一種天然氣能量計(jì)量超聲氣體流量計(jì)
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超聲技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)成熟完備的程度，它已廣泛被各種測試團(tuán)體接受。但是，要想在將來象其它技術(shù)，比如渦輪和孔板流量計(jì)一樣被廣泛使用，超聲流量計(jì)還有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的具體工作要做，以期在將來占有預(yù)計(jì)的市場份額[1]。
除了眾所周知的天然氣傳輸管道中體積流量計(jì)量外，即將面臨一個(gè)大的需要，即在遙遠(yuǎn)、任意的地點(diǎn)，比如生產(chǎn)地、集輸線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(tǒng)。它的基礎(chǔ)是一臺(tái)用于財(cái)務(wù)、貿(mào)易結(jié)算的新型超聲流量計(jì)。這種流量計(jì)被設(shè)計(jì)成在傳統(tǒng)的超聲測量點(diǎn)使用，跟在現(xiàn)場使用一樣。真正的現(xiàn)場今天反而不使用超聲流量計(jì)了。整個(gè)系統(tǒng)的功能，如在太陽能驅(qū)動(dòng)下操作，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸，無線通訊技術(shù)，使得它非常適合遠(yuǎn)程地區(qū)。除了超聲流量計(jì)方面眾所周知的優(yōu)點(diǎn)外，該系統(tǒng)在聲速檢查的基礎(chǔ)上提供了一種真實(shí)的自診斷功能，因此它滿足了系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用的特征。它對(duì)降低與流量計(jì)維護(hù)修理有關(guān)的人力費(fèi)用非常重要，將會(huì)保證測量數(shù)據(jù)有較好的可信度。
2 應(yīng)用超聲流量測量技術(shù)的能量計(jì)量系統(tǒng)
在世界范圍內(nèi)，天然氣是以能量單位買賣的。在天然氣管線中，現(xiàn)在還沒有直接測量能量的獨(dú)立的流量計(jì)。能量計(jì)量系統(tǒng)由測量體積流量的氣體流量計(jì)、帶有自動(dòng)采樣器的氣體組成分析設(shè)備組成，并普遍使用積算儀。應(yīng)用于能量計(jì)量系統(tǒng)中的氣體流量測定技術(shù)包括從簡單的孔板、渦輪流量計(jì)直到最新的“超聲氣體流量計(jì)”。
這里描述的系統(tǒng)利用了各組成部分均低能源消耗的長處，使得系統(tǒng)可以完全由太陽能充電的電池驅(qū)動(dòng)。作為選擇，交流和直流電源均可以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各組成部分。
2.1 系統(tǒng)描述
要確定天然氣的能量需要描述于圖1中的系統(tǒng)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(jì)量系統(tǒng)
這里建議的能量計(jì)量系統(tǒng)使用圖2所示的集成式的，可以長時(shí)間連續(xù)工作的超聲流量計(jì)。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(jì)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(nèi)操作。
管路交匯處分布超聲通道，當(dāng)?shù)貧怏w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(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸特征考慮進(jìn)來，由隨車攜帶的計(jì)算機(jī)處理。有關(guān)實(shí)際測定的流速、管道速度、聲速和計(jì)算出的體積通過數(shù)字通信界面?zhèn)飨蛳到y(tǒng)流量計(jì)算機(jī)。
集成的超聲氣體流量計(jì)（圖2）由于沒有可動(dòng)部件因而本質(zhì)上無需維修。包括遠(yuǎn)程診斷在內(nèi)的寬范圍的通信選項(xiàng)減少了總體需要的維修。
圖2-TotalSonic超升流量計(jì)
BTU能量分析儀
BTU分析儀基于氣相色譜原理。設(shè)備自動(dòng)地從管線中采集氣體樣品并進(jìn)行分析，在貿(mào)易結(jié)算要求的精度內(nèi)確定它的分子組成和熱值。這些相關(guān)的信息被用來計(jì)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(shè)備，氣體組成的分析數(shù)據(jù)可以在幾分鐘內(nèi)得到。隨車攜帶的控制儀將會(huì)存儲(chǔ)分析結(jié)果。日后這些數(shù)據(jù)可以由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)調(diào)出來使用。當(dāng)完成一個(gè)新的分析后，這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以得到更新，整個(gè)過程大約3分鐘。
符合MODBUS協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)系列通信接口（RS232、RS422和RS485）使得流量計(jì)算機(jī)可以非常容易地訪問最新氣體分析數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)使用人-機(jī)對(duì)話界面（MMI）。有3個(gè)遠(yuǎn)程的和1個(gè)當(dāng)?shù)氐耐ㄐ沤涌?。系統(tǒng)支持的通信協(xié)議包括遠(yuǎn)程/當(dāng)?shù)厝藱C(jī)對(duì)話界面，到打印機(jī)/控制臺(tái)的工程界面，ASCⅡ（HCIA）主機(jī)界面，Modbus、DSFG和PTB打印輸出。
總體的設(shè)計(jì)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(shù)字技術(shù)兩次校準(zhǔn)之間需要的時(shí)間已擴(kuò)展到幾個(gè)月。
系統(tǒng)流量計(jì)算機(jī)
流量計(jì)算機(jī)是計(jì)量系統(tǒng)的中央處理單元。它訪問從氣體分析儀得到的最新的分析數(shù)據(jù)。從流量計(jì)獲得流速信息，包括壓力和溫度讀數(shù)，使用獲準(zhǔn)的和當(dāng)?shù)赜?jì)量部門認(rèn)可的（比如AGA、PTB、NMI）計(jì)算方法，天然氣中的能量就可以計(jì)算出來。
流量計(jì)算機(jī)的功能包括在用戶選擇的時(shí)間間隔內(nèi)獲取和存儲(chǔ)臨界數(shù)據(jù)。所有已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用流量計(jì)算機(jī)的通信選項(xiàng)遠(yuǎn)程訪問。可用的通信選項(xiàng)是借助調(diào)制解調(diào)器、無線電、通信衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)電話線。
可以在固定的或移動(dòng)的PC機(jī)上運(yùn)行的適應(yīng)性很強(qiáng)的軟件被用來就地或遠(yuǎn)程與流量計(jì)算機(jī)通信、監(jiān)控、獲取數(shù)據(jù)和診斷。
2.2 通信界面和數(shù)據(jù)傳輸
系統(tǒng)流量計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)氣體分析儀系列通信。TotalflowBtu8000型氣體分析儀和大多數(shù)其它工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)氣相色譜儀及分析設(shè)備都符合Modbus協(xié)議。流量計(jì)算機(jī)從系統(tǒng)分析儀存儲(chǔ)器中調(diào)取需要的數(shù)據(jù)。如果沒有在線的氣體分析儀，需要的信息可以手工輸入進(jìn)流量計(jì)算機(jī)，并在有了新的數(shù)據(jù)時(shí)予以更新。
使用超聲流量計(jì)狀態(tài)參數(shù)時(shí)，最好能通過系列通信界面連接到流量計(jì)算機(jī)。TotalSonic和許多在氣體計(jì)量工業(yè)中應(yīng)用的超聲流量計(jì)都符合Modbus協(xié)議。同時(shí)提供了到其它形式的氣體流量計(jì)的脈沖和模擬流量計(jì)量界面。
所有數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以用戶自己選擇的時(shí)間間隔存儲(chǔ)在流量計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)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(tǒng)控制數(shù)據(jù)都可應(yīng)用調(diào)制解調(diào)器、無線電、通信衛(wèi)星等當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)程的通信界面進(jìn)行訪問。
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(tǒng)正確的操作和得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的每一組成部分都需要符合設(shè)定的規(guī)范。因此，每一測量設(shè)備都進(jìn)行許多操作和狀態(tài)檢查。如果系統(tǒng)出了問題或需要維修，每一組成部分都與系統(tǒng)中央單元通信，這樣就有可能管理和/或監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的每一組成部分可以與當(dāng)?shù)睾?或遠(yuǎn)程診斷軟件溝通決定系統(tǒng)狀態(tài)和分析問題。
控制系統(tǒng)性能的一個(gè)簡單和有效的方法是通過從TotalSonic超聲流量計(jì)得到的聲速信息和根據(jù)氣體分析儀氣體組成分析數(shù)據(jù)計(jì)算得到的天然氣中的聲速。為了實(shí)施計(jì)算功能，可以使用一種商業(yè)上可行的軟件包，或經(jīng)過許可的并已編程的AGANO10[2]號(hào)報(bào)告中描述的方法。這些計(jì)算和比較可以按預(yù)定的時(shí)間間隔或連續(xù)地實(shí)施，并且用戶設(shè)置偏差和極限來觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)來表明系統(tǒng)性能出現(xiàn)了問題。
3 TotalSonic超聲流量計(jì)的描述
3.1 操作原理
TotalSonic流量計(jì)應(yīng)用著名的傳播時(shí)間測量的原理。在表體內(nèi)安裝超聲傳感器，由它來確定通過通道，與氣體流動(dòng)方向成60°角度。 孔板流量計(jì)相關(guān)文章:孔板流量計(jì)原理 熱式質(zhì)量流量計(jì)相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計(jì)原理 流量計(jì)相關(guān)文章:流量計(jì)原理
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