Sick流量计算机的分析与应用探究

邓铁强

（天津泰达滨海清洁能源集团有限公司，天津 300000）

流量计算机可以有效地计算天然气物性参数、临界流系数、等熵指数和定压比热容等天然气热力学参数和多通道超声波气体流量计的声速和误码率采集,同时设备支持上述所有配置参数和计算结果的Modbus数据采集。Sick流量计算机作为现阶段新型流量计算机，可以准确地实现天然气流量计量，可对多通道气体超声流量数据进行采集，为天然气介质瞬时与累积流量进行准确计量。此类计算机支持本地设置、远程设置两种方式，可对工作环境压力、温度、密度等指标进行流量换算与结算处理，将采集数据经过Modbus传递到PLC软件中，由此达到预期应用目标。

1.Sick流量计算机主体框架

1.1 主要构成

此类计算机在天然气、水蒸气、液体计量中得到广泛应用。该设备的软硬件构成如下，在软件建设中包括设备端口、设备安装、Reports报告、日志、数据格式与版本信息等等；在硬件建设方面，包括7寸触摸屏、WINCE嵌入式系统、Panel面板等，实现人机交互，Module模块实现独立计量功能，结合现场计量需求增加多个模块，采用Web登录该计算机，由Flow-X覆盖计算机中的全部参数。流量计量系统中包含热电阻、孔板、流量计算机等内容，只有各部分安装正确才可准确计量[1]。

1.2 运行模式

该设备运行与维护模式分别为Run与Maintenance，Run运行模式是从当前程序计数器（PC）执行程序，碰到断点时程序暂停执行，Maintenance运行模式可在非常规状态下应用，其作用在于计算机检修与调试。在维护过程中累积量不会逐渐增加，而是单独在维护累积的情况下累加，直到仪表转变为运行模式。同时，累积模式下输出电流值为4.0mA，脉冲输出值暂停。此外，为了维护仪表正常运行，可增加变量permissive flag，只有在该变量为1的情况下，用户才可在维护模式中进行操作。

1.3 相关参数

该计算机中的输入量类型较多，如过程量、输入量、状态量等等，具体如下。流量计参数中包含三项内容，即脉冲输入、HART智能输入与混合输入。过程量包括仪表压力、温度、密度值，当利用NX19时还应将H2组份、N2组分等发热量值输入其中，主要方式为AI模拟输入、热电阻输入、固定值输入等；在常规运行模式下，脉冲与智能输入可同时开展，一旦某项输入信号发生故障，立即选取其他类型信号进行输入；在混合输入方面，介质天然气中的组分内含22种，如C2、CO2等等，对于特殊变量进行定义，当选用C6+时，则要按照特定比例进行拆分，无需单独设置[2]。在流量计算机使用之前，可利用ROCLIK软件对流量计算进行设置，计算公式为：

式中，q代表的体积流量，单位为m3/s；c代表的是流出系数；d代表的是孔板内径，单位weimm；ε代表的是可膨胀系数；ρ代表的是流体密度，单位为kg/m3；Δρ代表的是差压值，单位的是Pa；β代表的是无量钢。

2.Sick流量计算机的技术特点

2.1 采用先进超声传感器

SICK总部为德国跨国仪表集团，拥有全球领先的仪器制造技术，是现代化工业技术的先驱，对超声传感器的研究已有20年历史，流量计算机中配备的超声传感器为平行对射四声道，采用金属钛合金材料，无匹配层，工作频率为200kHz，可在压力为0—45MPa、温度为-40—180℃的环境下运行，气体流速为0.3—65m/s，计量精度为0.5%，超过当前世界气体厂家超声流量计的技术指标。该设备采用国际领先技术，与普通钢信号接收性能相比较高，具有较强的高速气流冲击、抗腐蚀性能，尤其是在二氧化碳含量超过3%时，与水接触后形成的碳酸，设备表面抗腐蚀能力超出常规材料的数倍。

2.2 贸易计量准确度高

流量计算机在相同平面中采用四声道配置，可有效保障贸易计量稳定性与准确度。该设备中各个声道均采用不同的权重参与流量计算，当某个声道出现异常状态时，超声流量计便会自动开启20000个检测测量，依据测量结果对其他声道权重自动调整，使测量偏差被控制在0.3%以内，由此保障计量精度。如若各声道间的声速差不超过0.1%，便可认为流量计算机处于正常工作状态。当流量计中传感器更换后，也无需重新标定。因传感器为量产，在正式投入使用之前需要经过严格检测，各个传感设备参数间的差异较小，采用相同批次传感器可使计量精度得到切实保障。

2.3 显示数据与诊断功能

流量计算机可通过磁力笔对现场参数进行调整，对瞬时流量进行显示，并对累计流量、流速、流向状态、声速等信息进行记录。同时，还在内部安装了锂电池或太阳能电池，可保障计量系统运行初期或断电、故障状态下流量数据不丢失，减少用户的计量损失与贸易纠纷。该设备还具备远程诊断功能，可实现远程诊断、监控等功能，拥有数字化特点，有助于促进计量管理的高效发展，为售后服务提供强有力技术支持。

3.流量计算机在气体计量中的应用

流量计算机在气体计量方面具有较大应用优势，本文以天津滨海输气项目为例，该工程从天津武清区至津南区，涉及天津8个区域，每个区域各自配置一套Sick流量计算机。下面将探究Sick计算机的系统构成、影响因素与在该项目中的实际应用情况，具体如下。

3.1 系统构成

该系统由计量撬、分析小屋、计算机柜构成。计量系统在计算机上对标况瞬时流量、标况总累计流量进行计算，还可利用PLC系统传递温度、压力、流量、热值等数据信息，在PLC中进行流量对比计算[3]。在计量撬上设置温度传感器、压力传感器、涡轮流量计与多种阀门、辅助设备等。计算机柜中设置网关、流量计算机与一系列辅助设备；分析小屋中设置气相色谱仪与辅助设备等等。根据流路系统可知，由涡轮流量计将信号传递到计算机F1中，F1收到信号后结合压力、温度变送器，将网关中传递的气体数据进行修正；计算机F2可对两个脉冲信息进行接收，当F1接收信号后进行对比，如若两个信号之差处于合理范围，则可利用第一个信号计算；如若二者差值超过合理范围，则计算机便会发出警报，应采用数值相对较大的信号进行计算。一般情况下，F1计算机通过色谱分析对气体组分数据进行计算，当该仪器故障时，可自动对上一次分析结果进行计算。因天然气传输对可靠性提出严格要求，每套系统都要采用两个流路设计，一个直接投入使用，另一个为备用。结合调度指令，利用出入口阀开关灵活切换流路，如图1所示。

图1 流路系统示意图

3.2 影响因素

在应用期间，流量计算机可能受多项因素影响，出现信号不准确、参数错误、零点漂移等情况，具体如表1所示。

表1 流量计算机运行影响因素

一是测量信号不准确，仪表因长期工作，静压传感器、差压传感器、温度变送器的准确度均会发生改变，当出现上述情况时需要进行仪表校准，确保其准确可靠。在校准完毕后，如若测量信号仍有较大误差，可能因导压管堵塞所致，特别是冬季，因气温较低可能使导压管冻住，应采取有效的保温措施，使导压管畅通无阻；二是参数设置错误，这一情况会对测量结果产生直接影响，如孔径中填写标定证书数据，温度、差压、静压等信号不变，因为I/O设置中将参数设置为“scan”项误操作为“disablc”所致；三是零点漂移，在设备检修时，发现管内无气体流动，但计算机中仍然显示流量数值，由此可判定出现零点漂移情况，需要对仪表进行清零校正。在数值调整完毕后，开启平衡阀，对管路压力进行标定，将操作静压应用到传感器中，使ROCLINK软件与流量计算机相互连接，便可在菜单中完成相应操作。在告警设置方面，该计算机可对瞬时流量、仪表压力、温度、气体组分等数值限定要求进行明确，包括上限预警与下限告警，一旦数值超过设定范围便会及时响起警报，十分安全可靠。

3.3 应用情况

在设备应用中，整套系统准确度与设计要求相符。经过一年多应用后，根据不同分输站场的反应，发现计算机故障概率较低，无测量信号不准确、零点漂移等现象，可靠性显著，且操作简单便利，存储数据量较大，不但有每小时参数，还有每天分输量、月度累积量、年度总累计量，可对以往分输数据进行查询。同时，还具备报警记录，可对以往运行情况进行准确查询。该计算机的自诊断功能也值得一提，可及时将错误信息反馈出来。维护人员可通过计算机前面板状态指示灯直观了解计算机运行情况，判断是否发生错误，如若发生错误，则该计算机能够及时对错误类型、级别等作出详细判断，挖掘错误成因，为后期维护提供更多便利。此类计算机维护较为便利，且工作量较少，几乎无需开展日常维护工作；对于维修团队来说，在维修中只需更换电池或者保险丝即可。

4.结语

综上所述，本文针对Sick流量计算机进行研究，并结合实际运用于天津滨海输气项目，重点阐述该设备的参数变量、软硬件结构以及在天然气计量中的应用情况。该设备可采集天然气储配站压力、温度、流量等运行数据，可根据GB_T 17747标准对天然气压缩因子进行计算，也可将修正后的数据参数传递到上位机。根据滨海输气8个站点的运行结果表明，该设备可充分发挥安装简单、操作便利、运行稳定、自诊断准确、及时预警、维修便利等特点，能够准确接收计量数据并计算出天然气标准流量，并稳定传递给后端PLC，为工业发展提供强有力的技术支持。