Газ ағынының есептегіштерi мен қазiргi кездегi дамуы

Кіріспе

Бастапқыда газ ағыны компьютері механикалық (1920-шы жылдардағы технология) немесе кейін пневматикалық немесе гидравликалық есептеу модулі (1940-шы жылдардағы технология 1990-шы жылдардың басына дейін қолданылды, бірақ әлі де бірқатар жеткізушілерден қол жетімді), кейіннен көптеген қолданбаларда электронды модульмен алмастырылды, себебі негізгі элементтер өлшенген айнымалыларды пневматикалық немесе гидравликалық қысым сигналдарынан жарылыс қаупінсіз электр тогына (1960-шы жылдардағы технологиядан бастап қазірге дейін) беруге көшті. Содан кейін ішкі қауіпсіздігі жоғары (1970-ші жылдардан бастап қазірге дейін) беріліс құрылғылары (төмен қуатты транзисторлық тізбегімен) қолжетімді болды, олар жай ғана арнайы газ ағыны компьютерінің функциясын қамтамасыз етті. Бүгінгі таңда "газ ағыны компьютерлері" сирек кездеседі, өйткені газ ағынын есептеу – бағдарламаланатын логикалық контроллерлер (PLC) және қашықтықтан басқару терминалдары (RTU) арқылы іске асырылатын деректерді жинау және басқару бағдарламасының қосалқы функциясы. 1980-ші жылдардың басында «ақылды» беріліс құрылғыларының пайда болуымен бұл функциялар далалық беріліс құрылғыларының өзіне енгізілді. «Газ ағыны компьютері» аралас «құрғақ» газ ағынының жылдамдығын, газ температурасын және қысымын анықтайды. Газ ағынын өлшеудің ең көп таралған әдісі – ағысты өлшейтін құбырға орнатылған диафрагма арқылы дифференциалдық қысымды өлшеу. Дифференциалдық қысым газ ағынының жылдамдығына тікелей пропорционал болмағандықтан, ағымды есептеу алгоритмі дифференциалдық қысымды ағым жылдамдығына аудару үшін қажет (кіріс мәнін сызықтық ету үшін түбірді алу процедурасын қамтуы мүмкін). Газ қысылатын және температураға сезімтал болғандықтан, газ температурасы мен қысымын бақылау және оларды алгоритмдегі белгіленген стандартты температура мен қысыммен салыстыру қажет. Бұл көлемдік ағынды өлшеу деп аталады. Келесі қадам – газдың меншікті салмағына негізделген AGA3 стандарты бойынша массалық ағынды есептеу. Табиғи газ ағынында әртүрлі углеводород газдарының қоспасы болғандықтан, молекулалық пайыздық құрамын газ үлгісін талдау арқылы анықтау қажет. Аралас газ ағынында азот және көмірқышқыл газы сияқты инерттік газдар да болуы мүмкін. Сондықтан газ ағыны компьютері әр газ компоненті үшін мольдық пайызды енгізуді талап етеді. Дәл массалық ағынды есептеудің негізінде, әр газ компонентінің энергия мазмұнына сүйене отырып, энергия ағынын есептеуге болады, яғни API 14.5 (GPA 2172) стандартын қолдануға болады, себебі әр газ компоненті әртүрлі энергия мазмұнына ие. Бұл мәндер (джоуль, калория немесе BTU) әдетте газ ағыны компьютерінің алгоритміне енгізілген. Сондықтан энергия ағынын өлшеу – біздің түпкі мақсатымыз, өйткені клиент үшін нағыз құндылық осында. Сондай-ақ, осы минералдық резервтер энергия мазмұнына сәйкес салынады. Азот сияқты инерттік газдардың құндылығы жоқ. (Кейбір инерттік газдар, әсіресе көмірқышқыл газы мен күкірттегіш сутегі, теріс құндылыққа ие, өйткені оларды табиғи газдан алу үшін қосымша жабдықтар қажет, ал оларды жоюға шығындар жұмсалады.) Басқа кіріс параметрлеріне келісім-шарт сағаты, сондай-ақ орналасқан жерінің ендігі мен теңіз деңгейінен биіктігі, изентропиялық көрсеткіші және өлшеу құрылғысында қолданылатын материалдардың түрі кіреді, бұл есептеулердің дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді. Қорыта айтқанда, газ ағыны компьютеріне «нақты уақытқа жақын» газ ағыны, қысым және температураны анықтаумен бірге шамамен 30 бастапқы кіріс параметрі қажет. Газ ағыны компьютері көлемдік, массалық және энергия ағыны деректерін берумен қатар, күні мен уақыты, дереу, сағаттық және тәуліктік деректерді ұсынады. Газ ағыны компьютері әдетте RAM-да күн/сағат белгісімен белгіленген көлемді жазбаларды 35 күнге дейін сақтайды, бұл хост-жүйенің жазбаларды алуына жеткілікті уақыт беру үшін, сондай-ақ егер бұл алу орындалмаса, адамның араласуына уақыт беру үшін. Ағым компьютері әдетте ағым параметрлерінің өзгеруін (мысалы, диафрагманың мөлшері немесе газ талдауының деректері) «Аудит жолы» арқылы қадағалайды, ол өзгертілген параметрді, мәннің өзгеру уақыты мен күнін, ескі және жаңа мәндерді анықтайды және өзгерісті жасаған адамды анықтай алады. Деректер журналының форматы мен мазмұны ағым компьютерін өндірушіге байланысты сәл өзгереді, барлық өндірушілер Америкалық Мұнай Институтының сипаттамасына сәйкес жобалайды. Газ ағынында сұйықтықтар болса, ағымды өлшеудің дәлдігі оңай бұзылады. Сондықтан өлшеу алдында газ ағынынан сұйықтықтарды алу әдістері қолданылады. Дегенмен, жаңа V Cone технологиясы (диафрагма технологиясының керісі) сұйықтықтар бар газды дәлірек өлшеу үшін қолданылуда.

Originally the gas flow computer was a mechanical (1920s technology) or later a pneumatic or hydraulic computing module (1940s technology used to the early 1990s but still available from a number of suppliers), subsequently superseded in most applications by an electronic module, as the primary elements switched from transmitting the measured variables from pneumatic or hydraulic pressure signals to electric current as explosion proof (1960s technology to present)) and then intrinsically safe (1970s to present) transmitters (with low power transistor circuitry) became available, that simply provided a dedicated gas flow computer function. Today "gas flow computers" as such have become uncommon, since gas flow computing is a subfunction of a data acquisition and control program implemented with programmable logic controller (PLCs) and remote terminal unit (RTUs); with the rise of smart transmitters in the early 1980s, these functions have also been incorporated within the field transmitters themselves. The "gas flow computer" senses a mixed "dry" gas stream flow rate plus gas temperature and pressure. The most common method of measuring gas flow is via differential pressure across an orifice plate inserted into a flow metering pipe. As the differential pressure is not directly proportional to the gas flow rate, a flow computer algorithm is required to convert the differential pressure reading into a flow rate (may include square root extraction to linearize the input). Since gas is compressible and affected by temperature, the gas temperature and pressure must also be monitored and compared to a specified standard temperature and pressure within the algorithm. This is referred to as volumetric flow measurement. Next we need to calculate mass flow AGA3 based upon the specific gravity of the gas. Since a natural gas stream contains a mix of various hydrocarbon gases of different specific gravities, mole percentages must be determined via a gas sample analysis. The mixed gas stream will also contain some inert gases such as nitrogen and carbon dioxide. Therefore the gas flow computer also requires the entry of mole percentages for each gas component. Based on accurate mass flow calculations it becomes possible, based upon the energy content of each gas component, to calculate energy flow, i. e., API 14.5 (GPA 2172) since each gas component contains different energy content. These values in joules (or calories or Btus) are typically built into the gas flow computer algorithm. Therefore energy flow metering is our ultimate goal since this is where the true value is for the client. Also these mineral reserves are taxed based upon energy content. The inert gases such as nitrogen have no value. (Some inert gases actually have negative value, most notably carbon dioxide and hydrogen sulphide, as they require extra equipment to remove from the natural gas, and costs are incurred in their disposal.) Other input parameters include contract hour as well as location latitude and altitude above sea level, isentropic exponent and type of materials used in the metering device to optimize the accuracy of calculations. In summary the gas flow computer requires approximately 30 initial input parameters in conjunction with "near realtime" gas flow, pressure and temperature sensing. In addition to providing volumetric, mass and energy flow data, the gas flow computer also provides date and time, instantaneous, hourly and daily data. The gas flow computer typically stores date/time stamped volume records in RAM for up to 35 days in order to provide sufficient time for a host system to retrieve the records as well as to allow time for human intervention if this retrieval fails to occur. The flow computer generally tracks modifications to flow parameters (e. g. orifice plate size or gas analysis data) in an "Audit Trail" that identifies the modified parameter, the time and date of the value change, the old and new values, and may identify the person making the change. The data log format and contents vary slightly by flow computer manufacturer, with all manufacturers designing to a specification outlined by the American Petroleum Institute. Flow metering accuracy is easily compromised if there are liquids in the gas stream. Therefore methods are implemented to remove liquids from the gas stream before measurement. However a newer V Cone technology (the inverse of orifice plate technology) is being used to more accurately meter gas that contains some liquids.