一种天然气能量计量超声气体流量计

2013-08-02 13:43:51来源: 21ic
1. 引言

超声技术已经达到了一个相当成熟完备的程度,它已广泛被各种测试团体接受。但是,要想在将来象其它技术,比如涡轮和孔板流量计一样被广泛使用,超声流量计还有技术上和经济上的具体工作要做,以期在将来占有预计的市场份额[1]。

除了众所周知的天然气传输管道中体积流量计量外,即将面临一个大的需要,即在遥远、任意的地点,比如生产地、集输线上测量天然气的能量含量。

这篇文章描述一个整体的天然气能量测量的系统。它的基础是一台用于财务、贸易结算的新型超声流量计。这种流量计被设计成在传统的超声测量点使用,跟在现场使用一样。真正的现场今天反而不使用超声流量计了。整个系统的功能,如在太阳能驱动下操作,强大的数据传输,无线通讯技术,使得它非常适合远程地区。除了超声流量计方面众所周知的优点外,该系统在声速检查的基础上提供了一种真实的自诊断功能,因此它满足了系统在偏远地区使用的特征。它对降低与流量计维护修理有关的人力费用非常重要,将会保证测量数据有较好的可信度。

2 应用超声流量测量技术的能量计量系统

在世界范围内,天然气是以能量单位买卖的。在天然气管线中,现在还没有直接测量能量的独立的流量计。能量计量系统由测量体积流量的气体流量计、带有自动采样器的气体组成分析设备组成,并普遍使用积算仪。应用于能量计量系统中的气体流量测定技术包括从简单的孔板、涡轮流量计直到最新的“超声气体流量计”。

这里描述的系统利用了各组成部分均低能源消耗的长处,使得系统可以完全由太阳能充电的电池驱动。作为选择,交流和直流电源均可以驱动系统各组成部分。

2.1 系统描述

要确定天然气的能量需要描述于图1中的系统和它的各个组成部分以及其它仪器仪表。各主要部分在下面介绍。


图1-天然气能量计量系统

测量体积流量的流量计

这里建议的能量计量系统使用图2所示的集成式的,可以长时间连续工作的超声流量计。传感器技术中使用小型化的超声换能器,它具有非常小的压力、温度影响的交叉敏感度。这可以使流量计在一个很宽的温度范围和低到大气压的很宽的压力范围内操作。

管路交汇处分布超声通道,当地气体流速信息从声道获得。综合实际流速分布,就可以确定体积流量。利用这些信息,再把流量计的结构尺寸特征考虑进来,由随车携带的计算机处理。有关实际测定的流速、管道速度、声速和计算出的体积通过数字通信界面传向系统流量计算机。

集成的超声气体流量计(图2)由于没有可动部件因而本质上无需维修。包括远程诊断在内的宽范围的通信选项减少了总体需要的维修。


图2-TotalSonic超升流量计

此外的流量计信息诸如管速、声速和诊断信息借助系列通信界面都可以得到。

BTU能量分析仪

BTU分析仪基于气相色谱原理。设备自动地从管线中采集气体样品并进行分析,在贸易结算要求的精度内确定它的分子组成和热值。这些相关的信息被用来计算气体密度、超压缩因子和它的发热量。使用这种气体分析的先进设备,气体组成的分析数据可以在几分钟内得到。随车携带的控制仪将会存储分析结果。日后这些数据可以由系统计算机调出来使用。当完成一个新的分析后,这些存储的数据可以得到更新,整个过程大约3分钟。

符合MODBUS协议的标准系列通信接口(RS232、RS422和RS485)使得流量计算机可以非常容易地访问最新气体分析数据。管理系统和计算机使用人-机对话界面(MMI)。有3个远程的和1个当地的通信接口。系统支持的通信协议包括远程/当地人机对话界面,到打印机/控制台的工程界面,ASCⅡ(HCIA)主机界面,Modbus、DSFG和PTB打印输出。

总体的设计模式把所需要的平均维修时间从几周减少到几小时。使用数字技术两次校准之间需要的时间已扩展到几个月。

系统流量计算机

流量计算机是计量系统的中央处理单元。它访问从气体分析仪得到的最新的分析数据。从流量计获得流速信息,包括压力和温度读数,使用获准的和当地计量部门认可的(比如AGA、PTB、NMI)计算方法,天然气中的能量就可以计算出来。

流量计算机的功能包括在用户选择的时间间隔内获取和存储临界数据。所有已存储的数据可以应用流量计算机的通信选项远程访问。可用的通信选项是借助调制解调器、无线电、通信卫星的标准电话线。

可以在固定的或移动的PC机上运行的适应性很强的软件被用来就地或远程与流量计算机通信、监控、获取数据和诊断。

2.2 通信界面和数据传输

系统流量计算机与系统气体分析仪系列通信。TotalflowBtu8000型气体分析仪和大多数其它工业标准气相色谱仪及分析设备都符合Modbus协议。流量计算机从系统分析仪存储器中调取需要的数据。如果没有在线的气体分析仪,需要的信息可以手工输入进流量计算机,并在有了新的数据时予以更新。

使用超声流量计状态参数时,最好能通过系列通信界面连接到流量计算机。TotalSonic和许多在气体计量工业中应用的超声流量计都符合Modbus协议。同时提供了到其它形式的气体流量计的脉冲和模拟流量计量界面。

所有数据处理的结果以用户自己选择的时间间隔存储在流量计算机的存储单元中,确保不会丢失。如图3中所示,这些信息,包括最新的文件,系统控制数据都可应用调制解调器、无线电、通信卫星等当地或远程的通信界面进行访问。


图3-与共同的网络和/或互联网通信

2.3系统安全检查

为了保证系统正确的操作和得到高质量的数据,系统的每一组成部分都需要符合设定的规范。因此,每一测量设备都进行许多操作和状态检查。如果系统出了问题或需要维修,每一组成部分都与系统中央单元通信,这样就有可能管理和/或监控系统。系统的每一组成部分可以与当地和/或远程诊断软件沟通决定系统状态和分析问题。

控制系统性能的一个简单和有效的方法是通过从TotalSonic超声流量计得到的声速信息和根据气体分析仪气体组成分析数据计算得到的天然气中的声速。为了实施计算功能,可以使用一种商业上可行的软件包,或经过许可的并已编程的AGANO10[2]号报告中描述的方法。这些计算和比较可以按预定的时间间隔或连续地实施,并且用户设置偏差和极限来触发报警系统来表明系统性能出现了问题。

3 TotalSonic超声流量计的描述

3.1 操作原理

TotalSonic流量计应用著名的传播时间测量的原理。在表体内安装超声传感器,由它来确定通过通道,与气体流动方向成60°角度。
[1] [2] [3] [4]

关键字:天然气  能量计量  超声气体  流量计

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0802/article_7640.html
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