1．技改前的狀況

    在天然氣計(jì)量技術(shù)改造之前，遼河油田所有的天然氣計(jì)量站和外輸口交接計(jì)量站的天然氣計(jì)量均采用標(biāo)準(zhǔn)孔板配雙波紋管差壓計(jì)或配差壓變送器和流量積算儀進(jìn)行計(jì)量，全油田的天然氣計(jì)量技術(shù)比較落后。雙波紋管差壓計(jì)是機(jī)械式儀表，受介質(zhì)、環(huán)境和氣候等條件變化影響因素較多，另外還有人因素影響，使天然氣計(jì)量誤差不能滿足生產(chǎn)管理需要，經(jīng)常使供需雙方產(chǎn)生矛盾。現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)是通過人工報(bào)表形式上報(bào)生產(chǎn)調(diào)度部門，生產(chǎn)信息的滯后給天然氣生產(chǎn)和管理決策部門帶來了許多不便，同時(shí)也造成了很大的損失。

    遼河油田天然氣生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)量波動(dòng)大，尤其是冬季產(chǎn)量銳減。為保證供氣平衡的協(xié)調(diào)，天然氣主管部門必須及時(shí)掌握產(chǎn)、供氣的變化情況，有針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)配氣源和產(chǎn)量，使產(chǎn)、供、銷氣量平衡。然而，若采用的機(jī)械式儀表無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)傳，各生產(chǎn)管理部門不能通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及其它管理信息，得到的生產(chǎn)信息是人工抄表數(shù)據(jù)，極不利于天然氣產(chǎn)、供、銷的平衡調(diào)配和管理，直接影響油田生產(chǎn)及用戶生產(chǎn)裝置的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

2．技改措施與目的

   
    天然氣計(jì)量技術(shù)改造是將油田所有的天然氣計(jì)量站和外輸口交接計(jì)量站天然氣計(jì)量采用的標(biāo)準(zhǔn)孔板配雙波紋管差壓計(jì)改為由標(biāo)準(zhǔn)孔板配智能型電動(dòng)差壓變送器與計(jì)算機(jī)構(gòu)成的計(jì)量系統(tǒng)。計(jì)量中對(duì)天然氣的壓力、溫度（濕氣還包括含水）進(jìn)行在線自動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量顯示、累計(jì)。并將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過遼河油田信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教烊粴馍a(chǎn)和管理部門。

   
    對(duì)于外輸口交接計(jì)量站天然氣計(jì)量，將原來的普通節(jié)流裝置改為高級(jí)孔板閥并更換直管段。工程改造的目的就是全面解決上述提出的各項(xiàng)問題，建成集傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、信息管理技術(shù)、控制技術(shù)和測(cè)量技術(shù)于一身的天然氣計(jì)量、管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。      

2．技術(shù)改造的內(nèi)容

2.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及功能

    本工程設(shè)計(jì)主要包括如下內(nèi)容：

（1）遼河油田所有的天然氣計(jì)量站和外輸口交接計(jì)量站天然氣計(jì)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)。

（2）在線自動(dòng)檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力（對(duì)于濕氣設(shè)有在線含水檢測(cè)）和節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓，。

（3）分別遼河油田所有的天然氣計(jì)量站和外輸口交接計(jì)量站設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作站，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)參數(shù)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量計(jì)算。

（4）計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作站、1個(gè)服務(wù)器、7個(gè)管理終端和通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)操作站用于采集數(shù)據(jù)和控制外輸流量，服務(wù)器用于保存數(shù)據(jù)和連接整個(gè)系統(tǒng)，管理機(jī)用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和管理。系統(tǒng)圖見圖1：

圖1  遼河油田天然氣計(jì)量與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)圖

   
    操作站1通過485通訊方式連接到服務(wù)器。操作站2通過Modem通訊方式連接到服務(wù)器。操作站3、服務(wù)器和7臺(tái)管理機(jī)用TCP/IP協(xié)議連接在一起，構(gòu)成一個(gè)局域網(wǎng)。

2.2 系統(tǒng)的主要功能：

    （1） 直觀友好的圖形化人機(jī)界面便于管理和操作。

  
    （2） 實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視，顯示實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的曲線；顯示現(xiàn)場(chǎng)工況狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)畫面；信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理運(yùn)算；報(bào)警管理：流量參數(shù)超越量程報(bào)警，報(bào)警量程的設(shè)置、報(bào)警應(yīng)答和再現(xiàn)報(bào)警歷史數(shù)據(jù)；報(bào)表處理：自動(dòng)即時(shí)打印和定點(diǎn)打印，與SQL/ODBC關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)連接，完成數(shù)據(jù)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)報(bào)表；各輸氣系統(tǒng)日、月、年輸差分析等。

  
    （3）自動(dòng)控制外輸天然氣流量。

  
    （4）參數(shù)修改雙套密碼設(shè)置，便于供、需雙方對(duì)系統(tǒng)的管理和監(jiān)督。

  
    （5）對(duì)于孔板的更換，儀表量程的變化，是否有含水值的測(cè)量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的選擇，修正參數(shù)的選擇等均可任意設(shè)定，自動(dòng)生成。

  
    （6）各現(xiàn)場(chǎng)操作站的數(shù)據(jù)同步傳送到管理機(jī)上，并能顯示所有測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所有要保存的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)于服務(wù)器中，管理機(jī)可隨時(shí)查閱歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線，打印輸出各種所需報(bào)表。

2.3 采用的主要技術(shù)和設(shè)備

   
    天然氣流量計(jì)量雖屬氣體流量計(jì)量的范疇，但天然氣的組分比較復(fù)雜，影響計(jì)量準(zhǔn)確度的因素較多。根據(jù)總公司關(guān)于天然氣計(jì)量技術(shù)的相關(guān)文件要求，即明確了貿(mào)易結(jié)算的天然氣計(jì)量采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置作為流量?jī)x表。1993年和1996年國(guó)家與石油天然氣總公司分別頒布了《流量測(cè)量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測(cè)量充滿圓管的流體流量》（GB/T2624―93）和《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》（SY/T3143―1996）節(jié)流裝置設(shè)計(jì)與流量算法的標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)诒敬翁烊粴庥?jì)量技術(shù)改造工程中，首先在設(shè)計(jì)上嚴(yán)格執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)，工程分兩期進(jìn)行施工完成對(duì)遼河油田所有的天然氣計(jì)量站和外輸口交接計(jì)量站共56 套標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)，工程分兩期進(jìn)行施工完成

   
    天然氣瞬時(shí)流量是流體工況（溫度、壓力、差壓和組分等）的函數(shù)，而工況參數(shù)是瞬變的，所以以瞬時(shí)參數(shù)計(jì)算并累計(jì)流量才是符合流量計(jì)量理論的科學(xué)方法。為了更好地解決繁瑣而復(fù)雜的溫度、壓力、差壓、孔板、管道等補(bǔ)償問題，就應(yīng)該采用現(xiàn)代智能傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來完成天然氣流量計(jì)量，以實(shí)現(xiàn)天然氣產(chǎn)、供、銷的監(jiān)控自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)以此為思路，綜合了多項(xiàng)技術(shù)和最新算法構(gòu)成了天然氣全自動(dòng)化計(jì)量系統(tǒng)。

   
    （1）系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

   
     在現(xiàn)場(chǎng)一次儀表中，壓力、差壓測(cè)量采用了智能變送器。是當(dāng)今技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定、可靠性高的儀表；溫度測(cè)量采用的A級(jí)Pt100鉑熱電阻。

   
     為了消除冬季天然氣中水蒸氣冷凝結(jié)冰而堵塞壓力、差壓變送器導(dǎo)壓管的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)變送器的取壓點(diǎn)位置高于節(jié)流裝置，導(dǎo)壓管垂直于節(jié)流裝置的最簡(jiǎn)單安裝方式，并對(duì)導(dǎo)壓管采取了電伴熱措施。為避免在普通變送器安裝中，正、負(fù)壓室的平衡閥內(nèi)漏或人為造成漏氣的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)中采用了可以單向受壓的智能儀表，打破了傳統(tǒng)的安裝方式，取消了平衡閥組，減少了人為誤差，降低了工程投資。

   
    現(xiàn)場(chǎng)操作站是由雙套研華PentiumⅢ工控計(jì)算機(jī)組成的熱備自動(dòng)切換系統(tǒng)，INTER100M網(wǎng)卡在現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)中作為雙機(jī)熱冗余技術(shù)的具體體現(xiàn)，使兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過100M網(wǎng)卡進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)比較。若一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)失常后，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)自動(dòng)接替工作；操作站及現(xiàn)場(chǎng)儀表的供電電源采用智能長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)的UPS作為后備電源，配接兩塊進(jìn)口48A/h電池，延時(shí)時(shí)間可達(dá)2小時(shí)以上，避免外線供電間斷而影響計(jì)量。UPS電源運(yùn)行時(shí)，通過其智能接口與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)由電偵察軟件（5套）隨時(shí)檢測(cè)UPS的工作狀態(tài)。為提高電源的抗干擾能力，增設(shè)了三抗保護(hù)裝置，對(duì)系統(tǒng)起到了抗雷擊、濾紋波、校正電源波形的作用；為預(yù)防現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電干擾計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分采用了雙16通道16Bit光隔離采集板，這是一種的高性能帶三總線光隔A/D采集卡；為使各管理終端可靠的接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中采用中央服務(wù)器對(duì)各計(jì)量站的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再通過局信息網(wǎng)傳送到各管理終端。服務(wù)器采用的是美國(guó)產(chǎn)HP Net ，奔騰PentiumⅢ、128M內(nèi)存、10G SCSI硬盤、100M自適應(yīng)網(wǎng)卡。安裝了WINDOWS NT 和工程組態(tài)軟件。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用的是美國(guó)3COM 公司的產(chǎn)品。是集遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器和網(wǎng)橋，與兩個(gè)56K內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器及四開放端口外接油田信息網(wǎng)于一身的可自動(dòng)撥號(hào)應(yīng)答的新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可作為集線器及調(diào)制解調(diào)器連接在HP服務(wù)器和集線器同時(shí)對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。D-LINK 100M/16口網(wǎng)絡(luò)智能自適應(yīng)集線器，是性能價(jià)格比很高的網(wǎng)絡(luò)集線設(shè)備，它不僅適應(yīng)于目前的100M以太網(wǎng)，并為今后網(wǎng)絡(luò)升級(jí)換代提供了可靠性能保證。1000米5芯屏蔽線用于485通信線纜由現(xiàn)場(chǎng)操作站引入調(diào)度室，并由網(wǎng)線通過集線器RJ45口將各計(jì)算機(jī)進(jìn)行星型連接，增加系統(tǒng)的可靠性?？拷姀S的計(jì)量站為消除電廠的強(qiáng)磁干擾采用了光纜通訊方式，配美國(guó)LANART多模光纖收發(fā)器、光纖跳線、ST頭 耦合器、終端盒。使10公里以外的數(shù)據(jù)通過油田信息網(wǎng)傳入調(diào)度室；管理計(jì)算機(jī)作為管理工作站配INTER100M網(wǎng)卡在服務(wù)器和管理工作站之間用于快速傳遞數(shù)據(jù)，管理工作站不但實(shí)現(xiàn)了即時(shí)數(shù)據(jù)的接收，并通過管理軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)供、外銷天然氣計(jì)量數(shù)據(jù)的多種方式的統(tǒng)計(jì)和分析。

   
     軟件平臺(tái)：計(jì)量系統(tǒng)主要分為現(xiàn)場(chǎng)操作站、管理工作站和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器三部分，現(xiàn)場(chǎng)操作站和管理站計(jì)算機(jī)上安裝了Windows NT Workstation,在需要打印報(bào)表的現(xiàn)場(chǎng)操作站和管理計(jì)算機(jī)上安裝了Office系統(tǒng)；在服務(wù)器上安裝了Windows NT Server和SQL Server，由于軟件選用了NT平臺(tái)，可抵御各種計(jì)算機(jī)病毒的侵襲。每臺(tái)計(jì)算機(jī)都安裝了MCGS組態(tài)軟件，用VC進(jìn)行編制開發(fā)，它是基于Windows NT或98/XP平臺(tái)的32位工業(yè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)，是具有開放性、可伸縮性的分布式客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。

  
    （2）提高計(jì)量準(zhǔn)確度的措施

   
    a 節(jié)流裝置和標(biāo)準(zhǔn)孔板

   
     所有節(jié)流裝置和標(biāo)準(zhǔn)孔板的設(shè)計(jì)、安裝按中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T6143―1996）進(jìn)行。對(duì)于流量波動(dòng)范圍較大的計(jì)量采用了多塊孔板分段計(jì)量的方式。外輸口交接計(jì)量站采用了高級(jí)孔板閥，這樣可以在線不停產(chǎn)更
   
    換孔板，大大縮短了間斷計(jì)量的時(shí)間，減少計(jì)量誤差。

   
    b 測(cè)量?jī)x表的精度配置及安裝

   
    智能型壓力、差壓變送器的精度為0.075級(jí)，與雙波紋管差壓計(jì)的精度相比提高了20多倍。另外，變送器的零點(diǎn)校正和量程修改均可通過變送器配置的手操器遙控完成，不需要用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)把變送器拆下后進(jìn)行校正，減少了調(diào)試時(shí)間和間斷計(jì)量時(shí)間；溫度測(cè)量的鉑熱電阻的誤差等級(jí)為A級(jí)。變送器的安裝采取了直接連接方式，并取消了平衡閥組，使變送器的測(cè)量連接環(huán)節(jié)大大簡(jiǎn)化，最大限度的減少了泄漏源。

    
    c 計(jì)算機(jī)硬件配置及算法

    
    為了提高測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在計(jì)算機(jī)的硬件配置中要求測(cè)量信號(hào)的轉(zhuǎn)換誤差小于0.1%，計(jì)算機(jī)的信號(hào)接口采用了中泰計(jì)算機(jī)研究所提供的16bit精度的光電隔離型A/D轉(zhuǎn)換采集卡。另外，現(xiàn)場(chǎng)儀表供電采用了APC高精度直流穩(wěn)壓電源，這是系統(tǒng)數(shù)據(jù)精確采集的關(guān)鍵，它使電源的直流波紋對(duì)系統(tǒng)采集造成的采集誤差減少。現(xiàn)場(chǎng)操作站計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集系統(tǒng)為雙套熱冗余，同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)傳來的測(cè)量信號(hào)，轉(zhuǎn)換后進(jìn)行對(duì)比，并可自動(dòng)剔除認(rèn)為不正確的采集值。

   
    在流量計(jì)算中，設(shè)計(jì)推薦采用如下計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)；流量計(jì)算采用SY/T6143―1996標(biāo)準(zhǔn)，壓縮因子修正計(jì)算采用ISO 12213-2―1997標(biāo)準(zhǔn)；含水修正計(jì)算采用GB11605―89標(biāo)準(zhǔn)。為提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度采用了如下措施：計(jì)算全部采用雙精度浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)于需要查表法得到的參數(shù)均采用差分法，二維表用線性差分，三維表用二次差分；在實(shí)際應(yīng)用中，孔板的更換、節(jié)流裝置的不同、測(cè)量管道內(nèi)表面的腐蝕、天然氣組分的變化等都要發(fā)生，那么這些參數(shù)均可通過瞬時(shí)流量計(jì)算動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的屬性窗口方便的完成設(shè)置。  

3．系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.1 主要參數(shù)的測(cè)試與對(duì)比

   
    天然氣計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造以后，使遼河油田的天然氣產(chǎn)、供、銷運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，給管理水平帶來一個(gè)新的飛躍。在天然氣計(jì)量系統(tǒng)投入運(yùn)行期間，對(duì)系統(tǒng)中的主要儀表精度和計(jì)算機(jī)的計(jì)量數(shù)值進(jìn)行了幾次測(cè)試對(duì)比，其值如下：壓力、差壓變送器精度為0.075%；熱電阻的精度為0.01%；計(jì)算機(jī)對(duì)電流值的轉(zhuǎn)換精度為0.05%；現(xiàn)場(chǎng)操作站計(jì)算機(jī)的計(jì)量值與油氣集輸公司計(jì)量中心計(jì)算機(jī)計(jì)量值的對(duì)比誤差最大為0.007%，與原雙波紋感管差壓計(jì)的計(jì)量值誤差為1.8%；首、末站輸差由原來的6.06%降到2.63%。

   
    上面的測(cè)試數(shù)據(jù)說明，整個(gè)天然氣計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量精度已滿足設(shè)計(jì)要求。在與原計(jì)量裝置的計(jì)量誤差相比較也證明，此計(jì)量系統(tǒng)的精度與原計(jì)量裝置的準(zhǔn)確度有明顯的提高。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性

   
     整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)投運(yùn)以來，檢測(cè)儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)未出現(xiàn)任何故障，通訊系統(tǒng)運(yùn)行正常，維護(hù)、檢修簡(jiǎn)便，各種工藝和生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定、修改方便。減少了大量的抄、報(bào)表等繁瑣的工作，也杜絕了人為的誤差。

4．結(jié)論

]4.1先進(jìn)性

   
    該系統(tǒng)采用了國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)設(shè)備和系統(tǒng)軟件，并結(jié)合最新的標(biāo)準(zhǔn)算法，集成了一套高可靠性、高精度的計(jì)量系統(tǒng)，此系統(tǒng)集傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、信息管理技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)量技術(shù)于一體，具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，使天然氣的產(chǎn)、供、銷管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

   
    計(jì)量系統(tǒng)投運(yùn)后，局技術(shù)監(jiān)測(cè)中心對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)論是系統(tǒng)精度遠(yuǎn)高于國(guó)家規(guī)定的一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)；該系統(tǒng)的實(shí)施大大降低了現(xiàn)場(chǎng)操作者和生產(chǎn)管理者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)的管理水平；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性保證了決策層對(duì)生產(chǎn)過程的快速、準(zhǔn)確判斷和實(shí)施；數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化的管理提高了工況數(shù)據(jù)的透明度，消除了人為因素；成本核算納入了規(guī)范的管理體系。

    通過與與改造前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，輸差從6.06%降到2.63%，減少的輸差為負(fù)向輸差。每年可為油田創(chuàng)收1500多萬元。只需半年即可收回本工程投資。

參考文獻(xiàn)：

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