天然氣自動計量系統穩定性因素與改進措施

劉 曉

(山西壓縮天然氣集團有限公司，山西 太原 030006)

天然氣自動計量系統穩定性因素與改進措施

劉 曉

(山西壓縮天然氣集團有限公司，山西 太原 030006)

結合天然氣自動計量系統的構成部分，對影響天然氣自動計量系統的主要因素進行了研究，并從接地和接線方式的規范化、施工規范、系統操作規范化等方面提出了天然氣自動計量系統的優化措施，以確保該系統安全穩定地運行。

天然氣自動計量系統，單元，穩定性，規范

0 引言

天然氣自動計量系統是一種高度集成和智能化的現代電路儀表系統，該系統儀表主要構成有渦輪流量計、超聲波流量計、智能變送器等，隨著天然氣使用的普及，天然氣自動計量系統的應用也越來越廣泛。而智能儀表技術、計算機網絡技術、自動化控制技術的發展也進一步促進了天然氣自動計量系統的推廣，更降低成本的硬件投入和維護費用，讓其成為現代天然氣工業發展的重要基礎設備，其計量的數據的準確性和工作效率在一定程度上保證了天然氣工業的平穩發展。但是由于多種原因，例如設計未能充分考慮使用情境，不合理施工方法等原因極大的影響了天然氣自動計量系統的穩定性，為此我們展開分析，找出天然氣自動計量系統優化方案。

1 天然氣自動計量系統的構成

1.1 信息采集和變換單元

信息采集由功能各異的儀表構成，主要的目的就是通過不同功能的儀表來搜集天然氣生產、集輸整個流程中的有用信息以及各項工藝參數，利用整個流程中的溫度、流量、壓力等。通過傳感器的搜集將檢測到的結果轉化成可以量化和數字儲存的數字信號或者模擬信號。該處理單元可以是單一儀表也可以多個儀表組合完成，常見的組合電表有EJA壓力變送器、3051壓力變送器等。

1.2 通訊和連接單元

該單元的主要作用是實現信號采集和變換單元與控制室之間的連接，實現數據的傳輸過程，從而實現天然氣自動計量系統的通訊功能。主要的構成有通訊轉換模塊、數模轉換、數據采集等，現場常使用大量的PCI多串口卡、頻率計數、RS-485卡等。

1.3 流量數據計算和處理單元

其主要的目的是對通訊和連接單元傳輸過來的各類數據信息進行處理，從而實現自動化的控制的目的。主要的構成部分為儲存設備、運算設備、流量計算等，現場多采用流量計算儀、工業控制計算機、RTU等，通常被設置在中央控制室中，與通訊設備相連接。

2 影響天然氣自動計量系統的主要因素

天然氣自動計量系統是高度集成化和智能化的儀表系統，其使用的穩定性有著極其重要的作用，但是由于多方面的原因會影響其穩定性，導致其應用無法達到設計的標準和要求。這里以忻州某分輸站為例探索當前計量管理體系中存在的問題。常見的影響因素有以下幾個方面。

2.1 信息采集和變換單元

信息采集和變換單元是搜集天然氣生產、集輸整個流程信息的設備，所以要面對復雜多變的使用環境，因此這個變換單元經常會受到外界自然環境的影響，如果未能及時的檢修和維護，就會出現以下幾個問題：

1)在儀表設計選型的時候未能考慮到以后的使用環境的影響，所以會導致設備出現老化、進水或者腐蝕而影響其正常使用。

2)部分管道中的天然氣中經常含有水和油污，所以導致這類儀表運行的時候極易發生故障損害。

3)部分采集流量表的度數低于現場工作的最大值，導致流量計無法測量最大數值，或者被高數值的指針沖擊導致發生故障。

4)未能合理的接地或者采取充分的防雷措施，導致雷擊或者電涌的出現引發儀表故障。

2.2 通信和連接單元

通信和連接單元通常會設置到控制室內，并通過通信線路進行連接，控制電源和通信線路通常采用挖溝掩埋、穿管敷設和沿電纜溝等方式完成。由于特殊的工作環境因此其蘊含的主要因素有：

1)通信和采集模塊由于缺乏必要的防雷和防電涌措施，因此容易導致受到雷擊和電涌的影響；

2)由于沒有必要的屏蔽和防護措施，因此外界電纜會導致通信信號產生電磁噪聲，影響數據的準確性；

3)通信電纜的輻射過程由于最初的施工工藝的影響或者二次施工的不當導致損壞，而損壞部位也會因為受到潮濕和風化的影響出現信號偏差和不穩定的現象，有時候問題還可能影響到現場電表和控制儀器的安全性；

4)通信線路未能按照標準和規范進行接地，導致系統不穩定,所以無法正常工作。

2.3 流量數據計算和處理單元

該功能單元除了基本的硬件設備外還包含了軟件系統，因此影響該功能單元穩定性的因素也包含了兩個方面的因素。主要問題集中在以下幾個方面：

1)流量計算機、PLC、工業控制處理器等缺乏必要的防雷和防電涌措施，導致容易受到雷擊和過電的影響造成損害，影響整體的安全穩定；

2)系統電源因為雷擊和防電涌保護不當導致系統容易發生故障損壞；

3)軟件系統的設計缺陷導致實際應用無法正常的實現系統功能的需求；

4)系統需要實時的從通信和連接單元獲取通信數據，因此網絡通訊模組的故障也容易導致系統不穩定，甚至無法獲取數據；

5)計算機、PLC以及其他聯網的系統會受到公共網絡中計算機病毒的影響，導致出現系統故障甚至癱瘓；

6)現場儀表眾多，并行串口類型也非常的復雜，由于系統升級或者軟件的更新都有可能帶來兼容性的問題，導致采集模塊和驅動無法與更新的系統兼容，引發使用故障。

3 天然氣自動計量系統的優化措施

通過上文的分析我們可以知道，影響天然氣自動計量系統穩定性的各項因素，其中以雷擊等自然天氣的影響為主，所以優化措施的重點也應該以極端惡劣天氣的改善為主，為此我們提出了以下幾個重要的改進和優化措施，并以此來提高天然氣自動計量系統工作的穩定性。

3.1 對雷擊的防護措施

輸電站和采氣站必須面臨的問題就是防雷擊的保護措施，因此雷擊的綜合治理是天然氣自動計量系統穩定性分析的重點。為此我們需要結合國家電力等有關部門對此類防雷擊的規范化和標準化要求進行改進，結合詳細的技術操作規范對采氣站和輸氣站周邊的環境進行詳細的勘察，設計針對性的防雷措施和方法，綜合考慮電纜的敷設、防電涌安裝等。尤其是較容易發生雷擊過電的部門和系統，例如主電源系統、通信處理系統、信號傳輸、避雷針和底線等，需要采取保護措施。

3.2 接地和接線方式的規范化

接地和接線方式的合理是解決當前天然氣自動計量系統穩定性的重要環節，特別是在處理部分容易受到電磁場影響的系統和設備時，更加需要注意電路連接的合理性。首先要檢查周圍建筑物是否存在帶電金屬物的等電位連接，并檢查建筑屋頂或者外部的連接方式，然后完成規范的接線。同時對接地方式要進行一定的檢測，因為合理的接地方式能有效的抵抗雷電電磁干擾以及直擊雷瀉放等。必要的時候可以使用低阻抗、高效率以及其他非金屬接地保護材料，同時注意公共接地點的選擇，提高整個系統的電位穩定。

3.3 施工規范

要嚴格的按照設計的規范和標準完成施工過程，避免因為施工不當引起的系統問題。為此可以從以下幾個方面來實現：1)通信線路與強電場和強電磁場之間的防護措施；2)電纜鋪設要滿足要求。埋地敷設電纜深度大于70 cm，并上下敷設厚度為100 mm的沙子，覆蓋寬度不得低于電纜邊緣50 mm；3)接地保護必須滿足標準，接地電阻必須滿足要求，例如PLC的接地電阻不能超過4 Ω；4)防雷防電涌安裝必須滿足要求，同樣保障接地安全，接地電阻不能超過1 Ω。

3.4 系統操作的規范化

天然氣自動計量系統在應用于工業生產和集輸之前都要經過嚴格的檢驗，而提高操作和檢收的規范化也是提高天然氣自動計量系統穩定性的重要方法。為此我們需要嚴格的監督裝配和施工的各個環節，從而減少系統操作對系統運行的影響。首先電纜和電氣設備之間的距離不得低于1.5 m，對于設置了屏蔽措施的電纜，距離不得低于0.8 m。其次是要提高系統內部各個儀表和流量計的檢修和維護工作，同時要注意檢修工作的操作得當，提高檢修操作的規范化，方式操作不當引起的儀表損壞。

4 結語

天然氣自動計量系統的快速發展給天然氣企業提供了很大的便利，但是也由于各種原因影響到其運行的穩定性，我們從設計和施工的角度出發，分析了潛在的危險因子，并提出了對應性的措施，為此類設備的運行和管理提供了參考。

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On stability factors for automatic metrology system of natural gas and its improvement measures

Liu Xiao

(ShanxiCompressedNaturalGasGroupCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

Combining with the components of the automatic metrology system of natural gas, researches the main factors influencing the system, and points out the optimal measures for the system from the regulation for grounding and connection modes, construction regulation, and regulation for system operation, so as to ensure the stable and safe operation of the system.

automatic metrology system of natural gas, unit, stability, regulation

1009-6825(2015)28-0136-03

2015-07-28

劉 曉(1985- )，男，助理工程師

TE863

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