一種天然氣能量計量超聲氣體流量計
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超聲技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個相當(dāng)成熟完備的程度，它已廣泛被各種測試團(tuán)體接受。但是，要想在將來象其它技術(shù)，比如渦輪和孔板流量計一樣被廣泛使用，超聲流量計還有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的具體工作要做，以期在將來占有預(yù)計的市場份額[1]。
除了眾所周知的天然氣傳輸管道中體積流量計量外，即將面臨一個大的需要，即在遙遠(yuǎn)、任意的地點，比如生產(chǎn)地、集輸線上測量天然氣的能量含量。
這篇文章描述一個整體的天然氣能量測量的系統(tǒng)。它的基礎(chǔ)是一臺用于財務(wù)、貿(mào)易結(jié)算的新型超聲流量計。這種流量計被設(shè)計成在傳統(tǒng)的超聲測量點使用，跟在現(xiàn)場使用一樣。真正的現(xiàn)場今天反而不使用超聲流量計了。整個系統(tǒng)的功能，如在太陽能驅(qū)動下操作，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸，無線通訊技術(shù)，使得它非常適合遠(yuǎn)程地區(qū)。除了超聲流量計方面眾所周知的優(yōu)點外，該系統(tǒng)在聲速檢查的基礎(chǔ)上提供了一種真實的自診斷功能，因此它滿足了系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用的特征。它對降低與流量計維護(hù)修理有關(guān)的人力費用非常重要，將會保證測量數(shù)據(jù)有較好的可信度。
2 應(yīng)用超聲流量測量技術(shù)的能量計量系統(tǒng)
在世界范圍內(nèi)，天然氣是以能量單位買賣的。在天然氣管線中，現(xiàn)在還沒有直接測量能量的獨立的流量計。能量計量系統(tǒng)由測量體積流量的氣體流量計、帶有自動采樣器的氣體組成分析設(shè)備組成，并普遍使用積算儀。應(yīng)用于能量計量系統(tǒng)中的氣體流量測定技術(shù)包括從簡單的孔板、渦輪流量計直到最新的“超聲氣體流量計”。
這里描述的系統(tǒng)利用了各組成部分均低能源消耗的長處，使得系統(tǒng)可以完全由太陽能充電的電池驅(qū)動。作為選擇，交流和直流電源均可以驅(qū)動系統(tǒng)各組成部分。
2.1 系統(tǒng)描述
要確定天然氣的能量需要描述于圖1中的系統(tǒng)和它的各個組成部分以及其它儀器儀表。各主要部分在下面介紹。
圖1-天然氣能量計量系統(tǒng)
這里建議的能量計量系統(tǒng)使用圖2所示的集成式的，可以長時間連續(xù)工作的超聲流量計。傳感器技術(shù)中使用小型化的超聲換能器，它具有非常小的壓力、溫度影響的交叉敏感度。這可以使流量計在一個很寬的溫度范圍和低到大氣壓的很寬的壓力范圍內(nèi)操作。
管路交匯處分布超聲通道，當(dāng)?shù)貧怏w流速信息從聲道獲得。綜合實際流速分布，就可以確定體積流量。利用這些信息，再把流量計的結(jié)構(gòu)尺寸特征考慮進(jìn)來，由隨車攜帶的計算機(jī)處理。有關(guān)實際測定的流速、管道速度、聲速和計算出的體積通過數(shù)字通信界面?zhèn)飨蛳到y(tǒng)流量計算機(jī)。
集成的超聲氣體流量計（圖2）由于沒有可動部件因而本質(zhì)上無需維修。包括遠(yuǎn)程診斷在內(nèi)的寬范圍的通信選項減少了總體需要的維修。
圖2-TotalSonic超升流量計
BTU能量分析儀
BTU分析儀基于氣相色譜原理。設(shè)備自動地從管線中采集氣體樣品并進(jìn)行分析，在貿(mào)易結(jié)算要求的精度內(nèi)確定它的分子組成和熱值。這些相關(guān)的信息被用來計算氣體密度、超壓縮因子和它的發(fā)熱量。使用這種氣體分析的先進(jìn)設(shè)備，氣體組成的分析數(shù)據(jù)可以在幾分鐘內(nèi)得到。隨車攜帶的控制儀將會存儲分析結(jié)果。日后這些數(shù)據(jù)可以由系統(tǒng)計算機(jī)調(diào)出來使用。當(dāng)完成一個新的分析后，這些存儲的數(shù)據(jù)可以得到更新，整個過程大約3分鐘。
符合MODBUS協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)系列通信接口（RS232、RS422和RS485）使得流量計算機(jī)可以非常容易地訪問最新氣體分析數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)和計算機(jī)使用人-機(jī)對話界面（MMI）。有3個遠(yuǎn)程的和1個當(dāng)?shù)氐耐ㄐ沤涌?。系統(tǒng)支持的通信協(xié)議包括遠(yuǎn)程/當(dāng)?shù)厝藱C(jī)對話界面，到打印機(jī)/控制臺的工程界面，ASCⅡ（HCIA）主機(jī)界面，Modbus、DSFG和PTB打印輸出。
總體的設(shè)計模式把所需要的平均維修時間從幾周減少到幾小時。使用數(shù)字技術(shù)兩次校準(zhǔn)之間需要的時間已擴(kuò)展到幾個月。
系統(tǒng)流量計算機(jī)
流量計算機(jī)是計量系統(tǒng)的中央處理單元。它訪問從氣體分析儀得到的最新的分析數(shù)據(jù)。從流量計獲得流速信息，包括壓力和溫度讀數(shù)，使用獲準(zhǔn)的和當(dāng)?shù)赜嬃坎块T認(rèn)可的（比如AGA、PTB、NMI）計算方法，天然氣中的能量就可以計算出來。
流量計算機(jī)的功能包括在用戶選擇的時間間隔內(nèi)獲取和存儲臨界數(shù)據(jù)。所有已存儲的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用流量計算機(jī)的通信選項遠(yuǎn)程訪問?？捎玫耐ㄐ胚x項是借助調(diào)制解調(diào)器、無線電、通信衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)電話線。
可以在固定的或移動的PC機(jī)上運行的適應(yīng)性很強(qiáng)的軟件被用來就地或遠(yuǎn)程與流量計算機(jī)通信、監(jiān)控、獲取數(shù)據(jù)和診斷。
2.2 通信界面和數(shù)據(jù)傳輸
系統(tǒng)流量計算機(jī)與系統(tǒng)氣體分析儀系列通信。TotalflowBtu8000型氣體分析儀和大多數(shù)其它工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)氣相色譜儀及分析設(shè)備都符合Modbus協(xié)議。流量計算機(jī)從系統(tǒng)分析儀存儲器中調(diào)取需要的數(shù)據(jù)。如果沒有在線的氣體分析儀，需要的信息可以手工輸入進(jìn)流量計算機(jī)，并在有了新的數(shù)據(jù)時予以更新。
使用超聲流量計狀態(tài)參數(shù)時，最好能通過系列通信界面連接到流量計算機(jī)。TotalSonic和許多在氣體計量工業(yè)中應(yīng)用的超聲流量計都符合Modbus協(xié)議。同時提供了到其它形式的氣體流量計的脈沖和模擬流量計量界面。
所有數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以用戶自己選擇的時間間隔存儲在流量計算機(jī)的存儲單元中，確保不會丟失。如圖3中所示，這些信息，包括最新的文件，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)都可應(yīng)用調(diào)制解調(diào)器、無線電、通信衛(wèi)星等當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)程的通信界面進(jìn)行訪問。
圖3-與共同的網(wǎng)絡(luò)和/或互聯(lián)網(wǎng)通信
為了保證系統(tǒng)正確的操作和得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的每一組成部分都需要符合設(shè)定的規(guī)范。因此，每一測量設(shè)備都進(jìn)行許多操作和狀態(tài)檢查。如果系統(tǒng)出了問題或需要維修，每一組成部分都與系統(tǒng)中央單元通信，這樣就有可能管理和/或監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的每一組成部分可以與當(dāng)?shù)睾?或遠(yuǎn)程診斷軟件溝通決定系統(tǒng)狀態(tài)和分析問題。
控制系統(tǒng)性能的一個簡單和有效的方法是通過從TotalSonic超聲流量計得到的聲速信息和根據(jù)氣體分析儀氣體組成分析數(shù)據(jù)計算得到的天然氣中的聲速。為了實施計算功能，可以使用一種商業(yè)上可行的軟件包，或經(jīng)過許可的并已編程的AGANO10[2]號報告中描述的方法。這些計算和比較可以按預(yù)定的時間間隔或連續(xù)地實施，并且用戶設(shè)置偏差和極限來觸發(fā)報警系統(tǒng)來表明系統(tǒng)性能出現(xiàn)了問題。
3 TotalSonic超聲流量計的描述
3.1 操作原理
TotalSonic流量計應(yīng)用著名的傳播時間測量的原理。在表體內(nèi)安裝超聲傳感器，由它來確定通過通道，與氣體流動方向成60°角度。 孔板流量計相關(guān)文章:孔板流量計原理 熱式質(zhì)量流量計相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計原理 流量計相關(guān)文章:流量計原理
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