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气体超声流量计远程诊断功能在中亚管道的应用

发布:2020/8/31 9:50:32人气:101
气体超声流量计是目前国内外天然气长输管道贸易计量广泛米采用的一种仪表,其具有测量精确度高、量程比大、无可动部件,维护工作量小等诸多优点。2004年开始,随着中国一中亚天然气管道的建设,气体超声流量计在中亚地区尤其是哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦等国家逐步代替孔板流量计使用,并且越来越多的新建管道,尤其在高压力、大口径天然气贸易计量领域更将其作为SHOU选计量设备。作为天然气贸易计量的关键设备,流量计的使用情况直接关系到贸易计量双方的经济利益。
随着计量系统运行时间的增加,受管内污物沉淀、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。由于长输管道距离长、站场分布跨度大,交通相对不便,因此设备及时维修困难且维修成本较高。此外,由于计量系统的标定费用通常为8×10元/台次(口径DN400),且标定所需时间受检定中心工作计划影响,至少约需2个月。根据JJG1030-2007《中华人民共和国国家计量检定规程超声波流量计》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。可见,超声波流量计远程诊断系统的重要性:①贸易交接流量计一旦出现故障,势必影响向下游用户的正常供气,造成重大经济损失和社会影响。通过远程诊断系统,可以提前发现计量系统的微小故障和变化趋势,及时解决问题,减少昂贵的停车和非正常工作时间,有效避免因突然计量失灵可能造成的损失和后果。②利用远程诊断系统实现流量计声速核査等自诊断功能,延长流量计的检定周期,可节省大量费用。③无需大量投入即可发挥现有设备的巨大潜能,无需人员到现场,提高生产运行效率,节省运行成本,提升计量系统的运行水平。
 
1、超声波流量计的诊断指标
超声波流量计的核心诊断指标主要包括:①流速特性,包括各声道流速和平均流速。流量计声道数种类繁多,流速剖面分析依声道设计不同而有所不同。通过流速剖面分析可识别管道异物、脏污等。②声速特性,包括各声道声速和平均声速。将流量计在工况状态下气体介质中实测的声速与在同样条件下计算的声速进行比较,通过声速比较和运行状态检査,计算流量计的测量准确度。③各声道信号质量。流量计通常有100%信号质量,接近流量计所允许的ZUI大流速时,可能发生小于100%的信号质量。当仪表内的介质流量仅仅达到ZUI高流量的50%,但传感器表现未达到100%时,应考虑对仪表进行必要检查。④各声道增益值。增益指为达到所需的振幅强度,需要对接收到的信号增强的幅度。如果信号强度衰减,增益加强不同的流体条件,可导致不同流量计增益差异很大。增益值可以用于识别问题探头、脏污等。⑤各声道信噪比。流量计正常工作时有较高的信噪比值,该值较低,表明有较强的干扰噪声产生,计量精度则可能受到影响。
 
2、远程诊断系统的设计需求及功能
2.1软硬件需求
利用调控中心或输气管理处 SCADA系统的服务器或安装远程诊断软件的服务器,其处理能力应该与存储和分析的数据量相匹配。硬件指标不低于:双核CPU处理器2.00GHz:内存4G:硬盐640GB。远程诊断系统工作站采用标准计算机工作站,可以独立设置1台,也可以与调控中心或输气管理处 SCADA系统工作站合用。采用流量计厂家提供的专用软件,主要包括:流量计远程诊断软件,流量计算机及检测仪表管理软件,色谱分析仪诊断软件。
2.2远程诊断系统的功能
远程诊断系统可实时地对现场计量站内的超声波流量计、流量计算机、压力变送器、温度变送器及气相色谱分析仪等设备进行运行状态的指示、诊断及远程管理,实现功能按“计量站一设备”的管理。
2.2.1计量站的功能
计量设备运行报告,将超声波流量计、流量计算机、压力变送器和温度变送器的运行状态和报警信息按计量回路进行汇总;气相色谱分析仪的运行状态、报警信息按站汇总,绘制运行曲线;远程诊断系统按站记录运行值班人员对设备的操作,包括操作人员代码和操作时间等信息。
2.2.2相关设备的功能
超声波流量计运行状态的诊断:监视并记录超声波流量计的5项核心诊断指标,每3min或5min记录1次,若这些指标超出有效范围则对流量计进行报警,同时可以显示关键诊断参数的实时/历史变化趋势。
通过分析流速剖面、对称性、横向流、交又流、扰动流、漩涡角、流速剖面系数等指标,计算并记录理论声速。根据平均流速、温度、压力和组分等运行参数,比较理论声速和实际声速的差异叫,定期追踪各指标是否在有效范围之内,并形成历史追踪曲线。报警记录包括:超声波流量计报警的内容,内容发生的时间,操作人员确认的时间及报警取消的时间。
流量计算机运行状态的诊断:记录超声波流量计、色谱分析仪的通信状态,记录气体流速及组分数据,温度和压力数值的在用状态,当通信故障时,自动发出报警。报警记录包括:流量计算机的通信状态,报警的内容及发生的时间,停止运行的时间,操作人员确认的时间及恢复运行的时间。
气象色谱分析仪运行状态的诊断:记录其运行状态和回路组分数据,分析组分数据,当发生异常时,自动发出报警。对比分析在线检测的组分信号、流量计算机手动输入的组分信号及相邻站场的组分信号。
报警记录包括:色谱分析仪的自标定时间,报警内容及发生的时间,操作人员确认的时间及报警取消的时间压力变送器和温度变送器运行状态的诊断:分别记录压力/温度变送器与流量计的通信状态和运行参数。报警记录包括:通信故障报警发生的时间,操作人员确认的时间及报警取消的时间。
2.2.3其他功能
定期完成设备的检查功能:通过专用软件调整各种远程参数的设置,记录分析各种参数的数据更新和仪表运行状态:通过专用软件进行远程操作,对报警数据进行分析,根据分析结果重新设定报警上下限或指导现场工作人员进行故障排除:自动读取在线超声流量计的设置参数,并将升级后的参数写入超声流量计;在线实时监视超声流量计的工作情况,生成ZUI完整的记录文件转换为报告输出,并自动存储分析报告;根据每台流量计出厂时特定的几何数据,结合压力、温度和压缩因子计算出声速并与实测声速比较,进行流量计声速核査,生成核査报告:对气体超声流量计的工况流量、标况流量、能量流量或质量流量进行核査,并计算其与实际流量的偏差。
 
3、现场应用
哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦境内的天然气管道干线建设长度将逾5000km,包括3条大型管道:中亚AB线天然气管道工程、中亚C线天然气管道工程、别伊涅乌-巴佐依一奇姆肯特天然气管道工程(中亚支中亚AB线天然气管道工程已竣工投产,全长1834km,其中乌国段529km,哈国段1300km,中国境内5km,设计输量300×10°m/a。该工程流量计累计数量32台(表1),远程诊断系统采用服务器/客户端结构。目前中亚管道 SCADA系统的网络构架,能够满足远程诊断的要求,无需额外投资。远程维护服务器设置在调控中心,客户端安装在调控中心、站控制系统局域网内。现场超声流量计提供485串行接口,利用站控制系统与调控中心的通信路由,实现诊断数据的传输。
中亚C线天然气管道工程处于初步设计阶段,分为乌国段和哈国段两部分。乌国段线路全长530km,设计压力9.81MPa。其中土乌边境一加兹里段管长212km,管径1067mm,设计输量100x10的8次方NM3/a 加兹里一乌哈边境段管长318km,管径1219mm,设计输量200x10的8次方NM3/a。国段线路全长1310km,管径1219m,设计压力9.81MPa。其中哈乌边境一阿克布拉克段管长311km,设计输量200x10的8次方NM3/a;阿克布拉克一霍尔果斯段管长999km,设计输量250x10的8次方NM3/a。    
该工程流量计累计数量32台(表2),远程诊断系统拟采用服务器/客户端结构。利用目前中亚管道SCADA系统的网络构架,远程维护服务器设置在调控中心,客户端安装在调控中心和站控制系统局域网内。现场超声流量计通过以太网接口,在现场进行数据下载。同时,设置现场以太网交换机将多路流量计网络连接起来。现场以太网交换机采用网络延伸器与站控制系统局域网交换机相连,利用站控制系统与调控中心的通信路由,实现诊断数据的传输。
別伊涅鸟一巴佐依一奇姆肯特天然气管道工程(中亚支线)处于线路部分施工图阶段,分两个阶段建设一阶段设计输量60x10的8次方NM3/a,气源为巴佐依来气,设计压力9.81MPa,管径1067mm,干线管道长1143.5km:二阶段设计输量100x10的8次方NM3/a,设计压力7.4MPa,管径1067mm,气源为巴佐依与别伊涅乌来气干线管道长311km。
该工程流量计累计数量18台(表3),远程诊断系统采用服务器/客户端结构。远程维护服务器设置在调控中心,客户端安装在调控中心、站控制系统局域网内,现场超声流量计通过以太网接口,在现场进行数据下载。同时,设置现场以太网交换机将多路流量计网络连接起来,现场设置防爆接线箱,将以太网交换机和光电转换器设置在防爆接线箱内。使光缆与站控制系统局域网交换机相连,利用站控制系统与调控中心的通信路由,实现诊断数据的传输。
综上所述,气体超声流量计作为中亚管道贸易交接流量计累计将达82台。3条管道的3种设置方案,均可实现气体超声流量计的远程诊断。对比3个方案,方案1的特点是数据可靠,传输距离较长,但数据上传速度慢;方案2的特点是上传数据量大,但传输距离较短:方案3的特点是上传数据量大,传输距离在3个方案中ZUI长,但需要的辅助设备较多。为此,需要根据不同管道的具体情况,设计不同的方案。
 
4、束语
进入21世纪以来,天然气作为一种清洁高效能源,其用途日益广泛,促使国内外天然气管道建设迅猛发展,气体超声流量计凭借高准确度、高智能等优良特性而被广泛应用。如何合理、高效地运行流量计,在保证高准确度的前提下减少维护成本成为备受关注的问题。气体超声流量计远程诊断系统的出现有效地解决了这一难题,它可以实现对天然气计量数据的实时采集和分析,通过对其运行状态的实时监测,对各种故障和异常情况及时做出报警提示,保证了计量系统的正常、平稳、高效、准确运行。计量系统中的超声波流量计、流量计算机、温度变送器、压力变送器及气相色谱分析仪均已具备实现远程维护及故障诊断的能力。
目前,国内多条高压天然气长输管道如西气东输管道、陕京输气管道等设置了气体超声流量计远程诊断系统并取得了很好的使用效果。通过设置该系统延长了流量计检定周期、提高了流量计使用水平、减少了运行维护人员工作量,经济效益显著。为此,国内已建的川气东送天然气管道和正在建设的大部分天然气管道,以及国家能源通道中亚、东南亚等地区天然气管道的建设均已考虑设置流量计远程诊断系统。可见,流量计远程诊断系统的重要性和必要性己经得到广泛认可,正逐步成为流量计运行维护的必备手段。
当然,流量计远程诊断系统并非尽善尽美,其对气体涡轮、涡街等其他流量计的诊断功能比较欠缺,在网络结构和数据安全性方面需要改进。随着流量计设备、电子设备、计算机信息技术的不断发展,以及对诊断系统研究的不断深入,流量计远程诊断系统必将越来越完善,在天然气计量领域发挥更大的作用。
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