一、孔板流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量概況
　　
　　目前在天然氣流量計(jì)量領(lǐng)域中，孔板流量計(jì)仍占主導(dǎo)地位，這主要是由于其發(fā)展歷史悠久、研究深入、標(biāo)準(zhǔn)化程度高和簡(jiǎn)單易于制造等特點(diǎn)決定的。由于歷史原因和技術(shù)限制，在天然氣集輸企業(yè)中孔板流量計(jì)一直以機(jī)械式差壓計(jì)為主要記錄儀表，輔以人工錄取參數(shù)和手工計(jì)算，使得天然氣流量測(cè)量存在著環(huán)節(jié)多、精度低和信息反饋滯后等缺點(diǎn)。中原油氣高新股份有限公司天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)該廠）是一個(gè)集氣田開(kāi)發(fā)、伴生氣集輸和商品氣外銷(xiāo)的綜合性企業(yè)，承擔(dān)著整個(gè)中原油田90%的外銷(xiāo)氣量。因此天然氣計(jì)量工作在該廠顯得非常重要。目前該廠共有天然氣流量計(jì)量點(diǎn)220多個(gè)，分布于大小30個(gè)站，其中192個(gè)計(jì)量點(diǎn)屬于孔板流量計(jì)，占整個(gè)流量計(jì)量點(diǎn)的87%，是一個(gè)典型的點(diǎn)多、線長(zhǎng)、站場(chǎng)高度分散的企業(yè)。隨著企業(yè)管理的科學(xué)化和信息化的發(fā)展，對(duì)天然氣流量計(jì)量的要求越來(lái)越高。為此，要對(duì)天然氣流量實(shí)行快速、準(zhǔn)確、及時(shí)的信息反饋，以提高企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效率和集輸管理水平，就需要討論天然氣流量計(jì)的自動(dòng)計(jì)量問(wèn)題。
　　
　　二、孔板流量計(jì)的測(cè)量原理
　　
　　充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí)，流速將在標(biāo)準(zhǔn)孔板處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，這樣在標(biāo)準(zhǔn)孔板前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，因此可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、黏度）不同時(shí)，在同樣的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。
　　
　　三、自動(dòng)計(jì)量的實(shí)現(xiàn)模式
　　
　　所謂自動(dòng)計(jì)量，就是利用變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)天然氣流量計(jì)量中所涉及到的溫度、壓力、差壓等參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的流量計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)流量測(cè)量環(huán)節(jié)中無(wú)人工參與的天然氣流量測(cè)量。隨著計(jì)量技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)運(yùn)用的普及，實(shí)現(xiàn)孔板流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量的方案已有多種，目前主要有以下4種模式。
　　
　　1.單變量變送器+流量計(jì)算機(jī)（或工控機(jī)）
　　
　　利用3臺(tái)單變量模擬變送器分別檢測(cè)溫度、壓力、差壓，并將各參數(shù)檢測(cè)到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA模擬信號(hào)，送人流量計(jì)算機(jī)（或工控機(jī)）的數(shù)據(jù)采集板卡，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字量，在流量計(jì)算機(jī)（或工控機(jī)）上通過(guò)流量計(jì)算軟件按要求計(jì)算出天然氣的瞬時(shí)流量、累積流量及實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。
　　
　　此方式是傳統(tǒng)的自動(dòng)計(jì)量模式，所采集、傳輸?shù)亩际悄M信號(hào)，抗*力比較差，由于存在信號(hào)轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，計(jì)量精度難以提高，而且硬件連接較復(fù)雜、中間環(huán)節(jié)較多、可靠性較差?？蓴U(kuò)展為：?jiǎn)巫兞孔兯推?流量計(jì)算機(jī)+工控機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)算與顯示分開(kāi)，提高系統(tǒng)的可靠性和可視性。
　　
　　2.多變量變送器+流量計(jì)算機(jī)（或工控機(jī)）
　　
　　利用1臺(tái)多變量智能變送器同時(shí)檢測(cè)溫度、壓力、差壓等，采用現(xiàn)場(chǎng)總線制，通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸，送人流量計(jì)算機(jī)（或工控機(jī)）的數(shù)據(jù)采集板卡，在流量計(jì)算機(jī)（或工控機(jī)）上通過(guò)流量計(jì)算軟件按要求計(jì)算出天然氣的瞬時(shí)流量、累積流量及實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。此方式是隨變送器技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，由原來(lái)的測(cè)量1個(gè)參數(shù)需要1臺(tái)變送器，改為測(cè)量多個(gè)參數(shù)只需要1臺(tái)變送器，并在數(shù)據(jù)傳輸中采用數(shù)字信號(hào)，使得在系統(tǒng)硬件連接上簡(jiǎn)化了許多，提高了系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度。但由于變送器只是檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此在校準(zhǔn)時(shí)必須和流量計(jì)算機(jī)一起實(shí)行聯(lián)校。
　　
　　采用流量計(jì)算機(jī)或工控機(jī)，主要區(qū)別在于流量計(jì)算部分。流量計(jì)算機(jī)是的固化軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，比較穩(wěn)定可靠，可信任度較高，用戶(hù)易接受；工控機(jī)上軟件計(jì)算一般主要是自主開(kāi)發(fā)，便于軟件升級(jí)和系統(tǒng)維護(hù)，由于計(jì)算量大，特別是多路計(jì)量時(shí)，可靠性稍差些。
　　
　　為了增加系統(tǒng)的可靠性和操作界面的直觀化，這種方式也可擴(kuò)展為：多變量變送器+流量計(jì)算機(jī)+工控機(jī)，即將流量計(jì)算和顯示部分分開(kāi)實(shí)行在流量計(jì)算機(jī)中計(jì)算，在工控機(jī)上顯示。
　　
　　3.多變量智能變送器+工控機(jī)
　　
　　此方式與模式2比較，主要區(qū)別是變送器內(nèi)固化了流量處理軟件，使得變送器可以就地顯示瞬時(shí)測(cè)量參數(shù)和計(jì)算瞬時(shí)流量，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸，送人工控機(jī)上顯示和實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。由于變送器顯示的只是瞬時(shí)流量，無(wú)累積功能，也不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，所測(cè)量的流量值必須在工控機(jī)上進(jìn)行二次處理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的累積和存儲(chǔ)功能。
　　
　　采用這種方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，變送器可實(shí)現(xiàn)單校也可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)校，易于維護(hù)，但由于必須在工控機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)流量的累積和存儲(chǔ)。因此，可靠性較差，一旦工控機(jī)出現(xiàn)故障或電力故障，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存和累積，易造成數(shù)據(jù)丟失。
　　
　　4.一體化智能儀表+工控機(jī)
　　
　　此方式與模式3的區(qū)別主要也是在變送器上，即一體化智能儀表實(shí)現(xiàn)了變送器與流量計(jì)算機(jī)的一體化，不僅自帶數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)參數(shù)及流量的顯示，還可實(shí)現(xiàn)累積流量和歷史數(shù)據(jù)的再現(xiàn)；而且在儀表的運(yùn)行方面，采取了多種電源保障方式：內(nèi)電池、內(nèi)電池組、太陽(yáng)能和外接電源等，實(shí)現(xiàn)了在無(wú)電力供應(yīng)的情況下，可以獨(dú)立自成計(jì)量系統(tǒng)，就地顯示天然氣的瞬時(shí)流量、累積流量和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、再現(xiàn)等；常情況下可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和上位機(jī)連接，實(shí)行數(shù)字信號(hào)傳輸，送人工控機(jī)上顯示，也可以在工控機(jī)上實(shí)行二次數(shù)據(jù)處理，組成的計(jì)量系統(tǒng)更加靈活、可靠。
　　
　　采用這種方式，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量數(shù)據(jù)的無(wú)憂化，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作更簡(jiǎn)便、更可靠、更易維護(hù)：不僅可以單校也可以聯(lián)校；采用獨(dú)立的計(jì)量回路，減少了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的干擾，提高了計(jì)量的精度。
　　
　　四、存在的問(wèn)題
　　
　　盡管孔板流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展越來(lái)越*，但由于測(cè)量方法本身的原因和自動(dòng)計(jì)量技術(shù)上的局限性，在提高計(jì)量的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)處理上，仍存在一些問(wèn)題。
　　
　　1.量程比的問(wèn)題
　　
　　量程比?。?:1），是孔板天然氣流量計(jì)大的缺憾。盡管現(xiàn)在已有寬量程比的變送器，但在對(duì)于瞬間流量變化范圍很大，流量低于大流量的30%時(shí)，計(jì)量的精度將大幅度降低。這主要是由于節(jié)流式測(cè)量方法造成的。因此，為了提高量程比，可以考慮利用變送器寬量程的特點(diǎn)，運(yùn)用軟件的方式實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)調(diào)整（軟維護(hù)），從而擴(kuò)大量程比，提高測(cè)量的有效范圍，保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。不過(guò)這在軟件設(shè)計(jì)上將增加難度。
　　
　　2.異常數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題
　　
　　任何系統(tǒng)都有可能出現(xiàn)故障，都有可能出現(xiàn)一些異常的無(wú)理數(shù)據(jù)。因此為了維護(hù)貿(mào)易雙方的利益，對(duì)可能出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮數(shù)據(jù)的審慎可修改性，從而避免異常數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)，其就一直在計(jì)算機(jī)中參與累積計(jì)算，造成計(jì)量數(shù)據(jù)的混亂。目前大多數(shù)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)對(duì)此都考慮較少。
　　
　　3.操作界面和過(guò)程數(shù)據(jù)的利用問(wèn)題
　　
　　由于天然氣輸送的連續(xù)性、動(dòng)態(tài)性、瞬間的不確定性以及不可再現(xiàn)等特點(diǎn)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)數(shù)據(jù)形成的全過(guò)程進(jìn)行有效的監(jiān)控和保存，有利于數(shù)據(jù)異常的分析和控制，是數(shù)據(jù)管理中重要的一環(huán)。目前的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在此方面有所考慮，但過(guò)程數(shù)據(jù)的應(yīng)用、分析、界面功能尚不*，還有待于*。
　　
　　五、結(jié)論
　　
　　數(shù)據(jù)的安全性是對(duì)天然氣流量自動(dòng)計(jì)量的低要求。只有在確保數(shù)據(jù)安全的前提下，自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)才可能長(zhǎng)期、可靠的運(yùn)行。隨著控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及儀表制造技術(shù)的不斷發(fā)展，利用多變量變送器，采用一體化自成系統(tǒng)的計(jì)量?jī)x表，利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，組成真正意義上的集散控制系統(tǒng)，是科學(xué)、準(zhǔn)確計(jì)量天然氣流量的佳方式，也代表了上天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)數(shù)字化計(jì)量的一種*的發(fā)展趨勢(shì)，是天然氣計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)量的佳解決方案。