蔡德彬 陈沛兴 肖志雄 康清辉 伊桂龙

摘要：关于超声波流量计对小流量计量不准确问题： 用户分输量少且长时间持续分输，分输流量小于流量计的分界流量，流量计工作在小流量点，造成测量不确定度增大，计量不准确。针对以上问题，运用PLC程序自动控制分输逻辑、优化超声波流量计运行计量工况环境。本文主要研究了以下几个方面：

1、在软件上，通过对问题进行分析，编辑两种控制分输逻辑所需的程序算法，无需对超声波流量计本体进行改造就可优化超声波流量计运行计量工况环境。

2、利用软硬件测试，运用现场实际分输运行工况，通过大量的实验测试和分析实验数据对两种方案进行择优使用。

关键词：超声波流量计;小流量计量;计量不准确;PLC程序算法

0  前言

超声波流量计作为流量数据采集仪表，不同型号超声波流量计具有不同的温度，压力和流量区间，一旦超出超声波流量计的计量要求区间，极易造成计量不准确的问题，同样引发计量歧义。

目前部分天然气分输站场使用的分输流量计为时差法的超声波流量计，因设计或用户用气量减少，造成部分用户日用量小，并要求24小时分输，导致分输时间长，单位时间内分输量少，超声波流量计大部分时间运行在分界流量QT值以下，在计量中流量计误差增大，误差过大则容易引起计量纠纷。本文以超声波流量计的原理为依据，分析小流量下超声波流量计产生误差的因素，并提出通过编写分输程序来优化输气场站分输模式，使流量计尽可能的在分界流量QT值以上，减少流量计的计量误差。

1 时差法超声波流量计的工作原理

时差法超声波流量计是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。

2  超声波流量计在小流量分输模式下计量不准确原因分析

厦门输气分公司漳州分输清管站使用的超声波流量计为丹尼尔3400超声波流量计，管径大小为DN100，工况量程为21～814（m3/h）。根据现场实际采集了相关设备的数据（流量计QT值为81.4m3/h、下游管道长度520m、管径DN200、分输壓力4.0PMa以下等），在实际的分输过程中，每日3000至5000标方的分输量，在24小时不间断分输的情况下，每小时最多的分输量为200标方左右，在此条件下不能满足流量的瞬时工况流量，而且相差较大。

因此将原来不间断分输模式，进行比对思考，将均匀分输改为分段式分输，以提高单位时间内的分输量。即为了达到提高分输，流量计的工作时瞬时工况尽量达到Qt值以上。

3  流量计小流量分输计量改造方法及效果分析

3.1  流量计小流量分输计量改造方法

下发调压撬前进口阀、开阀命令，待阀门全开后下发RMG调压柜保护流量与保护压力赋值方法，RMG调压柜达到分输预设定值，手动下发0流量，工作调压阀全关后，下发调压撬前的进口关阀命令。

启输逻辑过程：

首先将调压柜调转至盘控状态。将下游管存压力比较值输出命令，作为启动用户启输逻辑的先决判断条件，当下游管存压力低于1.5MPa时（可输入修改值），下发用户启输逻辑，用户启输逻辑执行中：1、下发调压撬支路前球阀开阀命令;2、当调压撬支路前球阀开到位后，向RMG调压柜下发保护压力值与保护流量值;3、调压柜根据自身的PID算法，进行调压分输;

停输逻辑过程：停输逻辑使用两种方法，分别为逻辑1与逻辑2.

逻辑1：使用下游管存压力，作为下发停输逻辑的判断条件。即下游管存压力达到所需设定压力值时，下发用户停输逻辑，RMG调压柜下发工作调压阀关阀命令，但工作调压阀全关到位时，下发调压支路进口球阀关阀命令。当管存压力下降到设定压力值时，执行用户启输逻辑，压力达到设定值时下发用户停输逻辑命令，以此反复直至将今日的日指定量分输完毕。

逻辑2：使用流量计的瞬时工况流量值，作为下发停输逻辑的判断条件。当流量计的瞬时工况流量达到Qt值时，程序计算1次，当流量计瞬时工况流量低于Qt值后，程序计算1次，即瞬时工况流量高于Qt后，流量回落低于Qt时，下发用户停输逻辑，RMG调压柜下发工作调压阀关阀命令，工作调压阀全关到位时，下发调压支路进口球阀关阀命令。当管存压力下降到设定压力值时，执行用户启输逻辑，瞬时工况流量值达到程序要求时下发用户停输逻辑命令，以此反复直至将今日的日指定量分输完毕。

3.2  应用案例及成效分析

上述方案已在西三线漳州分输清管站完成测试。

在使用压力启输逻辑中，在多次实验中得出在1分10秒上下时，瞬时工况流量能够超过分流流量QT值（81.4m³/h）。

使用逻辑1：压力停输方式，整个分输过程多次试验中持续时间约为9分。在5分10秒上下时，瞬时工况流量值跌落小于QT值（81.4m³/h）。整个分输过程中有效时间约为4分钟，占比约为4/9。

使用逻辑2：流量停输方式。整个分输过程多次试验中持续时间约为5分20秒上下，在5分10秒上下时，瞬时工况流量值跌落小于QT值（81.4m³/h）。整个分输过程中有效时间约为4分钟。占比约为4/5。

从上述对比中发现逻辑2更高精度分输方式的时间占比高。尽可能的减少因流量计： “大马拉小车”而造成的计量误差值。

备注：在分输过程中，因每次分输的流量值标方数约为500立方米。而现场的工艺管线的管存量远远大于500立方米，分输过程的天然气温度变化值很小，可以忽略不计。

4  结语

随着国家能源战略的实施，流量计量在工业和生活上的运用越来越广泛， 超声波流量计以其独有的优势得到了快速的发展，国家也大力支持技术创新和发展，但是，超声波流量计的发展依旧有很多的难题，目前在工业中运用的大流量超声波流量计发展较快，在生活中运用的小流量超声波流量计发展非常缓慢，核心技术依旧被国外垄断[1]。本文针对PLC程序的优化以提高流量计的计量准确性，运用PLC的优化及改进自动控制分输逻辑，采用自动的间歇式分输的方法，尽量优化了超声波流量计运行工况，使流量计尽量运行在分界流量之上，提高计量的准确性。本文主要做的工作有以下几点：

（1）在软件设计方面，详细介绍了两种 PLC程序算法自动控制分输逻辑的思路及做法。

（2）对实施效果测试分析，采用Meterlink软件结合上位机运行趋势图，对得到的数据进行处理分析，论证结果有效消除下流量模式下计量误差大的问题。

参考文献

[1]刘明祥.小流量气体超声波流量计的研制.中国计量大学