城市天然气门站流量计量系统设计

城市天然气门站流量计量系统设计

1 天然气流量计量系统设计原则

①采用先进的流量计算机系统，实现与站控系统的数据交换、多种流量计量单位的自动转换，建立流量历史数据库，可进行历史数据检索分析；实现流量数据上传，纳入城市输配运行调度系统。

②采用稳定可靠的流量计，其计量精度、计量形式应与上游匹配，保证与上游流量校对的技术条件一致.

③流量计量程比应与城市输配系统运行工况特性相匹配，保证在流量变化范围内流量计量系统综合精度＜1%。

④在防爆区运行的流量计量装置应具有可靠的防爆措施。

⑤流量计量系统具有较好的故障自诊断和保护功能。

⑥考虑可不停产维修以及远期扩容等因素。

2 天然气流量计量系统设计方案

天然气流量计量系统基本方案见图1。

气体涡轮流量计检测天然气流速，向流量计算机提供高频脉冲信号；流量计算机(FLC)进行流量运算以及多种计量单位换算与显示；在线气体成分分析仪向流量计算机提供实时气体成分，以保证体积流量、质量流量的计算精度；压力变送器(PT)、温度变送器(TT)向流量计算机提供燃气压力和温度数据，使流量计算机将工况流量转化为标准状态流量；远程终端单元(RTU)对流量计量通道运行状态数据进行采集、逻辑顺序控制和数据通信控制。

3 天然气流量计选用

为保证与西气东输郑州分输站流量计量系统在计量原理和精度上具有较高的一致性，以达到双方贸易结算数据校对的目的，郑州燃气门站流量计选用气体涡轮流量计，计量精度为0.5%。

①流量计口径和量程比校核计算

门站工艺设计参数如下：高峰小时流量为17.0×104m3/h，平均小时流量为7.0×104m3/h，低峰小时流量为2.1×104m3/h；气体涡轮流量计进口压力为2.5～

3.5MPa。

选配G4000 TRZ DN 300mm气体涡轮流量计，产品最大标定流量为6500m3/h，最小标定流量为320 m3/h。

按照该设备的选型计算，选用G4000 TRZ DN 300mm涡轮流量计可满足输气能力(2.1～17.0)×104m3/h的要求。

②气体涡轮流量计性能及特点

a. 气体涡轮流量计相对误差为±0.5%。

b. 采用双径向轴承及止推轴承结构，具有特强过载能力，可长时间过载1.2倍最大流量，短时间过载1.6倍最大流量。

c. 压力损失低，当最大流量时其压力损失仅为130Pa。

d. 采用强制润滑形式，在正确使用情况下可连续运行20年以上。

e. 具有自诊断功能。涡轮叶片端部切割磁力线(径向)发出脉冲信号，涡轮平面孔洞切割磁力线(轴向)也发出脉冲信号。在正常情况下，两组脉冲的比值应该保持恒定，一旦涡轮内部发生故障，如叶片打坏、轴承损坏等情况，两组脉冲的比值偏离恒定值，流量计算机可立即识别并报警。

4 流量计算机选用

选用F1流量计算机来完成天然气流量计算和显示。F1流量计算机是多功能流量计算机，可选用的模块、组态软件繁多，在实际设计过程中，要密切结合计量系统的结构、运算标准等要素选择。

①流量计算机配置

信号处理采用1块EXMFE4输入卡和1块MFA6输出卡，4路脉冲和开关量防爆信号输入，其中2路用于输入气体涡轮流量计高频脉冲信号，另外2路扩展备用；2路HART-bus协议输入输出接口，用于采集压力和温度变送器信号；2路

RS-232接口，其中1路向RTU传送流量数据，另1路扩展备用；1路RS-485接口，预留与其他智能控制设备通信。

流量计算机组态软件选用GAS-WORKS软件进行计量系统的调试和设置系统参数，并可将系统数据存储、归档和重组。

②流量计算机性能及特点

a. 计算精度为0.01%。

b. 可根据所选用的标准状态，完成标准体积流量、质量流量和能量流量等瞬时流量及天然气压缩因子的计算。

c. 存储器对数据归档间隔从1s至1h可编程调整。若每1min存储1次，可存储30d的流量数据以及错误和更改信息200条。

d. 采用带背光的LCD显示方式，可显示标准状态下的瞬时流量、累计流量、质量流量和能量流量。同时也能显示工作压力、温度、仪表状态等信息。根据显示不同参数的要求，显示位数高达小数点前1～12位和小数点后1～6位，通过面板上的键盘操作，可查阅归档的资料，包括带有时间标签的累计流量等。

e. 具有多种诊断功能，包括通道诊断、卡板诊断和系统诊断等，这些信息都可上传站控系统，供管理和操作人员及时进行维护。

f. 连接现场的输入信号通道均为[EEx ib]IIC防爆等级。

5 压力变送器和温度变送器选用

①压力变送器

选用Smart3051S压力变送器。测量精度为0.5%，满足系统综合误差设计的要求；测量范围为0～4.5MPa，变送器工作在量程的50%～70%范围内；可承受工作压力为6MPa，工艺设计压力为3.3MPa；可承受环境温度为-40～80℃，满足郑

州地区-10～40℃的气温变化防爆等级为EEx ia IIC T4，满足安装场所防爆要求。

②温度变送器

选用644H温度变送器。精度为0.18%，满足系统综合误差设计的要求；测量范围为-200～850℃，满足天然气-2～20℃工作温度变化的要求；工作环境温度为-20～85℃，满足郑州地区-10～40℃的气温变化要求；防爆等级为EEx ia IIC T4，满足安装场所防爆要求。

6 双流量计量通道运行控制方案

为了保证流量计量系统具有较高的可靠性和可维护性，采用了1开1备的双流量计量通道并联运行冗余设计，见图2。

在两个流量计量通道上分别安装电动球阀来关闭或打开流量计量通道。RTU 采集流量数据和电动球阀开关状态并依据设计的计量通道转换控制逻辑进行运算，向电动球阀发送开关动作指令以实现双路计量通道运行模式的转换。