摘　要：介紹天然氣計(jì)量設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，對流量計(jì)算機(jī)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、分析軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：天然氣計(jì)量設(shè)備  超聲波流量計(jì)  氣相色譜分析儀  在線監(jiān)測

Online Monitoring System of Natural Gas Metering Equipment

Abstract：The whole design of online monitoring system of natural gas metering equipment is introduced．The configuration of flow computer，database design and analysis software design are discussed．

Keywords：natural gas metering equipment；ultrasonic flow meter；gas chromatograph；online nlonitoring

1　概述

隨著西氣東輸一線投入運(yùn)營，國內(nèi)天然氣行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時期。隨著陜京線、川氣東送、西氣東輸二線等的建成，沿海地區(qū)又興建了大批LNG接收站(如廣東大鵬灣、福建莆田、上海、大連、鎮(zhèn)江、浙江等)，省級燃?xì)夤芫W(wǎng)也大規(guī)模投入運(yùn)營。一些天然氣流量的計(jì)量設(shè)備采用超聲波流量計(jì)^[1-2]，并配置氣相色譜分析儀。氣相色譜分析儀不僅為流量修正提供計(jì)算參數(shù)，分析結(jié)果還用于計(jì)算天然氣熱值。本文將超聲波流量計(jì)、氣相色譜分析儀統(tǒng)稱為計(jì)量設(shè)備。

對于浙江省天然氣管網(wǎng)，目前建成并投入運(yùn)行的湖杭甬、杭嘉等高壓天然氣管道逾560km，使用各類流量計(jì)近百臺，其中超聲波流量計(jì)80余臺，使用氣相色譜分析儀l0臺。在十二五期間，還將計(jì)劃分期實(shí)施甬臺溫、金麗溫等多條輸氣干線、支線，形成逾l300km的省級輸氣環(huán)狀管網(wǎng)。屆時，使用的超聲波流量計(jì)將達(dá)數(shù)百臺，并將有數(shù)十臺氣相色譜分析儀投入運(yùn)營。

由于計(jì)量設(shè)備數(shù)量多，管道距離長，若按傳統(tǒng)的計(jì)量設(shè)備維護(hù)工作方式，設(shè)備維護(hù)人員必須到達(dá)現(xiàn)場對計(jì)量設(shè)備進(jìn)行診斷維護(hù)，不僅工作量大，而且很難保證維護(hù)的及時性，易造成計(jì)量結(jié)果與實(shí)際的偏差，引發(fā)貿(mào)易糾紛。

實(shí)施對計(jì)量設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的在線監(jiān)測，不僅可提高計(jì)量設(shè)備的管理效率，而且可最大限度地減少因計(jì)量設(shè)備異常引發(fā)的貿(mào)易糾紛，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益^[3]。本文對天然氣計(jì)量設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行探討。

2　在線監(jiān)測系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

在線監(jiān)測系統(tǒng)采用3層架構(gòu)，分為：現(xiàn)場層、控制中心層、用戶層?，F(xiàn)場層：廠站安裝超聲波流量計(jì)、氣相色譜分析儀，并配置一臺流量計(jì)算機(jī)專用交換機(jī)，該交換機(jī)與廠站流量計(jì)算機(jī)連接。現(xiàn)場層通過專用光纜，在SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系)光同步傳輸網(wǎng)絡(luò)上建立一個單獨(dú)的通道，以l0Mb／s網(wǎng)絡(luò)帶寬連接至控制中心層?？刂浦行膶樱涸O(shè)置服務(wù)器，接收來自各廠站流量計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)。在服務(wù)器上設(shè)置ACL(Access Control List，訪問控制列表)控制策略，以允許特定IP地址計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。

3　關(guān)鍵技術(shù)

3.1　流量計(jì)算機(jī)組態(tài)

一般的流量汁算機(jī)組態(tài)只是讀取超聲波流鼉計(jì)的計(jì)量結(jié)果及氣相色譜分析儀的分析結(jié)果，并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)上傳至控制中心。為了實(shí)現(xiàn)對超聲波流量計(jì)、氣相色譜分析儀狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，需要對流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行重新組態(tài)，以讀取更多的數(shù)據(jù)。

需要添加的超聲波流量計(jì)狀態(tài)參數(shù)有：各聲道的聲速(SOS)、各聲道的流速(Floe Velocity)、各聲道的增益(Average Gain)、各聲道的增益上限(Gain Limit)、各聲道的信噪比(SNRs)、各聲道的報警狀態(tài)(Alarms)。需要添加的氣相色譜分析儀狀態(tài)參數(shù)有：各組分對應(yīng)的響應(yīng)系數(shù)(Rf)、不確定總量(Total unormalize)、色譜報警信息(Alarms)。

3.2　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是整個在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心，采用wonderware INSQL數(shù)據(jù)庫，通過部署在服務(wù)器上的DA Server，采用MODBUS／TCP協(xié)議實(shí)時采集流量計(jì)算機(jī)中關(guān)于超聲波流量計(jì)、氣相色譜分析儀的相關(guān)數(shù)據(jù)，Wonderware INSQL數(shù)據(jù)庫將采集的數(shù)據(jù)打上時間、質(zhì)量標(biāo)簽后進(jìn)行儲存，供分析軟件讀取使用。Wonderware INSQL數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存取實(shí)時化程度比較高，在硬件滿足要求的前提下，數(shù)據(jù)持續(xù)儲存和檢索速度超過20000條／s，充分滿足監(jiān)控人員對在線監(jiān)測系統(tǒng)的要求。

3.3　分析軟件設(shè)計(jì)

分析軟件可根據(jù)需要，從Wonderware INSQL數(shù)據(jù)庫的實(shí)時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，以圖形化的方式顯示出超聲波流量計(jì)、氣相色譜分析儀的狀態(tài)參數(shù)。主要功能模塊有：計(jì)量設(shè)備管理、計(jì)量結(jié)果及當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)、計(jì)量結(jié)果及狀態(tài)參數(shù)變化趨勢、計(jì)量結(jié)果及狀態(tài)參數(shù)比對、流量計(jì)在線檢測等模塊。下面我們主要分析各功能模塊中計(jì)量設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的管理內(nèi)容。

①計(jì)量設(shè)備管理模塊

計(jì)量設(shè)備管理模塊主要實(shí)現(xiàn)新增計(jì)量設(shè)備的添加以及計(jì)量設(shè)備信息的編輯功能，計(jì)量沒備信息主要包括計(jì)量設(shè)備所在管線、廠站、生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號、生產(chǎn)日期、投入使用日期、檢定日期等。還實(shí)現(xiàn)了計(jì)量設(shè)備檢修維護(hù)管理功能，將計(jì)量設(shè)備異常、日常檢修維護(hù)納入管理，以及按管線、廠站、生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號、工作狀態(tài)(正常、異常)分類查詢檢定情況等信息。

②計(jì)量結(jié)果及當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)模塊

計(jì)量結(jié)果及當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)模塊主要顯示計(jì)量設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)。狀態(tài)參數(shù)可根據(jù)要求分別以柱狀圖、數(shù)字或兩者結(jié)合的形式顯示，監(jiān)控人員可以直觀地觀測計(jì)量設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)是否正常。當(dāng)狀態(tài)參數(shù)出現(xiàn)異常時，相應(yīng)的圖形(或數(shù)字)以紅色顯示(正常時以綠色顯示)，以提醒監(jiān)控人員注意。超聲波流量計(jì)當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)顯示界面見圖l。

③計(jì)量結(jié)果及狀態(tài)參數(shù)變化趨勢模塊

一般而言，監(jiān)控人員很難發(fā)現(xiàn)短時間內(nèi)出現(xiàn)的異常狀態(tài)參數(shù)。利用該功能模塊，監(jiān)控人員可查看一段時間內(nèi)計(jì)量設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，可以捕捉到狀態(tài)參數(shù)短時間的變化，還能對之前的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行追溯。

④計(jì)量結(jié)果及狀態(tài)參數(shù)比對模塊

計(jì)量結(jié)果及狀態(tài)參數(shù)比對模塊可實(shí)現(xiàn)同一計(jì)量設(shè)備不同運(yùn)行時段、不同計(jì)量設(shè)備相同運(yùn)行時段的狀態(tài)參數(shù)比對，以分析計(jì)量設(shè)備可能存在的異常。對于同一計(jì)量設(shè)備不同運(yùn)行時段的狀態(tài)參數(shù)比對，應(yīng)盡量選取運(yùn)行工況較為類似的運(yùn)行時段。對于不同計(jì)量設(shè)備相同運(yùn)行時段的狀態(tài)參數(shù)比對，一般選取一條計(jì)量回路的計(jì)量設(shè)備。

⑤流量計(jì)在線檢測模塊

在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)JJG l030—2007《超聲波流量計(jì)》中有關(guān)以聲速比較為基礎(chǔ)的在線檢測相關(guān)要求，內(nèi)置了AGAl0聲速計(jì)算模塊，可一鍵完成對超聲波流量計(jì)的在線檢測。超聲波流量計(jì)在線檢測界面見圖2。

4　結(jié)語

建設(shè)計(jì)量設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)在高效管理計(jì)量設(shè)備，最大限度地保證天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確性，減少貿(mào)易糾紛，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益等方面將發(fā)揮重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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本文作者：徐階  陳廣仁  錢濟(jì)人

作者單位：浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司