Вычислители и корректоры природного газа как инструмент учета газа

Расход газа — это количество газа, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Мерой количества газа традиционно выступает объем газа, а получаемый расход называют объемным. Еще одна мера количества газа — его масса, а соответствующий расход называется массовым.

Объекты автоматизации с применением вычислителей объема:

• процессы измерений, сбора, обработки и предоставления информации о количестве и качестве природного газа;
• узлы учета газа по измерению расхода и количества природного газа.

 Вычислители объема газа

Вычислители объема газа — это средство измерения, относящееся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, они должны быть внесены в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений (Государственный реестр средств измерений РФ).

Принцип действия вычислителей основан на непрерывном измерении и преобразовании входных аналоговых и цифровых сигналов, поступающих от первичных измерительных преобразователей, в значения технологических параметров.

Вычислители предназначены для измерения объемного расхода газа в рабочих условиях эксплуатации, вычисления массового расхода, объема, массы, параметров показателей качества, калорийности и энергосодержания природного газа.

В целях коммерческого учета природного газа вычислители должны осуществлять измерение, упорядоченный сбор, вычисление, регистрацию, обобщение, отображение на экране измерительной информации о количественных и качественных показателях газа, затем формировать отчетные документы (протоколы) и передавать их по цифровому каналу связи средствам считывания информации: АРМ, ноутбук, флэш-накопитель, сервер ИИС потребителя и поставщика газа.

Вычислители объема газа работают в составе узла учета газа и используются для автоматического измерения, вычисления, регистрации, отображения на экране и передачи по цифровому каналу связи следующих параметров:

• объемный расход газа при рабочих условиях с использованием прямых измерений значений расхода, давления, температуры газа и измеренных или введенных параметров показателей качества газа (м³/ч);
• объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям (м³/ч);
• массовый расход газа, (кг/с);
• давление газа (кПа, МПа, бар, кгс/см²);
• температура газа (°C);
• плотность газа при рабочих условиях (кг/м³);
• коэффициент сжимаемости газа — автоматическое вычисление, внесение поправки на основе информации, полученной от датчиков давления и температуры, измеренных или исходных данных о параметрах показателей качества газа;
• объем газа с нарастающим итогом при рабочих условиях (м³);
• объем газа с нарастающим итогом, приведенный к стандартным условиям (м³);
• объем газа за час, текущие сутки, месяц, год, приведенный к стандартным условиям (м³);
• массовый расход газа за час, текущие сутки, месяц, год (кг/ч);
• масса газа за час, текущие сутки, месяц, год (кг);
• параметры показателей качества газа;
• удельная теплота сгорания газа, калорийность газа (значение высшей/нижней объемной теплоты сгорания газа), приведенная к стандартным условиям (Дж/м³ (ккал/м³));
• удельная теплота сгорания газа, калорийность газа (значение высшей/нижней объемной теплоты сгорания газа) за текущие сутки, месяц, год, приведенная к стандартным условиям (Дж/м³ (ккал/м³));
• текущее время и дата.

Также вычислители объема газа обеспечивают:

• сбор данных о состоянии средств измерений, подключенных к вычислителю;
• контроль достоверности данных;
• хранение результатов измерений, состояний средств измерений и поддержки архивов;
• ведение журнала «Статуса и событий»;
• формирование отчетных документов;
• подготовку данных в формате XML, CSV для их передачи по каналам связи;
• передачу в ИИС результатов измерений и данных о состоянии средств измерений;
• предоставление удаленного доступа к результатам измерений, данным о состоянии средств измерений по запросу со стороны ИИС в соответствии с процедурой удаленного доступа и форматом запроса данных;
• обеспечение защиты и безопасности хранения данных и программного обеспечения и защиты от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне;
• разграничение доступа к базам данных для разных групп пользователей (предоставление пользователям и эксплуатационному персоналу регламентированного доступа к визуальным, печатным и электронным данным) и фиксацию в отдельном электронном файле всех действий пользователей с базами данных;
• конфигурирование и параметрирование программного обеспечения.

Дополнительно вычислитель объема газа должен считывать архивы накопленной информации за задаваемый период и обеспечивать следующее:

• вывод данных на печать, на принтер, подключаемый непосредственно к вычислителю объема газа;
• запись данных в виде файла и коммуникацию с внешними устройствами, через порты: Ehternet, RS-232, RS-485;
• вывод и отображение данных (измеренных и вычисленных параметров) на встроенном дисплее вычислителя объема газа;
• перенос архивных данных вычислителя объема газа на внешний USB флэш-накопитель, подключаемый через разъем, расположенный на вычислителе объема газа;
• контроль измеряемых и вычисляемых параметров на соответствие допустимым диапазонам (в том числе допустимых потерь давления на элементах измерительного участка трубопровода);
• подготовка данных в ХML формате для их передачи по выделенным каналам связи, и/или на электронный носитель (USB флэш-накопитель);
• диагностика и мониторинг функционирования средства измерения (СИ), технических и программных средств, подключенных к ВГ;
• ведение системы единого времени в ВГ или коррекция времени (хода часов).

Вычислители объема газа должны осуществлять учет измерительной информации по дифференцированным зонам времени суток, иметь стандартные и открытые протоколы, при этом администратору должны быть доступны следующие режимы:

• задание графиков тарификации, введение или корректировка карты программирования;
• задание месяцев перехода на «зимнее» и «летнее» время (при необходимости);
• корректировка и/или установка даты и времени.

При организации каналов связи между вычислителями объема газа, адаптером, принтером и сервером ИИС рекомендуется обеспечивать взаимодействие через каналообразующее оборудование:

• витая пара, скорость передачи потока с данными 10 Мбит/с;
• коаксиальный кабель, скорость передачи потока с данными 50–100 Мбит/с;
• кабельные оптоволоконные каналы связи (fiber optic), скорость передачи потока с данными 3 Гбит/c;
• цифровая линия связи на базе интерфейса RS-485, скорость обмена от 300 до 115 200 бод в формате 8N1;
• цифровая линия связи на базе интерфейса RS-232 (оптический и RS-232-совместимый), скорость обмена до 115 Кбит/с;
• либо другие линии и сети связи, удовлетворяющие требованиям по надежности и скорости передачи данных.

Хроматографы

В настоящее время потребителей газа очень интересует не только количество, но и качество газа. Для этих целей используют хроматографы промышленные, которые передают измерительную информацию в вычислители.

Применяемые отечественные и импортные промышленные хроматографы должны быть внесены в Государственный реестр средств измерений, допущенных к применению на территории Российской Федерации, и иметь действующие свидетельства о поверке.

Промышленные хроматографы предназначены для непрерывного автоматического определения содержания органических и неорганических веществ в смесях, в том числе, компонентного состава природного газа по ГОСТ 31371.7-2008 «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов» с последующим расчетом теплофизических свойств по ГОСТ 31369-2008 «Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава».

Хроматографы промышленные должны быть взрывозащищенными. Взрывозащищенность хроматографов обеспечивается видом взрывозащиты — взрывонепроницаемая оболочка, искробезопасная сеть по ГОСТ Р 51330. (0-1)-99 и выполнением их конструкции в соответствии с требованиями ГОСТ F 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98).

Импортные промышленные хроматографы должны иметь документы, подтверждающие их технические и метрологические характеристики, при сертификации в Российской Федерации.

Хроматографы промышленные используются на предприятиях поставщиков и потребителей газа для коммерческого учета природного газа, на основании измерений в соответствии со следующими нормативными документами:

• ГОСТ 31371-2008 (ISO 6974:2000) «Определение состава природного газа»;
• ГОСТ 31371-2008 «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности»;
• ГОСТ 31369-2008 «Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава»;
• ГОСТ 30319.1-2015 «Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения»;
• ГОСТ 30319.2-2015 «Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о плотности при стандартных условиях и содержании азота и диоксида углерода»;
• ГОСТ 30319.3-2015 «Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о компонентном составе (с Поправкой)».

Промышленные хроматографы измеряют следующие параметры показателей качества газа:

• молярная доля метана;
• молярная доля этана;
• молярная доля пропана;
• молярная доля изобутана;
• молярная доля н-бутана;
• молярная доля изопентана;
• молярная доля н-пентана;
• молярная доля неопентана;
• молярная доля гексанов (С6+);
• молярная доля гептанов (С7+);
• молярная доля октанов (С8+);
• молярная доля бензола;
• молярная доля толуола;
• молярная доля диоксида углерода;
• молярная доля гелия;
• молярная доля водорода;
• молярная доля кислорода + аргона;
• молярная доля азота;
• высшая и низшая объемная теплота сгорания;
• молярная теплота сгорания высшая (кДж/моль);
• молярная теплота сгорания низшая (кДж/моль);
• массовая теплота сгорания высшая (МДж/кг);
• массовая теплота сгорания низшая (МДж/кг);
• объемная теплота сгорания высшая (МДж/м³);
• объемная теплота сгорания низшая (МДж/м³);
• плотность (кг/м³);
• число Воббе высшее (МДж/м³);
• число Воббе низшее (МДж/м³);
• калорийность газа (значение высшей/нижней объемной теплоты сгорания газа) с нарастающим итогом, приведенного к стандартным условиям (Дж/м³ (ккал/м³)).

Метрологические характеристики промышленных хроматографов выбирает потребитель газа при проектировании узлов учета, так чтобы суммарная погрешность изменений узла учета газа была минимальной и соответствовала требованиям, установленным в Правилах учета газа.

Одна из отечественных разработок — вычислитель объема природного газа REGUL–VG-01. Предназначены для измерений и преобразований аналоговых и цифровых сигналов от первичных измерительных преобразователей, приема и обработки дискретных сигналов, формирования выходных аналоговых и дискретных сигналов, вычисления расхода и количества природного газа.

Корректоры объема газа

Корректор объема газа предназначен для приведения газовой среды к стандартным условиям на основании данных, полученных от счетчика газа, датчиков температуры и давления. Устройство представляет собой современный электронный прибор, управляемый высокотехнологичным микропроцессором. Оборудование автоматически вычисляет коэффициент сжимаемости газа, внося поправки в соответствии с результатами измерений.

Современные модели оснащаются удобным жидкокристаллическим дисплеем, где отображаются все параметры:

• объем газа в рабочих и стандартных условиях (м³);
• абсолютное давление (кПа);
• температура (°С);
• коэффициенты сжимаемости и коррекции;
• дата, время, состояние батареи питания и прочая информация.

Сферы применения корректоров объема газа разнообразны: это предприятия коммунального хозяйства, металлургические и машиностроительные заводы, предприятия энергетической отрасли и другие объекты, связанные с легкой и тяжелой промышленностью.

Использование корректоров объема позволяет потребителям и поставщикам газа не только точно учитывать расход углеводородов, но и выполнять ряд важных задач, среди которых: измерение перепада давления на счетчике, контроль загазованности, измерение температуры газа, учет по подстановочному значению и проч.

В результате применения корректоров снижается расход энергоресурсов и повышается эффективность хозяйственной деятельности предприятий.

Современный рынок предлагает большое количество разнообразного оборудования, среди которого можно выделить приборы как отечественных, так и иностранных производителей.

Корректоры объема газа бывают одноканальные, многоканальные, оптические, проводные. Многие устройства оснащены интерфейсом RS-232 (RS-485) и имеют встроенный модем, обеспечивающий сетевой доступ TCP/IP. Приборы различаются по следующим характеристикам:

• параметры измеряемого давления;
• количество входов и выходов, возможности телеметрии, тип интерфейса;
• температурный режим эксплуатации. В среднем он варьируется в пределах от –25 до +60 °С;
• разновидности монтажа: корректор устанавливается на стену, счетчик газа или встраивается в 19-дюймовую стойку;
• тип электропитания: возможна работа от сети с напряжением 220 В или от блока питания 24 В. Некоторые модели способны функционировать автономно за счет внутреннего источника энергии, имеющего ограниченный срок службы;
• метрологические характеристики. Точность современных приборов находится в пределах 0,1–1,5%. Некоторые производители предоставляют данные без учета погрешностей датчиков температуры.

Помимо того, корректоры объема газа различаются по стоимости, ремонтопригодности, межповерочному интервалу, особенностям сервисного обслуживания и другим характеристикам. Вне зависимости от модификации поставляемые в Россию устройства должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 8.740-2011.

Современные корректоры газа обладают следующими преимуществами:

• возможность дистанционного параметрирования;
• расширенный набор тестовых функций;
• автоматический расчет параметров;
• возможность длительного хранения данных (многие устройства имеют часовой, суточный и месячный архивы, где сохраняются все зарегистрированные значения и события);
• усовершенствованный алгоритм коррекции;
• простое сенсорное или кнопочное управление;
• легкое обслуживание с помощью персонального компьютера через любой интернет-браузер.