氣體超聲流量計遠程診斷系統應用設計

吳洪偉

（中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257026）

0 引言

1 遠程診斷系統介紹

氣體超聲流量計遠程診斷系統是一種依托已建的通信網絡，采用先進的計算機技術、網絡技術，實現計量管理和設備管理的一種遠程計量診斷平臺。該系統在調控中心對現場計量系統壓力、溫度、流量、天然氣組分和超聲流量計的聲速、信噪比等參數進行采集，并通過軟件對參數進行邏輯判斷，實現對超聲流量計實時監測，定期分析和糾偏，減小測量誤差。

氣體超聲流量計遠程診斷系統由輸氣站場超聲流量計、色譜分析儀、流量計算機、網絡設備和調控中心設備（數據采集服務器、數據庫服務器、監控操作站及網絡設備）組成（見圖1）。

2 遠程診斷系統功能

2.1 監測與報警

圖1 超聲流量計遠程診斷系統結構圖Fig.1 Structure diagram of remote diagnostic system for ultrasonic flowmeter

圖2 超聲流量計聲道報警狀態圖Fig.2 Ultrasonic flowmeter channel alarm status diagram

1）遠程診斷系統可對現場超聲流量計的重要診斷指標和運行參數進行實時監測（如：流量計的接收率、增益、流速剖面系數、信噪比等參數）。

2）當現場超聲流量計的重要診斷指標和運行參數超出正常范圍時，進行實時報警，提示相關人員進行處理（見圖2）。

2.2 趨勢分析與性能追蹤

1）實現計量重要參數的歷史曲線調用與查看（見圖3）。

2）實現超聲流量計運行性能指標的趨勢分析和追蹤。

3）實現計量回路重要運行性能指標的趨勢分析和追蹤。

2.3 聲速核查

系統通過內嵌的專業軟件計算理論聲速，形成符合檢定規程測量數據要求的聲速核查報告，即可遠程進行超聲流量計的使用中檢驗，極大地降低了檢定成本和時間。

2.5 產褥期服用營養補充劑的情況 31.5%的調查對象服用營養補充劑或藥品，年輕女性中有56.9%服用、婆婆/媽媽中僅有14.0%，兩代人在營養補充劑的使用上差異有統計學意義(χ2=295.3，P<0.01)。所服用的營養補充劑主要是葉酸(56.4%)、鈣(54.8%)及鐵制劑(21.0%)，少部分為復合維生素(13.7%)、礦物質(13.3%)、魚肝油(10.9%)、DHA(7.9%)和鋅制劑(7.3%)。

2.4 遠程維護

遠程診斷系統內嵌流量計診斷軟件和分析儀診斷軟件，通過內嵌的設備診斷軟件，可對超聲流量計和色譜分析儀進行在線診斷和調整，實現對現場設備的遠程維護（如更換標氣數值、定制色譜分析儀標定和運行、遠程自檢、核查等）。工程師無需再奔赴現場就能方便地查看設備運行參數，分析設備的故障原因，及時向現場下達處理指令[2]。

圖3 超聲流量計增益趨勢圖Fig.3 Gain trend diagram of ultrasonic flowmeter

2.5 數據存儲

所有現場采集到的數據都進入到數據庫中存儲。所有歷史數據、操作信息和報警信息將分設備存于數據庫的數據表中。數據庫服務器運算過程將對數據表中的不同數據進行分析和運算，并將結果存于數據庫的其它數據表中或發送到監視系統。

2.6 系統擴展

遠程診斷系統需預留接口以方便擴展新增的超聲流量計、氣相色譜分析儀、流量計算機和溫度、壓力變送器等。

3 遠程診斷系統建設必要性

為了保證貿易交接雙方的經濟利益，保證貿易交接公平、公正地進行，對計量器具進行實時監測和管理就顯得越來越重要。建設氣體超聲流量計遠程診斷系統就顯得非常必要，具體表現在以下幾個方面：

3.1 減少輸差，避免貿易糾紛

氣體超聲流量計遠程診斷系統可實時對超聲流量計的增益、信噪比、聲速、流速等核心參數進行采集，通過與設定的參數限值進行自動比較，給出正確的診斷結果，若這些核心參數超出有效范圍，則對流量計進行報警，同時可顯示關鍵診斷參數的實時/歷史變化趨勢。通過遠程診斷數據和歷史趨勢信息及時預測或發現問題，便于采取預防性措施，從而提高計量精度和重復性，減少因計量精度偏離造成的經濟損失，避免貿易糾紛。

3.2 提高管理水平，減輕勞動強度

為了滿足GB/T18603－2014《天然氣計量系統技術要求》第10.2.5條規定：超聲流量計應定期檢查接受信號的信噪比[3]，專業計量管理人員需要定期到達現場，使用專業軟件才能發現問題，通常要幾周甚至幾個月才能完成全公司計量系統的檢查。而利用氣體超聲流量計遠程診斷系統在控制中心就能有效監控現場計量設備的運行狀態，及時發現運行中存在的問題，并可以針對問題及時采取措施，保證生產的正常運行。無需人員到達現場，提高管理水平，減輕勞動強度。

3.3 延長超聲流量計檢定周期

按照JJG1030－2007《超聲波流量計檢定規程》第7.4條規定：檢定周期一般不超過2年，對插入式流量計，如流量計具有自診斷功能，且能夠保留報警記錄，也可每6年檢定一次，并每年在使用現場進行使用中檢定[4]。建立1套天然氣超聲流量計的遠程診斷系統，實現天然氣計量數據的實時采集，對超聲流量計進行在線使用中檢驗，同時診斷和監測流量計的運行情況，以保證超聲流量計合法使用。通過這種方式，可以對具有在線檢定條件的站場，實現將超聲流量計的檢定周期從2年延長至6年。

3.4 節省運營成本

天然氣管道的計量管理面臨管線長、計量場站多、專業計量管理人員有限等特點，按照傳統的計量管理方式每年將會產生大量的人員差旅成本、用車成本，甚至計量儀表的檢定成本，以及不能及時排除現場故障導致的輸差成本等。利用當前先進超聲流量計遠程診斷系統能夠大大地節省運營成本，提高計量運營管理的效率，為公司創造巨大的經濟效益。

4 遠程診斷系統設計實例

某天然氣管道公司共有輸氣站場40余座（2005～2015年建成），調控中心1座，氣體超聲流量計100多臺。所有站場未設置氣體超聲流量計在線監測和診斷系統，僅僅將計量系統的流量數據和報警信息通過流量計算機RS485口上傳至調控中心，無法實時掌握超聲流量計的運行狀況。由于部分超聲流量計型號老舊、穩定性差，導致天然氣輸差超出控制范圍，嚴重影響企業的經濟效益。

通過對現場的調研，部分輸氣站場由于建設時間比較早，現場超聲流量計到機柜間的網絡并沒有搭建，還不具備遠程診斷的條件，需要重新敷設光纜和電纜，增加網絡設備，并對不具備以太網通信功能的超聲流量計進行升級增加以太網卡。2015年之后投產的輸氣站場，站場內超聲流量計到機柜間的網絡已搭建完成，并預留通信接口，具備遠程診斷的條件。根據現場設備的實際情況，制定如下設計方案：

4.1 老站場設計

以輸氣站場A為例，該站2005年建成，現場3條超聲流量計計量支路、3臺流量計算機和1臺氣相色譜分析儀。現場流量計距離控制室約150米，無冗余的電纜和光纜。站內通信系統配置有光傳輸設備及24口網絡交換機（帶VLAN功能）1臺，由于光傳輸設備型號老舊、接口不足，站場各類業務如工業電視監控、視頻會議、辦公網絡及語音電話和其它信息系統信號等均通過網絡交換機匯聚，然后接入光傳輸設備上傳至管道調控中心。

實施方案：在現場安裝1個防爆接線箱，3臺超聲流量計及1臺色譜分析儀到接線箱之間分別穿管敷設一條超6類網線。接線箱到站控室計量系統機柜之間，敷設一條4芯多模光纜。增設2臺工業交換機（8電口、2光口），分別安裝于現場防爆接線箱和控制室計量系統機柜內。控制室計量系統機柜內交換機通過RJ45網絡接口連接至已建通信網絡交換機，并劃分獨立2M帶寬，將數據上傳至管道調控中心。

4.2 新建站場設計

以輸氣站場B為例，該站2015年建成，現場有6條超聲流量計計量支路、6臺流量計算機和1臺氣相色譜分析儀。現場流量計到控制室計量系統機柜之間的網絡已經搭建完成。站內通信系統設備相對較新，并有預留接口。

施工方案：將站內計量系統機柜內交換機通過RJ45網絡接口直接接入光傳輸設備FE口，并劃分獨立2M帶寬，將數據上傳至管道調控中心。

4.3 調控中心設計

調控中心增設1臺監控操作站、1臺數據采集服務器、1臺數據庫服務器及1面服務器機柜，分別放置于調控中心的中心控制室和機柜間。對調控中心光傳輸系統、核心交換機進行網管設置，為遠程診斷系統劃分100M帶寬，確保計量診斷功能的安全、穩定和高效。

5 結論

對于長距離、多站場的天然氣管網來說，建設1套氣體超聲流量計遠程診斷系統是非常有必要的。遠程診斷系統可以及時發現運行中存在的問題，并針對問題采取措施，提高貿易交接計量的準確度，創造良好的經濟效益。系統建設前期，應對現場進行詳細的調研，充分利用現有天然氣管道監控資源，制定經濟合理的實施方案。