吳洪偉

（中石化石油工程設(shè)計有限公司，山東 東營 257026）

0 引言

1 遠程診斷系統(tǒng)介紹

氣體超聲流量計遠程診斷系統(tǒng)是一種依托已建的通信網(wǎng)絡(luò)，采用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)計量管理和設(shè)備管理的一種遠程計量診斷平臺。該系統(tǒng)在調(diào)控中心對現(xiàn)場計量系統(tǒng)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(shù)進行采集，并通過軟件對參數(shù)進行邏輯判斷，實現(xiàn)對超聲流量計實時監(jiān)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(tǒng)由輸氣站場超聲流量計、色譜分析儀、流量計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和調(diào)控中心設(shè)備（數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控操作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）組成（見圖1）。

2 遠程診斷系統(tǒng)功能

2.1 監(jiān)測與報警

圖1 超聲流量計遠程診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tài)圖Fig.2 Ultrasonic flowmeter channel alarm status diagram

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

2）當(dāng)現(xiàn)場超聲流量計的重要診斷指標(biāo)和運行參數(shù)超出正常范圍時，進行實時報警，提示相關(guān)人員進行處理（見圖2）。

2.2 趨勢分析與性能追蹤

1）實現(xiàn)計量重要參數(shù)的歷史曲線調(diào)用與查看（見圖3）。

2）實現(xiàn)超聲流量計運行性能指標(biāo)的趨勢分析和追蹤。

3）實現(xiàn)計量回路重要運行性能指標(biāo)的趨勢分析和追蹤。

2.3 聲速核查

系統(tǒng)通過內(nèi)嵌的專業(yè)軟件計算理論聲速，形成符合檢定規(guī)程測量數(shù)據(jù)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(chǎn)褥期服用營養(yǎng)補充劑的情況 31.5%的調(diào)查對象服用營養(yǎng)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(yǎng)補充劑的使用上差異有統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=295.3，P<0.01)。所服用的營養(yǎng)補充劑主要是葉酸(56.4%)、鈣(54.8%)及鐵制劑(21.0%)，少部分為復(fù)合維生素(13.7%)、礦物質(zhì)(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(tǒng)內(nèi)嵌流量計診斷軟件和分析儀診斷軟件，通過內(nèi)嵌的設(shè)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(diào)整，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠程維護（如更換標(biāo)氣數(shù)值、定制色譜分析儀標(biāo)定和運行、遠程自檢、核查等）。工程師無需再奔赴現(xiàn)場就能方便地查看設(shè)備運行參數(shù)，分析設(shè)備的故障原因，及時向現(xiàn)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(shù)據(jù)存儲

所有現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)都進入到數(shù)據(jù)庫中存儲。所有歷史數(shù)據(jù)、操作信息和報警信息將分設(shè)備存于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器運算過程將對數(shù)據(jù)表中的不同數(shù)據(jù)進行分析和運算，并將結(jié)果存于數(shù)據(jù)庫的其它數(shù)據(jù)表中或發(fā)送到監(jiān)視系統(tǒng)。

2.6 系統(tǒng)擴展

遠程診斷系統(tǒng)需預(yù)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(tǒng)建設(shè)必要性

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

3.1 減少輸差，避免貿(mào)易糾紛

氣體超聲流量計遠程診斷系統(tǒng)可實時對超聲流量計的增益、信噪比、聲速、流速等核心參數(shù)進行采集，通過與設(shè)定的參數(shù)限值進行自動比較，給出正確的診斷結(jié)果，若這些核心參數(shù)超出有效范圍，則對流量計進行報警，同時可顯示關(guān)鍵診斷參數(shù)的實時/歷史變化趨勢。通過遠程診斷數(shù)據(jù)和歷史趨勢信息及時預(yù)測或發(fā)現(xiàn)問題，便于采取預(yù)防性措施，從而提高計量精度和重復(fù)性，減少因計量精度偏離造成的經(jīng)濟損失，避免貿(mào)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(tǒng)技術(shù)要求》第10.2.5條規(guī)定：超聲流量計應(yīng)定期檢查接受信號的信噪比[3]，專業(yè)計量管理人員需要定期到達現(xiàn)場，使用專業(yè)軟件才能發(fā)現(xiàn)問題，通常要幾周甚至幾個月才能完成全公司計量系統(tǒng)的檢查。而利用氣體超聲流量計遠程診斷系統(tǒng)在控制中心就能有效監(jiān)控現(xiàn)場計量設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)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(chǎn)的正常運行。無需人員到達現(xiàn)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J(rèn)JG1030－2007《超聲波流量計檢定規(guī)程》第7.4條規(guī)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(xiàn)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(tǒng)，實現(xiàn)天然氣計量數(shù)據(jù)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(jiān)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(xiàn)將超聲流量計的檢定周期從2年延長至6年。

3.4 節(jié)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(yè)計量管理人員有限等特點，按照傳統(tǒng)的計量管理方式每年將會產(chǎn)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(xiàn)場故障導(dǎo)致的輸差成本等。利用當(dāng)前先進超聲流量計遠程診斷系統(tǒng)能夠大大地節(jié)省運營成本，提高計量運營管理的效率，為公司創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。

4 遠程診斷系統(tǒng)設(shè)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(diào)控中心1座，氣體超聲流量計100多臺。所有站場未設(shè)置氣體超聲流量計在線監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，僅僅將計量系統(tǒng)的流量數(shù)據(jù)和報警信息通過流量計算機RS485口上傳至調(diào)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(wěn)定性差，導(dǎo)致天然氣輸差超出控制范圍，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

通過對現(xiàn)場的調(diào)研，部分輸氣站場由于建設(shè)時間比較早，現(xiàn)場超聲流量計到機柜間的網(wǎng)絡(luò)并沒有搭建，還不具備遠程診斷的條件，需要重新敷設(shè)光纜和電纜，增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并對不具備以太網(wǎng)通信功能的超聲流量計進行升級增加以太網(wǎng)卡。2015年之后投產(chǎn)的輸氣站場，站場內(nèi)超聲流量計到機柜間的網(wǎng)絡(luò)已搭建完成，并預(yù)留通信接口，具備遠程診斷的條件。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實際情況，制定如下設(shè)計方案：

4.1 老站場設(shè)計

以輸氣站場A為例，該站2005年建成，現(xiàn)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?，F(xiàn)場流量計距離控制室約150米，無冗余的電纜和光纜。站內(nèi)通信系統(tǒng)配置有光傳輸設(shè)備及24口網(wǎng)絡(luò)交換機（帶VLAN功能）1臺，由于光傳輸設(shè)備型號老舊、接口不足，站場各類業(yè)務(wù)如工業(yè)電視監(jiān)控、視頻會議、辦公網(wǎng)絡(luò)及語音電話和其它信息系統(tǒng)信號等均通過網(wǎng)絡(luò)交換機匯聚，然后接入光傳輸設(shè)備上傳至管道調(diào)控中心。

實施方案：在現(xiàn)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(shè)一條超6類網(wǎng)線。接線箱到站控室計量系統(tǒng)機柜之間，敷設(shè)一條4芯多模光纜。增設(shè)2臺工業(yè)交換機（8電口、2光口），分別安裝于現(xiàn)場防爆接線箱和控制室計量系統(tǒng)機柜內(nèi)?？刂剖矣嬃肯到y(tǒng)機柜內(nèi)交換機通過RJ45網(wǎng)絡(luò)接口連接至已建通信網(wǎng)絡(luò)交換機，并劃分獨立2M帶寬，將數(shù)據(jù)上傳至管道調(diào)控中心。

4.2 新建站場設(shè)計

以輸氣站場B為例，該站2015年建成，現(xiàn)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?，F(xiàn)場流量計到控制室計量系統(tǒng)機柜之間的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)搭建完成。站內(nèi)通信系統(tǒng)設(shè)備相對較新，并有預(yù)留接口。

施工方案：將站內(nèi)計量系統(tǒng)機柜內(nèi)交換機通過RJ45網(wǎng)絡(luò)接口直接接入光傳輸設(shè)備FE口，并劃分獨立2M帶寬，將數(shù)據(jù)上傳至管道調(diào)控中心。

4.3 調(diào)控中心設(shè)計

調(diào)控中心增設(shè)1臺監(jiān)控操作站、1臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及1面服務(wù)器機柜，分別放置于調(diào)控中心的中心控制室和機柜間。對調(diào)控中心光傳輸系統(tǒng)、核心交換機進行網(wǎng)管設(shè)置，為遠程診斷系統(tǒng)劃分100M帶寬，確保計量診斷功能的安全、穩(wěn)定和高效。

5 結(jié)論

對于長距離、多站場的天然氣管網(wǎng)來說，建設(shè)1套氣體超聲流量計遠程診斷系統(tǒng)是非常有必要的。遠程診斷系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)運行中存在的問題，并針對問題采取措施，提高貿(mào)易交接計量的準(zhǔn)確度，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)建設(shè)前期，應(yīng)對現(xiàn)場進行詳細的調(diào)研，充分利用現(xiàn)有天然氣管道監(jiān)控資源，制定經(jīng)濟合理的實施方案。