一種天然氣能量計量超聲氣體流量計
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超聲技術(shù)已經(jīng)達到了一個(gè)相當成熟完備的程度，它已廣泛被各種測試團體接受。但是，要想在將來(lái)象其它技術(shù)，比如渦輪和孔板流量計一樣被廣泛使用，超聲流量計還有技術(shù)上和經(jīng)濟上的具體工作要做，以期在將來(lái)占有預計的市場(chǎng)份額[1]。
除了眾所周知的天然氣傳輸管道中體積流量計量外，即將面臨一個(gè)大的需要，即在遙遠、任意的地點(diǎn)，比如生產(chǎn)地、集輸線(xiàn)上測量天然氣的能量含量。
這篇文章描述一個(gè)整體的天然氣能量測量的系統。它的基礎是一臺用于財務(wù)、貿易結算的新型超聲流量計。這種流量計被設計成在傳統的超聲測量點(diǎn)使用，跟在現場(chǎng)使用一樣。真正的現場(chǎng)今天反而不使用超聲流量計了。整個(gè)系統的功能，如在太陽(yáng)能驅動(dòng)下操作，強大的數據傳輸，無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，使得它非常適合遠程地區。除了超聲流量計方面眾所周知的優(yōu)點(diǎn)外，該系統在聲速檢查的基礎上提供了一種真實(shí)的自診斷功能，因此它滿(mǎn)足了系統在偏遠地區使用的特征。它對降低與流量計維護修理有關(guān)的人力費用非常重要，將會(huì )保證測量數據有較好的可信度。
2 應用超聲流量測量技術(shù)的能量計量系統
在世界范圍內，天然氣是以能量單位買(mǎi)賣(mài)的。在天然氣管線(xiàn)中，現在還沒(méi)有直接測量能量的獨立的流量計。能量計量系統由測量體積流量的氣體流量計、帶有自動(dòng)采樣器的氣體組成分析設備組成，并普遍使用積算儀。應用于能量計量系統中的氣體流量測定技術(shù)包括從簡(jiǎn)單的孔板、渦輪流量計直到最新的“超聲氣體流量計”。
這里描述的系統利用了各組成部分均低能源消耗的長(cháng)處，使得系統可以完全由太陽(yáng)能充電的電池驅動(dòng)。作為選擇，交流和直流電源均可以驅動(dòng)系統各組成部分。
2.1 系統描述
要確定天然氣的能量需要描述于圖1中的系統和它的各個(gè)組成部分以及其它儀器儀表。各主要部分在下面介紹。
圖1-天然氣能量計量系統
這里建議的能量計量系統使用圖2所示的集成式的，可以長(cháng)時(shí)間連續工作的超聲流量計。傳感器技術(shù)中使用小型化的超聲換能器，它具有非常小的壓力、溫度影響的交叉敏感度。這可以使流量計在一個(gè)很寬的溫度范圍和低到大氣壓的很寬的壓力范圍內操作。
管路交匯處分布超聲通道，當地氣體流速信息從聲道獲得。綜合實(shí)際流速分布，就可以確定體積流量。利用這些信息，再把流量計的結構尺寸特征考慮進(jìn)來(lái)，由隨車(chē)攜帶的計算機處理。有關(guān)實(shí)際測定的流速、管道速度、聲速和計算出的體積通過(guò)數字通信界面傳向系統流量計算機。
集成的超聲氣體流量計（圖2）由于沒(méi)有可動(dòng)部件因而本質(zhì)上無(wú)需維修。包括遠程診斷在內的寬范圍的通信選項減少了總體需要的維修。
圖2-TotalSonic超升流量計
BTU能量分析儀
BTU分析儀基于氣相色譜原理。設備自動(dòng)地從管線(xiàn)中采集氣體樣品并進(jìn)行分析，在貿易結算要求的精度內確定它的分子組成和熱值。這些相關(guān)的信息被用來(lái)計算氣體密度、超壓縮因子和它的發(fā)熱量。使用這種氣體分析的先進(jìn)設備，氣體組成的分析數據可以在幾分鐘內得到。隨車(chē)攜帶的控制儀將會(huì )存儲分析結果。日后這些數據可以由系統計算機調出來(lái)使用。當完成一個(gè)新的分析后，這些存儲的數據可以得到更新，整個(gè)過(guò)程大約3分鐘。
符合MODBUS協(xié)議的標準系列通信接口（RS232、RS422和RS485）使得流量計算機可以非常容易地訪(fǎng)問(wèn)最新氣體分析數據。管理系統和計算機使用人-機對話(huà)界面（MMI）。有3個(gè)遠程的和1個(gè)當地的通信接口。系統支持的通信協(xié)議包括遠程/當地人機對話(huà)界面，到打印機/控制臺的工程界面，ASCⅡ（HCIA）主機界面，Modbus、DSFG和PTB打印輸出。
總體的設計模式把所需要的平均維修時(shí)間從幾周減少到幾小時(shí)。使用數字技術(shù)兩次校準之間需要的時(shí)間已擴展到幾個(gè)月。
系統流量計算機
流量計算機是計量系統的中央處理單元。它訪(fǎng)問(wèn)從氣體分析儀得到的最新的分析數據。從流量計獲得流速信息，包括壓力和溫度讀數，使用獲準的和當地計量部門(mén)認可的（比如AGA、PTB、NMI）計算方法，天然氣中的能量就可以計算出來(lái)。
流量計算機的功能包括在用戶(hù)選擇的時(shí)間間隔內獲取和存儲臨界數據。所有已存儲的數據可以應用流量計算機的通信選項遠程訪(fǎng)問(wèn)?？捎玫耐ㄐ胚x項是借助調制解調器、無(wú)線(xiàn)電、通信衛星的標準電話(huà)線(xiàn)。
可以在固定的或移動(dòng)的PC機上運行的適應性很強的軟件被用來(lái)就地或遠程與流量計算機通信、監控、獲取數據和診斷。
2.2 通信界面和數據傳輸
系統流量計算機與系統氣體分析儀系列通信。TotalflowBtu8000型氣體分析儀和大多數其它工業(yè)標準氣相色譜儀及分析設備都符合Modbus協(xié)議。流量計算機從系統分析儀存儲器中調取需要的數據。如果沒(méi)有在線(xiàn)的氣體分析儀，需要的信息可以手工輸入進(jìn)流量計算機，并在有了新的數據時(shí)予以更新。
使用超聲流量計狀態(tài)參數時(shí)，最好能通過(guò)系列通信界面連接到流量計算機。TotalSonic和許多在氣體計量工業(yè)中應用的超聲流量計都符合Modbus協(xié)議。同時(shí)提供了到其它形式的氣體流量計的脈沖和模擬流量計量界面。
所有數據處理的結果以用戶(hù)自己選擇的時(shí)間間隔存儲在流量計算機的存儲單元中，確保不會(huì )丟失。如圖3中所示，這些信息，包括最新的文件，系統控制數據都可應用調制解調器、無(wú)線(xiàn)電、通信衛星等當地或遠程的通信界面進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
圖3-與共同的網(wǎng)絡(luò )和/或互聯(lián)網(wǎng)通信
為了保證系統正確的操作和得到高質(zhì)量的數據，系統的每一組成部分都需要符合設定的規范。因此，每一測量設備都進(jìn)行許多操作和狀態(tài)檢查。如果系統出了問(wèn)題或需要維修，每一組成部分都與系統中央單元通信，這樣就有可能管理和/或監控系統。系統的每一組成部分可以與當地和/或遠程診斷軟件溝通決定系統狀態(tài)和分析問(wèn)題。
控制系統性能的一個(gè)簡(jiǎn)單和有效的方法是通過(guò)從TotalSonic超聲流量計得到的聲速信息和根據氣體分析儀氣體組成分析數據計算得到的天然氣中的聲速。為了實(shí)施計算功能，可以使用一種商業(yè)上可行的軟件包，或經(jīng)過(guò)許可的并已編程的AGANO10[2]號報告中描述的方法。這些計算和比較可以按預定的時(shí)間間隔或連續地實(shí)施，并且用戶(hù)設置偏差和極限來(lái)觸發(fā)報警系統來(lái)表明系統性能出現了問(wèn)題。
3 TotalSonic超聲流量計的描述
3.1 操作原理
TotalSonic流量計應用著(zhù)名的傳播時(shí)間測量的原理。在表體內安裝超聲傳感器，由它來(lái)確定通過(guò)通道，與氣體流動(dòng)方向成60°角度。 孔板流量計相關(guān)文章:孔板流量計原理 熱式質(zhì)量流量計相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計原理 流量計相關(guān)文章:流量計原理
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