0引言

    大慶石化公司煉油廠生產(chǎn)用天然氣由天然氣公司小化計(jì)量站管道輸送，結(jié)算數(shù)據(jù)以供方為準(zhǔn)，煉油廠以計(jì)量監(jiān)控為目的，原監(jiān)測(cè)是以加氫二車(chē)間原料計(jì)量表量、串瓦斯管網(wǎng)計(jì)量表量和火炬計(jì)量表量之和作為監(jiān)控手段，這種方法存在中間環(huán)節(jié)多，不確定性多，在運(yùn)行過(guò)程中比對(duì)超差，不符合計(jì)量規(guī)范要求;在天然氣入廠管線處建立計(jì)量站，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一次儀表(溫度、壓力、孔板流量計(jì))進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)下位機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由上位機(jī)進(jìn)行天然氣標(biāo)況流量計(jì)算，天然氣入廠監(jiān)控系統(tǒng)編碼設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)采接口設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)設(shè)計(jì)、圖形界面設(shè)計(jì)、公式計(jì)算設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能主要包括:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、公式計(jì)算、圖形界面的開(kāi)發(fā)、打印報(bào)表，提供OPC-DA通訊接口。該系統(tǒng)經(jīng)國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站校準(zhǔn)合格。

1系統(tǒng)架構(gòu)與功能

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

    通過(guò)RS485/MODBUS接口對(duì)智能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。計(jì)算模塊調(diào)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，用戶通過(guò)系統(tǒng)交互界面訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢、趨勢(shì)圖繪制等操作，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)OPC接口與其他系統(tǒng)通信。軟件架構(gòu)圖如圖1所示，硬件架構(gòu)圖如圖2所示。

1.2系統(tǒng)功能

1.3功能設(shè)計(jì)

1)數(shù)據(jù)采集

    采集程序通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)ModbusTCP/IP協(xié)議對(duì)控制模塊進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)包括:溫度、壓力等，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，由驅(qū)動(dòng)框架進(jìn)行調(diào)度，保證數(shù)據(jù)同時(shí)傳遞至數(shù)據(jù)庫(kù)。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

    數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩部分，采集數(shù)據(jù)按驅(qū)動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)，運(yùn)算數(shù)據(jù)的實(shí)際數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)均可按用戶指定的存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)、存儲(chǔ)周期進(jìn)行存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)的完整性。

3)算法計(jì)算

    公式是編程人員在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)在運(yùn)算模塊內(nèi)配置完成的，運(yùn)算用到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可從數(shù)據(jù)庫(kù)中直接獲取，其他數(shù)據(jù)中的固定數(shù)據(jù)如氣體系數(shù)等，在編程時(shí)設(shè)置為固定值。

4)圖形界面

    系統(tǒng)提供圖形化的展示界面，能夠方便用戶對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，同時(shí)提供模擬計(jì)算和真實(shí)計(jì)算界面，能夠快速地調(diào)用運(yùn)算模塊將運(yùn)算結(jié)果在圖形界面進(jìn)行展示。

5)自動(dòng)打印報(bào)表

    系統(tǒng)每小時(shí)自動(dòng)生成一條當(dāng)前計(jì)算結(jié)果，并和時(shí)間、描述等信息組成一條詳細(xì)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒈緱l數(shù)據(jù)信息進(jìn)行打印，方便對(duì)數(shù)據(jù)存檔。

1.4系統(tǒng)部署

    一次表信號(hào)接入一進(jìn)兩出模擬量輸入式隔離柵，一路輸出信號(hào)接到原計(jì)量系統(tǒng)，另一路輸出信號(hào)接到智能信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，智能信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)485通訊協(xié)議將信號(hào)傳送給上位機(jī)。

2系統(tǒng)關(guān)鍵算法

    在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中，一些關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)決定運(yùn)行管理系統(tǒng)的整體框架的構(gòu)建和后續(xù)的使用。

2.1計(jì)算公式

    標(biāo)準(zhǔn)狀況下天然氣體積流量和質(zhì)量流量的計(jì)算公式為:

    式中:qvn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s;qm為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣質(zhì)量流量，kg/s;Avn為體積流量計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，秒體積流量計(jì)量系數(shù)Avn=3.1795×10－6;Am為質(zhì)量流量計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，秒質(zhì)量流量計(jì)量系數(shù)Am=3.8295×10－6;C為流出系數(shù);E為漸近速度系數(shù);d為孔板開(kāi)孔直徑，mm;FG為相對(duì)密度系數(shù);ε為可膨脹系數(shù);FZ為超壓縮因子;FT為流動(dòng)溫度系數(shù);p1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓，MPa;Δp為氣體流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa。

流出系數(shù):

    式中:β為直徑比，β=d/D;ReD為管徑雷諾數(shù);L1為孔板上游端面到上游取壓孔軸線的距離除以測(cè)量管內(nèi)徑得出的商;L2為孔板下游端面到下游取壓孔軸線的距離除以測(cè)量管內(nèi)徑得出的商;孔板為法蘭取壓方式:L1=L2=25.4/D

孔板開(kāi)孔直徑:

    式中:d20為孔板開(kāi)孔在(20±2)℃條件下的檢測(cè)直徑，mm;Ad為孔板材質(zhì)的線膨脹系數(shù)，mm/(mm·℃);t1為天然氣流量實(shí)測(cè)氣體溫度，℃。

漸進(jìn)系數(shù):

雷諾數(shù):

    流出系數(shù)C隨雷諾數(shù)變化而變化，當(dāng)雷諾數(shù)增大到某一數(shù)值時(shí)，這個(gè)變化就很小了，流出系數(shù)趨于穩(wěn)定，對(duì)于法蘭取壓，此值為106。

2.2計(jì)算參數(shù)

    用以計(jì)算的靜態(tài)參數(shù)7個(gè):管徑、孔徑(雙孔板切換，孔徑不同)、等熵指數(shù)、粘度系數(shù)、管線材質(zhì)、孔板材質(zhì)、大氣壓強(qiáng)。

    用以計(jì)算的動(dòng)態(tài)組分參數(shù)12個(gè)，由定期化驗(yàn)后獲得，包括:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、戊烷、庚烷、己烷、氫氣、氦氣、氮?dú)狻⒍趸肌?/div>