张 云 邹 润 廖德云 王存伟

中国石化中原油田分公司 天然气产销厂 （河南 濮阳 457162）

天然气集输计量技术的发展

张 云 邹 润 廖德云 王存伟

中国石化中原油田分公司 天然气产销厂 （河南 濮阳 457162）

随着天然气市场和业务的发展，计量技术显得越来越重要。为降低生产成本、加强销售监督、优化计量管理，中原油田天然气产销厂不断提高计量技术水平，逐步实现计量精细化管理。

天然气 自动计量 PLC流量计

天然气作为一种清洁、高效的能源，其开发利用越来越受到重视。天然气产销厂是中原油田分公司下属的集天然气勘探、开发、生产、集输为一体的专业化单位。天然气计量包括天然气集输过程中压力、温度、热值、流量（能量流量和质量流量）的测量，是整个生产经营过程中一项很重要的基础工作，是生产、经营中重要的控制参数，计量数据的准确性直接影响企业效益。同时，准确计量还是集输管网安全运行的“眼睛”，是指导我们科学合理组织、调配、控制和巡线的依据。天然气产销厂计量技术的发展经历了人工取数、电话汇报，基于工业控制计算机（以下简称工控机）的自动计量技术以及基于PLC的自动计量技术发展3个阶段。

1 计量技术发展

早期计量技术采用机械式计量仪表，比如双波纹管差压计，通过从记录曲线上取值的方式进行计量，存在计量数据准确性受人为因素影响，汇报不及时等缺点。后来发展成变送器配积算仪的计量方式，这种方式避免了从记录曲线上取值带来的人为附加误差。随着计算机技术和自动控制技术的应用，发展成基于工控机的自动计量系统和基于PLC的自动计量系统。

1.1 基于工控机的自动计量技术

1.1.1 结构组成

基于工控机的自动计量技术是计量技术发展的基本形式之一，工控机作为计量系统的核心，实时采集现场的压力、差压、温度、热值、流量等天然气工况参数，通过工控机组态软件完成天然气流量计算，并具有存储历史数据、报表和历史趋线、报警和流程动画等功能，如连入网络也可以将计量数据向管理层延伸。

基于工控机的自动计量系统按功能主要分为两个部分（图1）：现场设备和站控系统。

（1）站控系统：包括流量计算机、数据采集链路、工作站等；

（2）现场设备：主要是进行天然气参数测量的各种计量仪表。

1.1.2 仪表选型

根据天然气集输气量和运行压力，选用的计量仪表主要分为差压式流量计和速度式流量计。

（1）孔板流量计。天然气集输系统大多采用标准孔板配二次仪表的计量模式。标准孔板流量计具有标准化程度高，现场使用维护方便，适合天然气大流量计量场合。标准孔板流量计的测量原理是：当天然气流经管道内的标准孔板时，天然气将在标准孔板处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，这样在标准孔板前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，因此可依据压差来衡量流量的大小。孔板附近流速和压力分布如图2所示。

标准孔板配备的二次仪表主要是流量管理器和多参数变送器。流量管理器自带压力和差压变送器完成天然气生产过程中的压力和差压的测量，外接的铂热电阻完成天然气温度的测量。流量管理器具有强大的天然气流量计算功能，通过其内置的流量计算方法软件，对采集的压力、差压和温度信号进行处理，完成天然气流量计算。同时，流量管理器还可将天然气的压力值、差压值、温度值、瞬时量和累积量等多种信息以RS232/RS485信号输出，支持ROC协议和Modbus协议。多参数变送器测量天然气的差压、静压，通过外接的铂热电阻完成天然气温度的测量，由于自身无法完成流量计算，需要传至流量计算机（工控机）完成。

（2）速度式流量计。速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流流动速度为原理的流量计。常用的有超声波流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计和涡轮流量计。速度式气体流量计一般由流量传感器和显示仪表组成，与流量测量配套的还有压力传感器或变送器、温度传感器或变送器。流量计算机对采集到的流量计脉冲信号和温度、压力参数进行运算，得到天然气标况流量。

1.1.3 特点

基于工控机的自动计量系统实现了天然气计量过程中相关参数的自动采集、计算，并生成计量报表、形成历史趋势等功能，提高天然气流量计量的准确性和可靠性。但是，基于工控机的自动计量系统也存在以下3个方面的问题。

（1）计量系统的稳定性差。①Windows系统随着补丁的增加运行越来越慢；②工控机联网容易遭受病毒侵袭导致计量系统出现故障甚至瘫痪。

（2）计量仪表种类繁杂，规格型号多，驱动不兼容。不同厂家仪表信号输出方式和通讯协议不同，联入自动计量系统常出现兼容性的问题。

（3）难以实现计量数据远传共享。基于工控机的自动计量系统曾采用OPC技术实现数据远传共享，工控机同时要运行组态软件、驱动程序和OPC服务，数据量大、任务繁重，极易导致死机，数据很难实时远传共享和组态。

1.2 基于PLC的自动计量技术

由于油田经营管理精细化水平不断提高，对天然气集输自动计量系统提出了更高的要求。为了解决目前自动计量系统存在的问题，对新自动计量系统提出以下几个方面的要求：①计量数据更加准确可靠；②自动计量系统稳定性高；③系统可扩展能力强，能满足现场计量点改造的需要；④实现计量数据远传共享、实时分析和监控管理。

随着信息技术和自动化技术的发展，PLC技术在工业控制领域应用越来越广泛。它以其稳定性高、兼容性好、可扩展能力强、具有防雷防浪涌能力等优点为工业用户提供行而有效的解决方案。为此，我们在天然气自动计量系统中引入PLC技术，结合现场实际需要建成基于PLC的自动计量系统。

1.2.1 结构组成

基于PLC的自动计量系统按功能分为3个部分（图3）：现场设备、站控系统和调度管理。

站控系统选用的PLC采用模块化设计，模块丰富、扩展能力强，各种计量仪器仪表输出有标准4～ 20mA信号、RTD信号、脉冲信号、RS485信号，可以分别采用PLC系统的AI模块、RTD模块、高速计数模块和通信转换模块分别接收，再由CPU模块进行数据处理和交换，它能轻松进行整数和浮点运算，通过自带通信接口以Modbus协议传至计量工控机。另外，给CPU模块设置独立的IP，通过自带网络接口经Intranet上传厂级计量服务器。

服务器端搭建计量专用服务器,由服务器、网络设备和客户端组成（图4），计量服务器用于存储站场PLC系统上传的计量数据，同时安装Oracle数据库、数据采集程序和Web在线监控软件，以B/S模式完成计量数据的发布。

1.2.2 特点

（1）基于PLC的自动计量技术的应用解决了传统计量系统存在的驱动不兼容问题，计量工控机释放数据计算和处理任务，不再连入网络，避免病毒侵袭。

（2）数据采集不再依赖数据采集卡，改由PLC相应模块完成，稳定性高、采集周期短、数据刷新快。流量计算也从计量工控机的组态软件改为PLC的CPU模块处理，运算速度快、数据处理能力强。

（3）通过Web在线监控系统完成了各站场生产数据的实时发布，为管理部门、生产部门、调度部门和销售部门提供实时数据，可随时进行现场计量数据的实时分析和监控管理，达到对生产数据的优化管理。

2 结 论

天然气计量技术的发展正在朝着自动化、智能化和远程控制的方向发展，未来天然气计量方式也将逐步从体积计量向能量计量过渡。

[1]SY/T 6658-2006用旋进旋涡流量计测量天然气流量[S].

[2]GB/T 21446-2008用标准孔板流量计测量天然气流量[S].

[3]蒋大旭,郑开银.天然气自动计量教程[M].北京:中国计量出版社, 2005：346-362.

[4]刘忠.基于Modbus/TCP协议的以太网监控软件的设计与实现[J].工业控制计算机，2008(2):6-7.

With the development of natural gas market and business,measuring technology appears to be more and more important.In order to reduce the production cost,strengthen the sale supervision,optimize measuring management,the natural gas production and sale factory in Zhongyuan oilfields constantly improve the measuring technology and gradually realize the fineness management of measurement.

natural gas;automatic measurement;PLC;flowmeter

张云（1962-），男，本科，现从事天然气集输及计量管理。

黄永场

2012-03-30