天然氣流量計(jì)檢測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分析天然氣流量計(jì)量檢測(cè)需求 ，提出自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案 。

天然氣是清潔能源，在能源領(lǐng)域占有重要地位。其計(jì)量準(zhǔn)確與否直接影響貿(mào)易結(jié)算雙方經(jīng)濟(jì)利益。隨著天然氣產(chǎn)業(yè)計(jì)量的迅猛發(fā)展，計(jì)量檢測(cè)自動(dòng)化程度越來越高。筆者就天然氣流量計(jì)量檢測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出設(shè)計(jì)理念。

１.設(shè)計(jì)原則

嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；堅(jiān)持安全、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠的原則；提高檢定裝置的管理和自動(dòng)化水平，加強(qiáng)監(jiān)控手段，采用先進(jìn)的控制方式，達(dá)到國(guó)內(nèi)外同類檢定裝置的先進(jìn)水平；自動(dòng)化儀表設(shè)備及控制系統(tǒng)的選型以技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、可靠性高、性價(jià)比高、能夠滿足精度要求、能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工藝條件要求為原則；在滿足安全、工藝過程要求的前提下，儀表、設(shè)備選型要統(tǒng)一，以減少備品、備件的品種和數(shù)量，以便維護(hù)；根據(jù)工藝要求和生產(chǎn)裝置的規(guī)模、流程特點(diǎn)，各參數(shù)對(duì)生產(chǎn)操作的影響等因素，確定測(cè)量及控制方式，選用相關(guān)的儀表；儀表的防爆類型根據(jù)有關(guān)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，按照儀表安裝場(chǎng)所的爆炸危險(xiǎn)類別、范圍、組別確定。

２.自控水平和特點(diǎn)及儀表選型

采用集散式控制系統(tǒng)（即ＤＣＳ系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)整座檢定裝置的數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)監(jiān)控；提高管理水平，保證安全、高效生產(chǎn)。設(shè)計(jì)采用隔爆現(xiàn)場(chǎng)儀表，隔爆等級(jí)較低要求達(dá)到 ＥＥｘｄＩＩＢＴ４，處于非安全區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)儀表包括：露點(diǎn)分析儀、在線色譜分析儀、壓力變送器、熱電阻、溫度變送器、可燃?xì)怏w探測(cè)器、電動(dòng)閥、氣液聯(lián)動(dòng)閥、流量計(jì)、報(bào)警按鈕、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備、火焰探測(cè)器等均采用隔爆設(shè)備。

２．１ 溫度儀表

采用一體化溫度變送器進(jìn)行溫度檢測(cè)，對(duì)用于監(jiān)視工藝過程的一體化溫度變送器，選用精度：±０．２％，對(duì)用于參與計(jì)量、檢定計(jì)算的溫度變送器 ，選用精度±０．１℃，變送器輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號(hào)。

２．２ 壓力儀表采用二線制智能型壓力變送器對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于用于監(jiān)視工藝過程的壓力變送器，選用精度：±０．０７５％，對(duì)于用于參與計(jì)量、檢定計(jì)算的壓力變送器，選用精度 ±０．０２５％，變送器輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號(hào)，帶 Ｈａｒｔ協(xié)議。

２．３ 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器

２．３．１ 渦輪流量計(jì)。工作級(jí)檢定標(biāo)準(zhǔn)表采用氣體渦輪流量計(jì)，流量計(jì)輸出脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)工況瞬時(shí)流量。為了保證工作級(jí)系統(tǒng)的整體精度，渦輪流量計(jì)所需的直管段及整流器由渦輪流量計(jì)統(tǒng)一配帶。

２．３．２ 氣體超聲流量計(jì)。核查級(jí)檢定標(biāo)準(zhǔn)表采用多聲道氣體超聲波流量計(jì)，流量計(jì)輸出脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)工況瞬時(shí)流量，為了保證核查級(jí)系統(tǒng)的整體精度，超聲流量計(jì)所需的直管段及整流器由超聲流量計(jì)統(tǒng)一配帶。

２．４ 分析儀表

采用在線色譜分析儀對(duì)天然氣介質(zhì)進(jìn)行組份實(shí)時(shí)檢測(cè)；采用水露點(diǎn)分析儀對(duì)進(jìn)站的天然氣進(jìn)行含水分析，水露點(diǎn)分析儀輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號(hào)。采用紅外式可燃?xì)怏w探頭對(duì)站場(chǎng)內(nèi)天然氣濃度進(jìn)行檢測(cè)，輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號(hào)，信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室的可燃?xì)怏w報(bào)警儀進(jìn)行顯示報(bào)警，此數(shù)據(jù)進(jìn) ＤＣＳ系統(tǒng)顯示報(bào)警。

３.自控方案

３．１ 站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)采用 ＤＣＳ系統(tǒng)對(duì)站內(nèi)工藝變量及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)、可燃?xì)怏w和火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，對(duì)檢定天然氣的壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)站內(nèi)關(guān)鍵閥門進(jìn)行聯(lián)鎖、集中控制，同時(shí)完成站場(chǎng)內(nèi)核查級(jí)、工作級(jí)裝置的日常檢定工作。站控系統(tǒng)通過 ＴＣＰ／ＩＰ 網(wǎng)絡(luò)與其他子系統(tǒng)（制氮系統(tǒng)、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。各級(jí)裝置檢定控制系統(tǒng)由各級(jí)廠商分別供貨，整個(gè)站場(chǎng)由檢定軟／硬件控制系統(tǒng)廠商及用戶統(tǒng)一組織、協(xié)調(diào)，同時(shí)參與各級(jí)裝置控制系統(tǒng)軟件的編制和調(diào)試，并負(fù)責(zé)整個(gè)站場(chǎng)檢定系統(tǒng)的集成。站場(chǎng)控制室內(nèi)ＤＣＳ系統(tǒng)控制器的電源、ＣＰＵ、通訊總線冗余；站控系統(tǒng)設(shè)置２臺(tái)操作員站對(duì)站內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視、操作，２臺(tái)操作員站互為熱備，其中１臺(tái)具有工程師站功能，另設(shè)１臺(tái)服務(wù)器用于檢定數(shù)據(jù)的保存和管理。

３．２ ＥＳＤ緊急關(guān)斷系統(tǒng)

控制是設(shè)置獨(dú)立的ＥＳＤ緊急關(guān)斷系統(tǒng)，對(duì)站場(chǎng)設(shè)備和人身安全進(jìn)行保護(hù)，主要用于站場(chǎng)超壓、可燃?xì)怏w濃度高報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警以及站場(chǎng)控制室及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的緊急按鈕動(dòng)作時(shí)，對(duì)站場(chǎng)的進(jìn)出站等相關(guān)閥門進(jìn)行緊急關(guān)斷。ＥＳＤ 系統(tǒng)將輸出信號(hào)給壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)，用于壓縮機(jī)組的聯(lián)鎖控制。ＥＳＤ 系統(tǒng)安全等級(jí)采用ＳＩＬ２級(jí)；ＥＳＤ 系統(tǒng)不再單獨(dú)設(shè)置操作站，信號(hào)通過ＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入站控系統(tǒng)。

３．３ 天然氣組份分析

站內(nèi)設(shè)置一臺(tái)在線色譜分析儀（單路分析），用于分析天然氣組份，在線色譜分析儀應(yīng)可分析 Ｃ１～Ｃ９、ＣＯ２ 等氣體組份，為了保證在線色譜分析儀的環(huán)境工作條件，在線色譜分析儀安裝在分析小屋內(nèi)。站內(nèi)同時(shí)設(shè)置１臺(tái)水露點(diǎn)分析儀，用于分析進(jìn)站天然氣的水露點(diǎn)。

３．４ ＵＰＳ電源系統(tǒng)

站場(chǎng)采用２２０ＶＡＣＵＰＳ 不間斷電源對(duì)站內(nèi)儀表和控制系統(tǒng)供電，供電容量３ｋＶＡ，２ｈ。ＵＰＳ電源輸入：２２０ＶＡＣ±１５％，５０Ｈｚ±２．５，輸出２２０ＶＡＣ

±５％，５０Ｈｚ±０．５。

３．５ 防雷、防浪涌保護(hù)系統(tǒng)

采用防雷、防浪涌保護(hù)系統(tǒng)對(duì)儀表和控制系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。進(jìn)入控制室內(nèi)的所有信號(hào)接口（包括電源接口）均應(yīng)設(shè)置防浪涌保護(hù)器；現(xiàn)場(chǎng)重要儀表信號(hào)接口均應(yīng)設(shè)置防浪涌保護(hù)器。防雷、防浪涌保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)注意考慮對(duì)采集信號(hào)的精度損失。

３．６接地

站控系統(tǒng)工作接地和保護(hù)接地統(tǒng)一接地，接入電氣專業(yè)電氣接地網(wǎng)，接地電阻≤４Ω。

有２種方案可供選擇：①采用大容量壓力容器法（Ｂｉｇｃｏｎｔａｉｎｅｒｗａｙ）：根據(jù)***大工作壓力***大流量釋放到***小壓力時(shí)的體積量設(shè)計(jì)一個(gè)大的壓力容器，通過壓縮機(jī)將天然氣打入壓力容器。主要難度在壓力容器的設(shè)計(jì)。ＥＵＲＯＬＯＯＰ采用的是這種方式。② 采用鋼瓶組法 （Ｓｔｅｅｌｃｙｌｉｎｄｅｒｗａｙ）：根 據(jù)ＲＭＡ 的經(jīng)驗(yàn)，它的***大流量是６５００ｍ３／ｈ，***大壓力５．０ＭＰａ，需要的鋼瓶數(shù)量是大約８０個(gè)。如果我們按８０００ｍ３／ｈ來計(jì)算，大約要１００個(gè)。