川西氣田天然氣遠程積算計量模式試驗及其應用前景

作者：來源：發布時間：2017-11-06 09:55:52

摘要川西氣田天然氣井口計量目前普遍采用雙波紋差壓流量計和差壓式孔板流量計配流量積算儀，前者無法實現計量數據遠傳，后者雖然依托川西氣田自化信息系統建設對天然氣流量數據實現實時監控，但成本較高。遠程積算計量系統是采用天然氣實時差壓、壓力和溫度數據，通過有線或無線傳輸到遠程測控終端 RTU，在RTU 上對天然氣流量進行積算，積算結果由 RTU 交換機通過光纖網絡上傳至實時數據庫，實時數據庫的數據經整理可上傳至數據中心，對計量數據進行實時監控。從技術思路、配套的儀器儀表技術要求、數據采集與傳輸方式等方面對遠程積算計量模式的可行性進行了分析，并開展了天然氣遠程積算計量模式現場試驗。結果表明，遠程積算計量模式與標準孔板流量計配流量積算儀積算出的天然氣日累計流量zui大相對誤差為 -0.63% ，滿足天然氣井口計量精度要求。

1 前言

川西氣田天然氣井口計量目前普遍采用差壓式流量計進行計量，二次儀表主要采用雙波紋差壓流量計和差壓式孔板流量積算儀，前者無法實現計量數據遠傳，后者是通過壓力傳感器獲取來自節流件的差壓和壓力，同時通過溫度傳感器采集管道流體的實時溫度，依據國家標準計算和顯示管道內天然氣瞬時流量、累計流量。隨著川西氣田自動化信息系統建設，逐步建立了計量系統的遠程監控，由采集設備采集流量計的流量信號，通過 GPRS 網絡發送數據到服務器，對天然氣流量數據實現實時監控 [1] 。但目前該計量遠傳方式成本較高，為降低生產成本，提高計量信息化采集程度，在川西氣田開展天然氣遠程積算計量模式試驗。

2 遠程積算計量模式

2.1 主要技術思路

天然氣遠程積算計量系統是通過安裝在孔板節流件的差壓、壓力和溫度變送器采集實時差壓、壓力和溫度數據，通過有線或無線傳輸到遠程測控終端 RTU，在RTU 上依據國標《 GB/T 21446 — 2008用標準孔板流量計測量天然氣流量》 [2] 的天然氣流量計算模型和公式對天然氣流量進行積算。積算結果由 RTU 交換機通過光纖網絡上傳至實時數據庫進行展示，實時數據庫的數據經過整理可上傳至數據中心，對計量數據進行實時監控。

2.2 配套儀器 / 儀表技術要求

2.2.1 壓力 / 差壓變送器

變送器測量準確度為優于滿量程的 ±0.5% 。有線壓力 / 差壓變送器輸出信號為 4～20mA(DC)( 二線制 ) ，供電電源應為 24V(DC) ；無線壓力變送器輸出信號為 ZigBee 無線通信協議，供電電源為自帶電池。變送器應具有長期的穩定性，零點穩定性至少在 12 個月以上。變送器安裝后其零點及量程應不受安裝位置的影響。環境溫度變化以及靜壓力對變送器的測量準確度影響應小于 0.15% 量程。變送器測量室中的灌充液應能適應現場環境溫度的要求。灌充液應采用對溫度不敏感的介質。變送器應具有承受超過zui大量程 1.5 倍的過載能力。

2.2.2 溫度變送器

應選用一體化智能型溫度變送器，測量準確度為優于滿量程的 ±0.5% 。有線溫度變送器輸出信號為 4～20mA(DC)( 二線制 ) ，供電電源應為 24V(DC) ；無線溫度變送器輸出信號為 ZigBee 無線通信協議，供電電源為自帶電池。變送器應具有長期的穩定性，在變送器安裝后其零點及量程應不受安裝位置的影響，不易發生零點漂移且極少需要重新校準。變送器應能接收 3 線制或 4 線制 RTD 輸入信號。環境溫度變化對變送器的測量準確度影響應盡量小。通常溫度變送器采用露天安裝方式，溫度變送器應具有良好的溫度特性，在環境溫度變化 1℃時，溫度漂移不得超過其基本誤差絕對值的 1/10 。變送器的輸出穩定性不得超過其基本誤差絕對值。

2.2.3 遠程終端單元 (RTU)

RTU 由控制器、通信模塊、 I/O 模塊、電源模塊及其他相關板卡配件組成，通過與其相連的儀表完成對現場工藝設備的數據采集和控制功能。 RTU 內置通信模塊采用開放通信協議，通信接口為 RJ45 ，可與調度控制中心通信，通信協議采用 ModbusTCP/IP 協議。同時需預留一路接 GPRS 的備用通信口。

RTU 應能完成不同通信協議間的轉換，具備與第三方智能設備通信的能力，通信接口應是 RS-232 或 RS-485 ，通信協議為 Modbus RTU 。 RTU 集成 ZigBee 無線通信協議模塊可接收站場內無線儀表信號。 RTU 的硬件結構應是模塊化的，具有擴展性，具有數據采集及處理、數據存儲、邏輯控制、數學運算、 PID 控制等能力。 RTU 的存儲器應有后備電池或具備不需要電池而無限期保存資料的功能，以防在外電源失效時存儲器中的程序、數據丟失。RTU 應具有遠方和就地編制、修改、測試程序的功能，可以在線更新 RTU 的程序 [3] 。同時具有故障自診斷并發出報警的能力。 RTU的輸入和輸出信號應采用接線端子與儀表或設備連接。 RTU 應帶有與計算機連接的接口，使操作人員可在現場通過筆記本計算機讀寫 RTU 中的相關數據。

RTU 編程軟件應具備流量計算功能， RTU 編程軟件可在筆記本電腦或個人計算機上運行，可通過網絡或 RS232 接口與 RTU 進行連接，完成 RTU 組態、編程、仿真、診斷和調試工作。該軟件也可作為人機界面軟件，顯示現場實時數據，報警和事件信息，可對 RTU 軟硬件進行診斷和測試 [4] 。

2.3 數據采集與傳輸

現場壓力、溫度數據通過一體化氣井數據采集終端進行采集，采用傳感器技術和微處理器為基礎，集成供電、數據采集和無線數據傳輸于一體的智能監控終端，其采集和積算天然氣流量數據頻率不低于 75ms/ 次，采集終端具有自動補償、掉電保存、流量累計等功能。通過光纖網絡或無線通信模塊和傳輸全向天線，可將采集數據和電池電量信息上傳至數據中心。

3 遠程積算計量模式試驗

現場孔板流量計和變送器安裝如圖 2 所示，兩種計量方式確保所取的壓力、差壓和溫度值在同一位置和同一時間頻率。用于比對的差壓孔板流量計差壓范圍0～60kPa ，壓力范圍 0～4MPa ，準確度 ±0.2%F.S 。通過差壓積算儀與遠程積算天然氣日累積量比對可以看出，遠程積算與差壓積算儀積算的天然氣日累計量絕對誤差為 -391.4～159.8m 3 ，相對誤差為 -0.63%～0.24% 。通過對比分析遠程積算模式積算出的天然氣日累計流量zui大相對誤差為 -0.63% ，滿足天然氣井口計量準確度要求 ( 見表 1 和圖 3) 。