天然气流量计检测自动控制系统设计
天然气流量计检测自动控制系统设计
分析天然气流量计量检测需求 ，提出自动控制设计方案 。
天然气是清洁能源，在能源领域占有重要地位。其计量准确与否直接影响贸易结算双方经济利益。随着天然气产业计量的迅猛发展，计量检测自动化程度越来越高。笔者就天然气流量计量检测自动控制系统提出设计理念。
１.设计原则
严格执行现行、行业的有关标准、规范；坚持安全、适用、经济、可靠的原则；提高检定装置的管理和自动化水平，加强监控手段，采用先进的控制方式，达到国内外同类检定装置的先进水平；自动化仪表设备及控制系统的选型以技术先进、性能稳定、可靠性高、性价比高、能够满足精度要求、能够满足现场环境及工艺条件要求为原则；在满足安全、工艺过程要求的前提下，仪表、设备选型要统一，以减少备品、备件的品种和数量，以便维护；根据工艺要求和生产装置的规模、流程特点，各参数对生产操作的影响等因素，确定测量及控制方式，选用相关的仪表；仪表的防爆类型根据有关爆炸和火灾危险场所电气装置设计规范的规定，按照仪表安装场所的爆炸危险类别、范围、组别确定。
２.自控水平和特点及仪表选型
采用集散式控制系统（即ＤＣＳ系统），实现整座检定装置的数据采集和自动监控；提高管理水平，保证安全、高效生产。设计采用隔爆现场仪表，隔爆等级较低要求达到 ＥＥｘｄＩＩＢＴ４，处于非安全区的现场仪表包括：露点分析仪、在线色谱分析仪、压力变送器、热电阻、温度变送器、可燃气体探测器、电动阀、气液联动阀、流量计、报警按钮、网络视频监控设备、火焰探测器等均采用隔爆设备。
２．１ 温度仪表
采用一体化温度变送器进行温度检测，对用于监视工艺过程的一体化温度变送器，选用精度：±０．２％，对用于参与计量、检定计算的温度变送器 ，选用精度±０．１℃，变送器输出４ｍＡ～２０ｍＡ 信号。
２．２ 压力仪表采用二线制智能型压力变送器对压力进行检测，对于用于监视工艺过程的压力变送器，选用精度：±０．０７５％，对于用于参与计量、检定计算的压力变送器，选用精度 ±０．０２５％，变送器输出４ｍＡ～２０ｍＡ 信号，带 Ｈａｒｔ协议。
２．３ 检测标准器
２．３．１ 涡轮流量计。工作级检定标准表采用气体涡轮流量计，流量计输出脉冲信号对应工况瞬时流量。为了保证工作级系统的整体精度，涡轮流量计所需的直管段及整流器由涡轮流量计统一配带。
２．３．２ 气体超声流量计。核查级检定标准表采用多声道气体超声波流量计，流量计输出脉冲信号对应工况瞬时流量，为了保证核查级系统的整体精度，超声流量计所需的直管段及整流器由超声流量计统一配带。
２．４ 分析仪表
采用在线色谱分析仪对天然气介质进行组份实时检测；采用水露点分析仪对进站的天然气进行含水分析，水露点分析仪输出４ｍＡ～２０ｍＡ 信号。采用红外式可燃气体探头对站场内天然气浓度进行检测，输出４ｍＡ～２０ｍＡ 信号，信号远传到控制室的可燃气体报警仪进行显示报警，此数据进 ＤＣＳ系统显示报警。
３.自控方案
３．１ 站控系统
站控系统采用 ＤＣＳ系统对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集，对关键工艺参数、可燃气体和火灾信号进行报警，对检定天然气的压力和流量进行调节，并对站内关键阀门进行联锁、集中控制，同时完成站场内核查级、工作级装置的日常检定工作。站控系统通过 ＴＣＰ／ＩＰ 网络与其他子系统（制氮系统、压缩机控制系统）进行数据通讯。各级装置检定控制系统由各级厂商分别供货，整个站场由检定软／硬件控制系统厂商及用户统一组织、协调，同时参与各级装置控制系统软件的编制和调试，并负责整个站场检定系统的集成。站场控制室内ＤＣＳ系统控制器的电源、ＣＰＵ、通讯总线冗余；站控系统设置２台操作员站对站内数据进行监视、操作，２台操作员站互为热备，其中１台具有工程师站功能，另设１台服务器用于检定数据的保存和管理。
３．２ ＥＳＤ紧急关断系统
控制是设置独立的ＥＳＤ紧急关断系统，对站场设备和人身安全进行保护，主要用于站场超压、可燃气体浓度高报警、火灾报警以及站场控制室及现场设置的紧急按钮动作时，对站场的进出站等相关阀门进行紧急关断。ＥＳＤ 系统将输出信号给压缩机组的控制系统，用于压缩机组的联锁控制。ＥＳＤ 系统安全等级采用ＳＩＬ２级；ＥＳＤ 系统不再单独设置操作站，信号通过ＣＰ／ＩＰ网络进入站控系统。
３．３ 天然气组份分析
站内设置一台在线色谱分析仪（单路分析），用于分析天然气组份，在线色谱分析仪应可分析 Ｃ１～Ｃ９、ＣＯ２ 等气体组份，为了保证在线色谱分析仪的环境工作条件，在线色谱分析仪安装在分析小屋内。站内同时设置１台水露点分析仪，用于分析进站天然气的水露点。
３．４ ＵＰＳ电源系统
站场采用２２０ＶＡＣＵＰＳ 不间断电源对站内仪表和控制系统供电，供电容量３ｋＶＡ，２ｈ。ＵＰＳ电源输入：２２０ＶＡＣ±１５％，５０Ｈｚ±２．５，输出２２０ＶＡＣ
±５％，５０Ｈｚ±０．５。
３．５ 防雷、防浪涌保护系统
采用防雷、防浪涌保护系统对仪表和控制系统进行保护。进入控制室内的所有信号接口（包括电源接口）均应设置防浪涌保护器；现场重要仪表信号接口均应设置防浪涌保护器。防雷、防浪涌保护系统应注意考虑对采集信号的精度损失。
３．６接地
站控系统工作接地和保护接地统一接地，接入电气专业电气接地网，接地电阻≤４Ω。
有２种方案可供选择：①采用大容量压力容器法（Ｂｉｇｃｏｎｔａｉｎｅｒｗａｙ）：根据***大工作压力***大流量释放到***小压力时的体积量设计一个大的压力容器，通过压缩机将天然气打入压力容器。主要难度在压力容器的设计。ＥＵＲＯＬＯＯＰ采用的是这种方式。② 采用钢瓶组法 （Ｓｔｅｅｌｃｙｌｉｎｄｅｒｗａｙ）：根 据ＲＭＡ 的经验，它的***大流量是６５００ｍ３／ｈ，***大压力５．０ＭＰａ，需要的钢瓶数量是大约８０个。如果我们按８０００ｍ３／ｈ来计算，大约要１００个。