基于特殊情况下的页岩气流量检测

黄远翔 吴文秀 付运金

摘  要：该文简单针对涪陵页岩气田焦石坝区块集气站站控系统I/O点位不足问题，提出借助第三方XB-JSY型流量积算仪实现分离器流量监测的方案。运行表面：采用该方案可有效缓解站控系统I/O点位的问题并可实现场站数据的集中监视、操作、控制，从而实现实时统一调度和自动化管理。

关键词：涪陵页岩气  SCADA系统  分离器  力控  流量监控

中图分类号：TE3                                    文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0049-02

集气站是页岩气输配系统中的一个单元，用于将页岩气进行分离、计量、除尘后集中外输。由于集气站数据庞杂、环境恶劣、危险性高，为保障生产安全，场站自动化站控系统成为一个重要的手段。集气站站控系统是场站内工艺参数及设备运行状况信息的集成传输枢纽，用于场站数据的集中监视、操作、控制，并通过通信网络将数据上传至调度控制中心，从而实现实时统一调度和自动化管理。

近年来，随着涪陵页岩气开发的高速发展，在集气站附近可能需要添加新的井口或者在集气站管理下的无人值守站增多。在早期PLC系统设计中集气站站控系统I/O点位可能设置不足，这种情况容易导致一些后期开发井组数据不能及时纳入SCADA系统平台进行集中监控，集气站人员在实时操作过程中无法直观地监控到一些重要数据，可能导致一些无法弥补的损失。针对这种情况，笔者设计了一套以力控为组态软件的分离器流量监测系统，可以在以上情况下启用，可以对所监控范围内各站点的分离器出口页岩气情况进行实时的监控与计算计量，并通过对管道内的各项参数如瞬时流量、累积流量、温度、压力、差压等进行实时监测，让值班人员可以及时地了解到页岩气流量的实际情况。

1  系统整体结构

图1为涪陵焦石坝区块集气站站控系统通讯流程，分离器仪表如压力变送器、差压变送器、温度变送器等数字或模拟信号通过Modbus TCP/IP 协议传输PLC控制器，并以力控軟件为基础开发的上位机软件对集气站站内数据与无人值守井口仪表进行实时监控，调控中心电脑客户端也可以借助网络对力控画面进行实时监控。

在集气站内增加井口或者附近无人值守站增多时，将导致集气站PLC控制系统I/O点数不足。如图2所示，可使用XB-JSY型流量积算仪在线测量油田页岩气的流量，将管道中的页岩气流量经补偿、计算自动换算为工业标准状态下的页岩气体积流量和积算量、完善流量测量精度，并通过FS-MM485A实现MODBUS TCP到MODBUS RTU协议的双向转换将数据传输到集气站交换机，然后将FS-MM485A的网口用网线连接到计算机的网口或者用网线连接到以太网交换机的网口，交换机的另一网口连接到计算机，最后以力控软件为基础开发的上位机软件对流量积算仪进行监控与管理，调控中心可以通过局域网查询相关的现场数据，对力控画面进行实时监控，建立独立的监控系统。

2  系统配置与实现方法

2.1 XB-JSY型流量积算仪的配置

XB-JSY型流量积算仪是一款主要解决在线测量油田天然气的流量，将管道中的天然气流量经补偿、计算自动换算为工业标准状态下的天然气体积流量和积算量、完善流量测量精度而设计的产品，它以32位ARM微处理器为核心，配置高速A/D数据处理通道的二次仪表。

（1）程序开锁。

（2）修改通道参数：分别将采集到的差压、温度、压力、液位变送器量程与单位输入到通道1、通道2、通道3、通道4。

（3）修改装置参数：选择测量装置、管道材质，以及节流口径（孔板直径），测量介质为天然气。

（4）设备地址设置：根据需要接入流量积算仪的个数分配地址，各个流量积算仪之间的地址不能重复。

2.2 XB-JSY型流量积算仪与上位机的连接

MODBUS是工业设备通信中使用非常广泛的通信协议，系统中流量积算仪使用基于RS485/RS422/RS232串口的MODBUS-RTU通信协议，调控中心使用MODBUS TCP是基于以太网的通信协议。为了实现与调控中心之间的通讯，可通过四星电子FS-MM485A实现这两种协议的双向转换，使MODBUS TCP主站和MODBUS RTU从站无缝连接。

要用FS-MM485A模块实现MODBUS TCP主站与MODBUS RTU从站的桥接，需在模块的设置中将Protocol（协议）设置成Modbus TCP to RTU，模块的工作模式设置成TCP Server，端口号设置成MODBUS TCP专有的端口号，这样在主站计算机的MODBUS TCP应用软件中设置去连接的IP地址和端口号以及从站设备的地址，就能访问从站MODBUS RTU设备。

在力控上修改设备配置：于I/O设备组态>设备配置>设备地址中填入与流量积算仪设备相匹配的地址，这样才可进行设备与力控的数据连接。

2.3 人机交换界面设计

根据设计需求应用力控软件制作HMI画面，实现对现场数据实时监控。81#集气站人机交换界面如图3所示。

通过力控画面实时反映现场分离器出口瞬时流量、累积流量、温度、压力、差压的实时变化情况，然后定义与组态软件力控实时数据库中变量相对应的监控系统中的设备，通过流量积算仪采集设备的数据，并通过通信接口把数据传输给计算机。

3  结语

该系统在涪陵焦石坝区块集气站站控系统经过1年多的运行表明，可有效缓解站控系统I/O点位的问题并可实现场站数据的集中监视、操作、控制，从而实现实时统一调度和自动化管理。

参考文献

[1] 于国军.天然气交接计量监控系统开发与应用[J].计量技术，2017（5）：37-40.

[2] 祝鑫.PLC在SCADA系统的天然气计量中的应用[D].西安石油大学，2016.

[3] 宋洪儒，何志琴.计算机水流量PLC监控系统[J].兵工自动化，2008（10）：89-91.

[4] 方晨媛子.浅谈天然气流量集中监控系统的设计与实现[J].石油技术，2017，24（3）：265.

[5] 杨帆.天然气门站计量监控系统的设计与实现[D].西南交通大学，2013.