天然氣流量計檢測自動控制系統設計

分析天然氣流量計量檢測需求 ，提出自動控制設計方案 。

天然氣是清潔能源，在能源領域占有重要地位。其計量準確與否直接影響貿易結算雙方經濟利益。隨著天然氣產業計量的迅猛發展，計量檢測自動化程度越來越高。筆者就天然氣流量計量檢測自動控制系統提出設計理念。

１.設計原則

嚴格執行現行、行業的有關標準、規范；堅持安全、適用、經濟、可靠的原則；提高檢定裝置的管理和自動化水平，加強監控手段，采用先進的控制方式，達到國內外同類檢定裝置的先進水平；自動化儀表設備及控制系統的選型以技術先進、性能穩定、可靠性高、性價比高、能夠滿足精度要求、能夠滿足現場環境及工藝條件要求為原則；在滿足安全、工藝過程要求的前提下，儀表、設備選型要統一，以減少備品、備件的品種和數量，以便維護；根據工藝要求和生產裝置的規模、流程特點，各參數對生產操作的影響等因素，確定測量及控制方式，選用相關的儀表；儀表的防爆類型根據有關爆炸和火災危險場所電氣裝置設計規范的規定，按照儀表安裝場所的爆炸危險類別、范圍、組別確定。

２.自控水平和特點及儀表選型

采用集散式控制系統（即ＤＣＳ系統），實現整座檢定裝置的數據采集和自動監控；提高管理水平，保證安全、高效生產。設計采用隔爆現場儀表，隔爆等級較低要求達到 ＥＥｘｄＩＩＢＴ４，處于非安全區的現場儀表包括：露點分析儀、在線色譜分析儀、壓力變送器、熱電阻、溫度變送器、可燃氣體探測器、電動閥、氣液聯動閥、流量計、報警按鈕、網絡視頻監控設備、火焰探測器等均采用隔爆設備。

２．１ 溫度儀表

采用一體化溫度變送器進行溫度檢測，對用于監視工藝過程的一體化溫度變送器，選用精度：±０．２％，對用于參與計量、檢定計算的溫度變送器 ，選用精度±０．１℃，變送器輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號。

２．２ 壓力儀表采用二線制智能型壓力變送器對壓力進行檢測，對于用于監視工藝過程的壓力變送器，選用精度：±０．０７５％，對于用于參與計量、檢定計算的壓力變送器，選用精度 ±０．０２５％，變送器輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號，帶 Ｈａｒｔ協議。

２．３ 檢測標準器

２．３．１ 渦輪流量計。工作級檢定標準表采用氣體渦輪流量計，流量計輸出脈沖信號對應工況瞬時流量。為了保證工作級系統的整體精度，渦輪流量計所需的直管段及整流器由渦輪流量計統一配帶。

２．３．２ 氣體超聲流量計。核查級檢定標準表采用多聲道氣體超聲波流量計，流量計輸出脈沖信號對應工況瞬時流量，為了保證核查級系統的整體精度，超聲流量計所需的直管段及整流器由超聲流量計統一配帶。

２．４ 分析儀表

采用在線色譜分析儀對天然氣介質進行組份實時檢測；采用水露點分析儀對進站的天然氣進行含水分析，水露點分析儀輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號。采用紅外式可燃氣體探頭對站場內天然氣濃度進行檢測，輸出４ｍＡ～２０ｍＡ 信號，信號遠傳到控制室的可燃氣體報警儀進行顯示報警，此數據進 ＤＣＳ系統顯示報警。

３.自控方案

３．１ 站控系統

站控系統采用 ＤＣＳ系統對站內工藝變量及設備運行狀態進行數據采集，對關鍵工藝參數、可燃氣體和火災信號進行報警，對檢定天然氣的壓力和流量進行調節，并對站內關鍵閥門進行聯鎖、集中控制，同時完成站場內核查級、工作級裝置的日常檢定工作。站控系統通過 ＴＣＰ／ＩＰ 網絡與其他子系統（制氮系統、壓縮機控制系統）進行數據通訊。各級裝置檢定控制系統由各級廠商分別供貨，整個站場由檢定軟／硬件控制系統廠商及用戶統一組織、協調，同時參與各級裝置控制系統軟件的編制和調試，并負責整個站場檢定系統的集成。站場控制室內ＤＣＳ系統控制器的電源、ＣＰＵ、通訊總線冗余；站控系統設置２臺操作員站對站內數據進行監視、操作，２臺操作員站互為熱備，其中１臺具有工程師站功能，另設１臺服務器用于檢定數據的保存和管理。

３．２ ＥＳＤ緊急關斷系統

控制是設置獨立的ＥＳＤ緊急關斷系統，對站場設備和人身安全進行保護，主要用于站場超壓、可燃氣體濃度高報警、火災報警以及站場控制室及現場設置的緊急按鈕動作時，對站場的進出站等相關閥門進行緊急關斷。ＥＳＤ 系統將輸出信號給壓縮機組的控制系統，用于壓縮機組的聯鎖控制。ＥＳＤ 系統安全等級采用ＳＩＬ２級；ＥＳＤ 系統不再單獨設置操作站，信號通過ＣＰ／ＩＰ網絡進入站控系統。

３．３ 天然氣組份分析

站內設置一臺在線色譜分析儀（單路分析），用于分析天然氣組份，在線色譜分析儀應可分析 Ｃ１～Ｃ９、ＣＯ２ 等氣體組份，為了保證在線色譜分析儀的環境工作條件，在線色譜分析儀安裝在分析小屋內。站內同時設置１臺水露點分析儀，用于分析進站天然氣的水露點。

３．４ ＵＰＳ電源系統

站場采用２２０ＶＡＣＵＰＳ 不間斷電源對站內儀表和控制系統供電，供電容量３ｋＶＡ，２ｈ。ＵＰＳ電源輸入：２２０ＶＡＣ±１５％，５０Ｈｚ±２．５，輸出２２０ＶＡＣ

±５％，５０Ｈｚ±０．５。

３．５ 防雷、防浪涌保護系統

采用防雷、防浪涌保護系統對儀表和控制系統進行保護。進入控制室內的所有信號接口（包括電源接口）均應設置防浪涌保護器；現場重要儀表信號接口均應設置防浪涌保護器。防雷、防浪涌保護系統應注意考慮對采集信號的精度損失。

３．６接地

站控系統工作接地和保護接地統一接地，接入電氣專業電氣接地網，接地電阻≤４Ω。

有２種方案可供選擇：①采用大容量壓力容器法（Ｂｉｇｃｏｎｔａｉｎｅｒｗａｙ）：根據***大工作壓力***大流量釋放到***小壓力時的體積量設計一個大的壓力容器，通過壓縮機將天然氣打入壓力容器。主要難度在壓力容器的設計。ＥＵＲＯＬＯＯＰ采用的是這種方式。② 采用鋼瓶組法 （Ｓｔｅｅｌｃｙｌｉｎｄｅｒｗａｙ）：根 據ＲＭＡ 的經驗，它的***大流量是６５００ｍ３／ｈ，***大壓力５．０ＭＰａ，需要的鋼瓶數量是大約８０個。如果我們按８０００ｍ３／ｈ來計算，大約要１００個。