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华云气体超声波流量计-远程诊断系统方案结构图

时间:2019/01/20来源:未知

摘要:气体超声流量计远程诊断系统已日趋成熟。该系统依托已建的通信网络, 实现对现场仪表运行状态的实时监控。本文结合某天然气管道企业的实际工程, 在先容气体超声流量计远程诊断系统结构、功能的基础上, 就气体超声流量计远程诊断系统建设的必要性和应用设计加以讨论。

0、引言:

  气体超声流量计具有测量范围宽、精度高、使用寿命长、易安装等优点, 现已在国内外天然气长输管道贸易计量中得到广泛应用。随着输气管道运行时间的增加, 受管道内污物沉淀、设备老化、意外干扰等因素影响, 其精度可能会变化, 甚至发生运行故障[1]。由于长输天然气管道距离长、站场分布广, 设备维护不及时, 许多天然气管道企业建设了气体超声流量计远程诊断系统, 提前发现隐患, 排除故障, 减少经济损失。

1、远程诊断系统先容:

  气体超声流量计远程诊断系统是一种依托已建的通信网络, 采用先进的计算机技术、网络技术, 实现计量管理和设备管理的一种远程计量诊断平台。该系统在调控中心对现场计量系统压力、温度、流量、天然气组分和超声流量计的声速、信噪比等参数进行采集, 并通过App对参数进行逻辑判断, 实现对超声流量计实时监测, 定期分析和纠偏, 减小测量误差。

  气体超声流量计远程诊断系统由输气站场超声流量计、色谱分析仪、流量计算机、网络设备和调控中心设备 (数据采集服务器、数据库服务器、监控操作站及网络设备) 组成 (见图1) 。

2、远程诊断系统功能:

2.1、监测与报警:

  1) 远程诊断系统可对现场超声流量计的重要诊断指标和运行参数进行实时监测 (如:流量计的接收率、增益、流速剖面系数、信噪比等参数) 。

图1 超声流量计远程诊断系统结构图Fig.1 Structure diagram of remote diagnostic system for ultrasonic flowmeter

图1 超声流量计远程诊断系统结构图Fig.1 Structure diagram of remote diagnostic system for ultrasonic flowmeter

 

图2 超声流量计声道报警状态图Fig.2 Ultrasonic flowmeter channel alarm status diagram

图2 超声流量计声道报警状态图Fig.2 Ultrasonic flowmeter channel alarm status diagram

  2) 当现场超声流量计的重要诊断指标和运行参数超出正常范围时, 进行实时报警, 提示相关人员进行处理 (见图2) 。

2.2、趋势分析与性能追踪:

  1) 实现计量重要参数的历史曲线调用与查看 (见图3) 。

  2) 实现超声流量计运行性能指标的趋势分析和追踪。

  3) 实现计量回路重要运行性能指标的趋势分析和追踪。

2.3、声速核查:

  系统通过内嵌的专业App计算理论声速, 形成符合检定规程测量数据要求的声速核查报告, 即可远程进行超声流量计的使用中检验, 极大地降低了检定成本和时间。

2.4、远程维护:

  远程诊断系统内嵌流量计诊断App和分析仪诊断App, 通过内嵌的设备诊断App, 可对超声流量计和色谱分析仪进行在线诊断和调整, 实现对现场设备的远程维护 (如更换标气数值、定制色谱分析仪标定和运行、远程自检、核查等) 。工程师无需再奔赴现场就能方便地查看设备运行参数, 分析设备的故障原因, 及时向现场下达处理指令[2]

图3 超声流量计增益趋势图Fig.3 Gain trend diagram of ultrasonic flowmeter

图3 超声流量计增益趋势图Fig.3 Gain trend diagram of ultrasonic flowmeter

2.5、数据存储:

  所有现场采集到的数据都进入到数据库中存储。所有历史数据、操作信息和报警信息将分设备存于数据库的数据表中。数据库服务器运算过程将对数据表中的不同数据进行分析和运算, 并将结果存于数据库的其它数据表中或发送到监视系统。

2.6、系统扩展:

  远程诊断系统需预留接口以方便扩展新增的超声流量计、气相色谱分析仪、流量计算机和温度、压力变送器等。

3、远程诊断系统建设必要性:

  为了保证贸易交接双方的经济利益, 保证贸易交接公平、公正地进行, 对计量器具进行实时监测和管理就显得越来越重要。建设气体超声流量计远程诊断系统就显得非常必要, 具体表现在以下几个方面:

3.1、减少输差, 避免贸易纠纷:

  气体超声流量计远程诊断系统可实时对超声流量计的增益、信噪比、声速、流速等核心参数进行采集, 通过与设定的参数限值进行自动比较, 给出正确的诊断结果, 若这些核心参数超出有效范围, 则对流量计进行报警, 同时可显示关键诊断参数的实时/历史变化趋势。通过远程诊断数据和历史趋势信息及时预测或发现问题, 便于采取预防性措施, 从而提高计量精度和重复性, 减少因计量精度偏离造成的经济损失, 避免贸易纠纷。

3.2、提高管理水平, 减轻劳动强度:

  为了满足GB/T18603-2014《天然气计量系统技术要求》第10.2.5条规定:超声流量计应定期检查接受信号的信噪比[3], 专业计量管理人员需要定期到达现场, 使用专业App才能发现问题, 通常要几周甚至几个月才能完成全企业计量系统的检查。而利用气体超声流量计远程诊断系统在控制中心就能有效监控现场计量设备的运行状态, 及时发现运行中存在的问题, 并可以针对问题及时采取措施, 保证生产的正常运行。无需人员到达现场, 提高管理水平, 减轻劳动强度。

3.3、延长超声流量计检定周期:

  按照JJG1030-2007《超声波流量计检定规程》第7.4条规定:检定周期一般不超过2年, 对插入式流量计, 如流量计具有自诊断功能, 且能够保留报警记录, 也可每6年检定一次, 并每年在使用现场进行使用中检定[4]。建立1套天然气超声流量计的远程诊断系统, 实现天然气计量数据的实时采集, 对超声流量计进行在线使用中检验, 同时诊断和监测流量计的运行情况, 以保证超声流量计合法使用。通过这种方式, 可以对具有在线检定条件的站场, 实现将超声流量计的检定周期从2年延长至6年。

3.4、节省运营成本:

  天然气管道的计量管理面临管线长、计量场站多、专业计量管理人员有限等特点, 按照传统的计量管理方式每年将会产生大量的人员差旅成本、用车成本, 甚至计量仪表的检定成本, 以及不能及时排除现场故障导致的输差成本等。利用当前先进超声流量计远程诊断系统能够大大地节省运营成本, 提高计量运营管理的效率, 为企业创造巨大的经济效益。

4、远程诊断系统设计实例:

  某天然气管道企业共有输气站场40余座 (2005~2015年建成) , 调控中心1座, 气体超声流量计100多台。所有站场未设置气体超声流量计在线监测和诊断系统, 仅仅将计量系统的流量数据和报警信息通过流量计算机RS485口上传至调控中心, 无法实时掌握超声流量计的运行状况。由于部分超声流量计型号老旧、稳定性差, 导致天然气输差超出控制范围, 严重影响企业的经济效益。

  通过对现场的调研, 部分输气站场由于建设时间比较早, 现场超声流量计到机柜间的网络并没有搭建, 还不具备远程诊断的条件, 需要重新敷设光缆和电缆, 增加网络设备, 并对不具备以太网通信功能的超声流量计进行升级增加以太网卡。2015年之后投产的输气站场, 站场内超声流量计到机柜间的网络已搭建完成, 并预留通信接口, 具备远程诊断的条件。根据现场设备的实际情况, 制定如下设计方案:

4.1、老站场设计:

  以输气站场A为例, 该站2005年建成, 现场3条超声流量计计量支路、3台流量计算机和1台气相色谱分析仪。现场流量计距离控制室约150米, 无冗余的电缆和光缆。站内通信系统配置有光传输设备及24口网络交换机 (带VLAN功能) 1台, 由于光传输设备型号老旧、接口不足, 站场各类业务如工业电视监控、视频会议、办等均通过网络交换机汇聚, 然后接入光传输设备上传至管道调控中心。

  实施方案:在现场安装1个防爆接线箱, 3台超声流量计及1台色谱分析仪到接线箱之间分别穿管敷设一条超6类网线。接线箱到站控室计量系统机柜之间, 敷设一条4芯多模光缆。增设2台工业交换机 (8电口、2光口) , 分别安装于现场防爆接线箱和控制室计量系统机柜内。控制室计量系统机柜内交换机通过RJ45网络接口连接至已建通信网络交换机, 并划分独立2M带宽, 将数据上传至管道调控中心。

4.2、新建站场设计:

  以输气站场B为例, 该站2015年建成, 现场有6条超声流量计计量支路、6台流量计算机和1台气相色谱分析仪。现场流量计到控制室计量系统机柜之间的网络已经搭建完成。站内通信系统设备相对较新, 并有预留接口。

  施工方案:将站内计量系统机柜内交换机通过RJ45网络接口直接接入光传输设备FE口, 并划分独立2M带宽, 将数据上传至管道调控中心。

4.3、调控中心设计:

  调控中心增设1台监控操作站、1台数据采集服务器、1台数据库服务器及1面服务器机柜, 分别放置于调控中心的中心控制室和机柜间。对调控中心光传输系统、核心交换机进行网管设置, 为远程诊断系统划分100M带宽, 确保计量诊断功能的安全、稳定和高效。

5、结论:

  对于长距离、多站场的天然气管网来说, 建设1套气体超声流量计远程诊断系统是非常有必要的。远程诊断系统可以及时发现运行中存在的问题, 并针对问题采取措施, 提高贸易交接计量的准确度, 创造良好的经济效益。系统建设前期, 应对现场进行详细的调研, 充分利用现有天然气管道监控资源, 制定经济合理的实施方案。


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