0引言

    大庆石化公司炼油厂生产用天然气由天然气公司小化计量站管道输送，结算数据以供方为准，炼油厂以计量监控为目的，原监测是以加氢二车间原料计量表量、串瓦斯管网计量表量和火炬计量表量之和作为监控手段，这种方法存在中间环节多，不确定性多，在运行过程中比对超差，不符合计量规范要求;在天然气入厂管线处建立计量站，通过对现场一次仪表(温度、压力、孔板流量计)进行数据采集，经下位机模数转换后，由上位机进行天然气标况流量计算，天然气入厂监控系统编码设计、实时数据库数采接口设计、实时数据库组态设计、图形界面设计、公式计算设计，系统功能主要包括:数据采集、数据存储、公式计算、图形界面的开发、打印报表，提供OPC-DA通讯接口。该系统经国家石油天然气大流量计量站校准合格。

1系统架构与功能

1.1系统架构

    通过RS485/MODBUS接口对智能模块进行数据采集。计算模块调用实时数据中相关数据进行计算，用户通过系统交互界面访问数据库实时数据，并可进行历史数据查询、趋势图绘制等操作，实时数据库通过OPC接口与其他系统通信。软件架构图如图1所示，硬件架构图如图2所示。

1.2系统功能

1.3功能设计

1)数据采集

    采集程序通过标准ModbusTCP/IP协议对控制模块进行采集，采集的数据包括:温度、压力等，数据存储至实时数据库时，由驱动框架进行调度，保证数据同时传递至数据库。

2)数据存储

    数据存储包括采集数据存储和运算数据存储两部分，采集数据按驱动进行存储，运算数据的实际数据和模拟数据均可按用户指定的存储时长、存储周期进行存储，保证数据的完整性。

3)算法计算

    公式是编程人员在系统开发时在运算模块内配置完成的，运算用到的实时数据可从数据库中直接获取，其他数据中的固定数据如气体系数等，在编程时设置为固定值。

4)图形界面

    系统提供图形化的展示界面，能够方便用户对采集数据进行查看，同时提供模拟计算和真实计算界面，能够快速地调用运算模块将运算结果在图形界面进行展示。

5)自动打印报表

    系统每小时自动生成一条当前计算结果，并和时间、描述等信息组成一条详细数据信息，通过打印机驱动程序将本条数据信息进行打印，方便对数据存档。

1.4系统部署

    一次表信号接入一进两出模拟量输入式隔离栅，一路输出信号接到原计量系统，另一路输出信号接到智能信号转换模块，智能信号转换模块通过485通讯协议将信号传送给上位机。

2系统关键算法

    在实时数据库及实时数据库应用子系统设计和实施过程中，一些关键点的设计决定运行管理系统的整体框架的构建和后续的使用。

2.1计算公式

    标准状况下天然气体积流量和质量流量的计算公式为:

    式中:qvn为标准状态下天然气体积流量，m3/s;qm为标准状态下天然气质量流量，kg/s;Avn为体积流量计量系数，视采用计量单位而定，秒体积流量计量系数Avn=3.1795×10－6;Am为质量流量计量系数，视采用计量单位而定，秒质量流量计量系数Am=3.8295×10－6;C为流出系数;E为渐近速度系数;d为孔板开孔直径，mm;FG为相对密度系数;ε为可膨胀系数;FZ为超压缩因子;FT为流动温度系数;p1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa;Δp为气体流经孔板时产生的差压，Pa。

流出系数:

    式中:β为直径比，β=d/D;ReD为管径雷诺数;L1为孔板上游端面到上游取压孔轴线的距离除以测量管内径得出的商;L2为孔板下游端面到下游取压孔轴线的距离除以测量管内径得出的商;孔板为法兰取压方式:L1=L2=25.4/D

孔板开孔直径:

    式中:d20为孔板开孔在(20±2)℃条件下的检测直径，mm;Ad为孔板材质的线膨胀系数，mm/(mm·℃);t1为天然气流量实测气体温度，℃。

渐进系数:

雷诺数:

    流出系数C随雷诺数变化而变化，当雷诺数增大到某一数值时，这个变化就很小了，流出系数趋于稳定，对于法兰取压，此值为106。

2.2计算参数

    用以计算的静态参数7个:管径、孔径(双孔板切换，孔径不同)、等熵指数、粘度系数、管线材质、孔板材质、大气压强。

    用以计算的动态组分参数12个，由定期化验后获得，包括:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、戊烷、庚烷、己烷、氢气、氦气、氮气、二氧化碳。

3实时数据库应用

3.1天然气计量主画面

    天然气计量主画面如图3所示，通过该画面可查看到天然气的实测压力、天然气流量、温度等参数。天然气计量主画面参数与数据库点对应表如表1所示。

3.2分计量画面

    通过分计量画面能够查看到系统的压力、差压、温度以及天然气的瞬时体积流量、瞬时质量流量、体积能量流量、质量能量流量、小时累计流量、日累计流量等参数，通过点击左下方的条目，在趋势图上查看到相关量的变化趋势。天然气计量画面参数与数据库点对应表如表2所示。

3.3天然气参数设置画面

    通过天然气参数设置画面可以设置系统的基本参数，这些参数是系统计算数据的基础。在工程师操作栏中，实现了一些基本的功能，如流量切换、调出事件记录画面、系统时钟、历史曲线、数据存盘等功能。通过点击右下角增加的历史报表图标可以调出历史报表画面，供用户查询。自动密度开关，可以切换相对密度字段的手动/自动输入。天然气参数画面参数与后台数据点对应表如表3所示。

3.4流量测试画面

    通过流量测试画面输入给定参数，后台数据库即可计算出气体体积流量公式和气体质量流量公式中的相关系数。天然气流量测试画面参数与后台数据点对应表如表4所示。

3.5天然气计量历史报表画面设计

    该报表能显示天然气公司来气整点流量、压力和温度。从当天的7点到次日6点的整点数据，并按8小时小计，按日合计，同时可以查询历史数据并打印。

4结束语

    该系统完善了进厂天然气交接计量监测、比对设施和手段，确保了计量表的准确计量，丰富了天然气交接计量监测系统的管理功能，系统开发了时钟同步功能，完善了历史报表查询功能、历史趋势记录功能，开发了实时报警功能、历史数据转存备份功能以及计算天然气发热量等功能，并根据生产需要形成各种报表，方便用户实时核对计量数据，为指导生产、计量统计、事件追溯提供了科学、有效的依据。

    天然气计量交接监测系统实施投用后，天然气交接计量误差得到了进一步有效控制，确保了交接计量数据更加准确，天然气计量监测系统更加科学合理，提高了工作效率和管理水平，减少了交接计量误差。

 

 

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