种方案。使用高级孔板阀，可以在不截断流经流量计的气流的情况下进行孔板清洗作业，操作管理简单。在这种情况下不能检查其上、下游测量管。若要清洗检查其上、下游测量管，则须要拆卸孔板阀。 4）单独钻孔取压孔板节流装置（角接取压），由于加工、管理难度较大，一般很少使用。 1.2 二次仪表 1.2.1 机械式热工仪表组合 机械式流量检测仪表是最早开发应用的一种仪表。它利用孔板上下游侧的压力差，使感测元件变形而产生位移，该位移通过机械杠杆放大使记录笔运动，记录笔相对于基准点（零点）的位移量表示被测参数值。为了记录随时间变化的流量参数，采用机械钟或电机驱动记录纸运动，两种运动合成所描绘的曲线即为相应时间内流量参数变化值。该值可通过人工、求积仪或读卡仪取值进行流量计算。 与标准孔板配套使用的天然气流量测量机械式热工仪表，主要包括：机械式压力、差压检测记录仪表、温度仪表、求积仪、流量计算程序及计算工具等构成。 图1中P表示压力，F表示流量（实为差压），T表示温度，R表示记录，E表示检测元件。3个圆表示3种仪表需要配套使用，构成流量检测的基本单元。另加上求积仪、流量计算程序及计算工具等才构成一套完整的检测系统。 图1 机械式流量测量系统流程图 机械式记录仪表常有两种选择：圆图记录仪表、条式记录仪表。其中圆图记录仪表的应用相对较多，典型的圆图记录仪表有：CWD-430双波纹管差压计（110级），该差压计一般可包含静压测量。 配套温度仪表一般可选用玻璃棒式温度计（0.2级、0.5级）、热电阻温度计等。 该测量系统构成简单、安装及使用维护方便，不需要电源，成本低廉。自20世纪30年代起开始广泛应用，至今仍有部分场合使用。 但是，该测量系统也有一定的不足。首先，其准确度相对较差，不便于集中管理，流量参数不能远传；其次，人工或采取求积仪取值的准确程度与操作人员的素质相关，若不经过专业培训，不加强管理，将造成流量计量的附加误差。为了提高测量准确度，对其操作管理要求相对复杂。适用于测量准确度要求不高的场合。 1.2.2 电动仪表组合 近年来，随着仪表技术的快速发展，在天然气流量计量方面，电动仪表正逐步得到普遍应用。 与孔板配套的电动二次仪表，可以有多种组合形式，其信号处理流程如图2所示。它利用孔板上下游的压力差，经过差压传感器（或变送器）将差压信号转换为对应的电信号；温度和压力传感器（或变送器）分别将温度和压力信号转换为对应的电信号。将检测到的差压、压力、温度电信号送至积算单元进行数据记录、计算、累计等处理，最终得到流量量值。 图2中P表示压力，F表示流量（实为差压），T表示温度，R表示记录，E表示检测元件，T'表示信号的变送。 图2 电动单元仪表流量测量系统流程图 根据对测量准确度、可靠性的要求，可以选择不同准确度等级的传感器（变送器）以及不同形式的积算显示单元。 1）一体化积算仪表 具有低成本、微功耗、易安装、易管理等特点，对计量历史数据基本上无追溯能力。适合对测量准确度要求相对较低的场合。 2）流量计算机 流量计算机系统由信号转换和采集单元、流量计算和处理单元以及输出单元构成。国内目前常用的流量计算机有：单片机积算仪表和流量用RTU。单片机积算仪表，是指以单片机计算芯片为核心的具有流量信号采集、计算、累计及部分历史资料存储能力的积算单元，常简称为“单片机”。RTU以前常作为自动控制单元，目前也作为流量计算机。 3）工业控制计算机计量系统 使用工业控制计算机作为积算处理中心的系统。随着计算机芯片技术的不断发展，单片机的能力越来越强，已与RTU的能力基本相当。流量计算机（单片机积算仪表或流量用RTU）一般可自成体系，也可作为下位机，与工业控制计算机一起构成处理能力更大、功能更加完善的计量系统。 2 计算机系统基本技术要求 2.1 工控机流量计量系统 以工业控制计算机为中心处理单元，用于天然气流量计量的检测系统或控制系统，称为工控机流量计量系统。工控机流量计量系统可以使用RTU或单片机作为下位机，以提高系统的可靠性；也可以不使用下位机而直接使用工业控制计算机为系统检测及数据处理单元。该系统应包括：系统端子柜、信号避雷器、信号隔离器、A/D转换器、D/A转换器、AI和AO器件、UPS电源、电源避雷器、系统接线端子排、上位计算机及系统软件。 2.2 系统功能要求 工控机流量计量系统应具备以下功能。 1）按照相关标准要求实时测量天然气流量及其它站场相关参数。如：流量、压力、温度、物位、气质组份、天然气露点等参数。 2）为保证生产安全，系统可对所有检测量值设置报警限，应具有高限和低限报警功能，报警方式为声音报警及显示画面中的光报警。 3）为保存相关历史数据，确保计量数据具有可追溯性。历史数据包括：历史检测数据、历史报表、历史参数设置、历史报警信息、系统历史事件等。随时可以再现相关历史数据，确保在必要时可以追溯计量数据的可靠性。 4）系统应具有在线流量验算功能，以验证系统流量计量的准确性。应具有系统检测的实时数据、瞬时报表、日报表等重要数据，并利用适宜的通讯通道进行数据的传输。 5）系统应具备断电保护功能。一般使用UPS电源或其它不间断电源，以保证在意外断电的情况下，确保系统能正常运行。其延续时间视站场用电安全的要求而定，一般不少于8小时。系统打印电源应实现自动控制。 6）对重要的且需要自动控制的场站，流量计量系统与控制系统宜分别设置其主控单元，使用相互独立的系统软件。 2.3 系统硬件技术要求 根据功能要求配置系统硬件，建议配置如下：主控单元可根据不同需要选择不同方案。一种是使用工业控制计算机作为主控单元，无下位机；另一种使用RTU或单片机作为下位机，使用工业控制计算机作为上位机。工业控制计算机的有关指标应尽可能用运行速度快、工控专用内存256MB以上、硬盘80GB以上、具有网络通讯及数据备份功能。数据的采集、仪表配电、信号隔离、电源防雷、数据远传、打印机、Modem电源自动控制系统、机柜及端子线排、操作台等技术要求要充分达到现场使用的规定。 2.4 系统软件技术要求 系统中天然气流量的计算，应符合现行天然气流量计量标准SY/T6143《天然气流量的标准孔板计量方法》。为了保证处理问题的时效性，系统软件的升级可在现场进行，也可通过远程服务的方式进行。系统中对天然气流量的计算、管理功能模块，应设置为单独的程序模块，与系统信息的输入输出程序模块严格分开，以保证远程升级服务的可能性。系统检测到的所有现场的生产数据，能通过已有的通讯线路，定期传输到指定的数据库中。 检测画面必须全部汉化，确保一般现场操作人员能正确阅读、理解画面显示的各种信息。显示检测画面至少应有两种方式，操作人员可在两种方式之间切换。工艺流程的显示方式应和现场各检测点位置对应，数据及单位应正确，确保显示的各类数据无歧议。检测参数包括压力、温度、差压、流量、流量变化速度的上下限报警及通讯状态报警等。列表显示画面中对应检测值的显示框应显示报警。检测量的单位，应在显示屏上给予明确的标识。 天然气的计量工作由多人参与，每人的职责和权限不同。为了确保系统安全、可靠运行，必须对天然气微机计量系统的操作、管理人员和系统用户进行有效管理。在同一时刻，系统只保留一位用户有效登陆，且均保留最后登陆的合法系统用户的权限。 对于修改计量参数、系统的启动和停运等应有相关的历史数据库保存。为了系统数据的安全，应使用可靠介质保存系统数据。对于数据采集周期、数据处理周期、工况数据存储周期等，在配置上应满足系统管理的要求。对数据的输出应具备生成瞬时报表、时报、日报、月报、年报等功能，统计报表的时间分界应满足系统数据统计所涉及的时间分界的要求。应能随时查阅已产生的历史工况数据、历史参数报表及工况数据趋势图表等内容，且可随时打印并有相应的备份。系统还应具有在线运行复核和离线分析功能。 天然气流量计量原始数据，应实时存储以形成历史数据库。保存新参数记录时，不得覆盖旧参数记录。系统基本参数若有变化，应立即保存。孔板流量计的基本参数一旦发生变化应进行保存、立即更新启用。对于历史工况数据及其它事件须实时保存，作为原始资料，保存周期不低于2年。 对于流量计状态管理，正常计量时，按照正常处理流程进行数据处理。仪表某一信号须作维护时，不能有影响其它各路信号，维护结束应立即恢复该路信号的正常检测和数据处理，仪表维护期间所失数据按相关要求处理。当对孔板进行清洗时，应有相关的记录。在停产时，仍需检测与流量有关的信号，并计算瞬时流量，对数据进行保存，但不累计产量。 3 结束语 我国的天然气流量计量90%以上采用标准孔板。如何对孔板计量节流装置在场站现场实施技术革新，提高计量管理自动化水平，不断适应计量技术的发展，加快天然气计量与国际惯例接轨，是我们天然气计量工作者的一项重要内容。我们应该加强对孔板流量测量现场实施方案及流量计算机系统的完善与研究，使天然气计量做的更准确可靠。 参考文献 [1] SY/T6143-2004用标准孔板流量计测量天然气流量1北京：石油工业出版社，2004
