天然氣流量計檢測自動控制系統(tǒng)設計

分析天然氣流量計量檢測需求 ，提出自動控制設計方案 。

天然氣是清潔能源，在能源領域占有重要地位。其計量準確與否直接影響貿易結算雙方經(jīng)濟利益。隨著天然氣產(chǎn)業(yè)計量的迅猛發(fā)展，計量檢測自動化程度越來越高。筆者就天然氣流量計量檢測自動控制系統(tǒng)提出設計理念。

１.設計原則

嚴格執(zhí)行現(xiàn)行、行業(yè)的有關標準、規(guī)范；堅持安全、適用、經(jīng)濟、可靠的原則；提高檢定裝置的管理和自動化水平，加強監(jiān)控手段，采用先進的控制方式，達到國內外同類檢定裝置的先進水平；自動化儀表設備及控制系統(tǒng)的選型以技術先進、性能穩(wěn)定、可靠性高、性價比高、能夠滿足精度要求、能夠滿足現(xiàn)場環(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；根據(jù)工藝要求和生產(chǎn)裝置的規(guī)模、流程特點，各參數(shù)對生產(chǎn)操作的影響等因素，確定測量及控制方式，選用相關的儀表；儀表的防爆類型根據(jù)有關爆炸和火災危險場所電氣裝置設計規(guī)范的規(guī)定，按照儀表安裝場所的爆炸危險類別、范圍、組別確定。

２.自控水平和特點及儀表選型

采用集散式控制系統(tǒng)（即ＤＣＳ系統(tǒng)），實現(xiàn)整座檢定裝置的數(shù)據(jù)采集和自動監(jiān)控；提高管理水平，保證安全、高效生產(chǎn)。設計采用隔爆現(xiàn)場儀表，隔爆等級較低要求達到 ＥＥｘｄＩＩＢＴ４，處于非安全區(qū)的現(xiàn)場儀表包括：露點分析儀、在線色譜分析儀、壓力變送器、熱電阻、溫度變送器、可燃氣體探測器、電動閥、氣液聯(lián)動閥、流量計、報警按鈕、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控設備、火焰探測器等均采用隔爆設備。

２．１ 溫度儀表

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

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

２．３ 檢測標準器

２．３．１ 渦輪流量計。工作級檢定標準表采用氣體渦輪流量計，流量計輸出脈沖信號對應工況瞬時流量。為了保證工作級系統(tǒng)的整體精度，渦輪流量計所需的直管段及整流器由渦輪流量計統(tǒng)一配帶。

２．３．２ 氣體超聲流量計。核查級檢定標準表采用多聲道氣體超聲波流量計，流量計輸出脈沖信號對應工況瞬時流量，為了保證核查級系統(tǒng)的整體精度，超聲流量計所需的直管段及整流器由超聲流量計統(tǒng)一配帶。

２．４ 分析儀表

采用在線色譜分析儀對天然氣介質進行組份實時檢測；采用水露點分析儀對進站的天然氣進行含水分析，水露點分析儀輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號。采用紅外式可燃氣體探頭對站場內天然氣濃度進行檢測，輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號，信號遠傳到控制室的可燃氣體報警儀進行顯示報警，此數(shù)據(jù)進 ＤＣＳ系統(tǒng)顯示報警。

３.自控方案

３．１ 站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)采用 ＤＣＳ系統(tǒng)對站內工藝變量及設備運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集，對關鍵工藝參數(shù)、可燃氣體和火災信號進行報警，對檢定天然氣的壓力和流量進行調節(jié)，并對站內關鍵閥門進行聯(lián)鎖、集中控制，同時完成站場內核查級、工作級裝置的日常檢定工作。站控系統(tǒng)通過 ＴＣＰ／ＩＰ 網(wǎng)絡與其他子系統(tǒng)（制氮系統(tǒng)、壓縮機控制系統(tǒng)）進行數(shù)據(jù)通訊。各級裝置檢定控制系統(tǒng)由各級廠商分別供貨，整個站場由檢定軟／硬件控制系統(tǒng)廠商及用戶統(tǒng)一組織、協(xié)調，同時參與各級裝置控制系統(tǒng)軟件的編制和調試，并負責整個站場檢定系統(tǒng)的集成。站場控制室內ＤＣＳ系統(tǒng)控制器的電源、ＣＰＵ、通訊總線冗余；站控系統(tǒng)設置２臺操作員站對站內數(shù)據(jù)進行監(jiān)視、操作，２臺操作員站互為熱備，其中１臺具有工程師站功能，另設１臺服務器用于檢定數(shù)據(jù)的保存和管理。

３．２ ＥＳＤ緊急關斷系統(tǒng)

控制是設置獨立的ＥＳＤ緊急關斷系統(tǒng)，對站場設備和人身安全進行保護，主要用于站場超壓、可燃氣體濃度高報警、火災報警以及站場控制室及現(xiàn)場設置的緊急按鈕動作時，對站場的進出站等相關閥門進行緊急關斷。ＥＳＤ 系統(tǒng)將輸出信號給壓縮機組的控制系統(tǒng)，用于壓縮機組的聯(lián)鎖控制。ＥＳＤ 系統(tǒng)安全等級采用ＳＩＬ２級；ＥＳＤ 系統(tǒng)不再單獨設置操作站，信號通過ＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡進入站控系統(tǒng)。

３．３ 天然氣組份分析

站內設置一臺在線色譜分析儀（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。站內同時設置１臺水露點分析儀，用于分析進站天然氣的水露點。

３．４ ＵＰＳ電源系統(tǒng)

站場采用２２０ＶＡＣＵＰＳ 不間斷電源對站內儀表和控制系統(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、防浪涌保護系統(tǒng)

采用防雷、防浪涌保護系統(tǒng)對儀表和控制系統(tǒng)進行保護。進入控制室內的所有信號接口（包括電源接口）均應設置防浪涌保護器；現(xiàn)場重要儀表信號接口均應設置防浪涌保護器。防雷、防浪涌保護系統(tǒng)應注意考慮對采集信號的精度損失。

３．６接地

站控系統(tǒng)工作接地和保護接地統(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***小壓力時的體積量設計一個大的壓力容器，通過壓縮機將天然氣打入壓力容器。主要難度在壓力容器的設計。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，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。如果我們按８０００ｍ３／ｈ來計算，大約要１００個。