大慶石化分公司煉油廠天然氣入廠監控系統升級改造方案

姚慧

[摘 要] 文章所述方案的主要內容是在不改變原有操作流程的前提下，對現有系統進行軟硬件升級。

[關鍵詞] 天然氣；監控系統；升級改造

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 07. 063

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）07- 0153- 02

0 前 言

煉油廠生產用天然氣由天然氣公司管輸，結算數據以供方為準。煉油廠以計量監控為目的，在天然氣入廠管線處建立計量站，通過對現場一次儀表（溫度、壓力、孔板流量計）進行數據采集，經下位機模數轉換后，由上位機進行天然氣標況流量計算。該計量系統由于投用時間較早，存在設備陳舊、備件不足等運行隱患。

本方案的主要內容是在不改變原有操作流程的前提下，對現有系統進行軟硬件升級，新系統與舊系統將在一定時期內雙軌運行，以便進行數據比對。在確認新系統計算誤差在許可范圍內之后，淘汰舊計量系統。

1 需求分析

通過對公司規劃計劃部、煉油廠計量中心、煉油廠生產調度多次調研，總結出新系統需滿足的基本要求。

1.1 提高系統穩定性、可維護性

現有系統計算軟件由FIX 6.5版本軟件平臺開發，該軟件平臺僅能運行于Windows NT系統。運行該軟件的上位機為已停產的研華610工作站，由于操作系統限制只能有效使用10 G硬盤空間，且該款工作站僅支持并口硬盤。目前該系統由于缺乏技術支持及配件停產等原因難以進行系統維護。新系統應采用主流戴爾工作站替換陳舊的上位機，操作系統升級為Windows 7以上版本。計算軟件開發平臺更換為在大慶石化廣泛應用，具備良好技術支持的Realinfo平臺。

1.2 確保系統計算數據準確性、合法性

新系統計算方法必須符合國家標準、行業標準，計算結果在計量儀表具自身誤差范圍內應與供方數據結果保持一致。

1.3 提供MES系統可用的數據接口

現有系統僅能使用Network DDE方式進行第三方數據通信，無法將數據直接上傳至MES系統。新系統應具備MES支持的OPC-DA通訊接口。

1.4 應用范圍

該系統主要應用范圍：煉油廠計量中心，煉油廠生產調度。

2 實現目標

（1）建設一套天然氣入廠自動計量系統，系統計算方法符合國家《GB/T 21446-2008》標準要求。（2）實時計算標況下天然氣入廠瞬時流量、小時累積流量，實時顯示壓力、溫度變化趨勢圖。（3）提供模擬計算功能，通過修改儀表參數、天然組份等相關數據，結合實際測量的溫度、壓力及差壓值，計算標況下天然氣流量。（4）歷史數據獨立保存5年以上。（5）提供基于角色的權限管理，具備“工程師”、“操作工”不同權限設定。（6）系統界面保持設計與原系統保持一致，不改變即有操作習慣。（7）提供OPC-DA數據接口，實現向MES系統實時數據傳輸。

3 系統架構

3.1 設計原則

（1）充分考慮現有業務流程和管理模式：在不影響現有業務流程和現有管理模式的情況下，提出可操作的、適合新系統實施的合理模式。（2）實用性原則：充分利用現有網絡和硬件資源，避免重復投資。（3）可靠性原則：本系統通過深入的調研、嚴密的設計、嚴格的實施，采用穩定先進的開發工具，進行反復的測試，將系統的出錯的可能性降到最低。（4）安全性原則：本系統主要考慮通信網絡安全、服務器操作系統安全、數據庫安全、系統安全、數據信息安全以及生產管理細則措施上的安全性要求。

3.2 技術架構

（1）操作系統采用Windows 7操作系統。（2）在基礎數據庫層，采用Realinfo 實時數據庫平臺。 （3）在技術體系層面，系統將采用C/S結構進行軟件體系設計。（4）安全及權限機制：面向角色的權限管理，分為“工程師”及“操作工”兩種角色限制策略。

3.3 系統架構體系

3.3.1 硬件架構

一次表信號接入一進兩出模擬量輸入式隔離柵（MTL5043），一路輸出信號接到原計量系統，另一路輸出信號接到智能信號轉換模塊，智能模塊采用研華的ADAM-6017-BE的8路模擬量輸入模塊，智能信號轉換模塊通過485通訊協議將信號傳送給上位機。

3.3.2 軟件架構

通過RS485/MODBUS接口對研華智能模塊進行數據采集至實時數據庫。計算模塊調用實時數據中相關數據進行計算，計算結果以實時數據形式保存至數據庫中。

4 系統功能設計

具有自動實時采集檢測數據、自動實時處理數據、按照國家標準規定自動實時計算天然流量并對流量數據進行累計歸檔。同時對系統設置的基本參數、檢測參數、歷史事件進行存儲和管理。

功能模型如圖1所示。

4.1 數據采集

采集程序通過標準Modbus TCP/IP協議對研華智能模塊進行采集，采集的數據包括：溫度、差壓、壓力，數據存儲至實時數據庫。

4.2 數據存儲

數據存儲包括采集數據存儲和運算數據存儲兩部分，采集數據按驅動提供進行存儲，運算數據的實際數據和模擬數據均可按用戶指定的存儲時長、存儲周期進行存儲，保證數據的完整性。

4.3 公式計算

公式是編程人員在系統開發時在運算模塊內配置完成的，運算用到的實時數據可從數據庫中直接獲取。

4.4 圖形界面

系統提供圖形化的展示界面，能夠方便用戶對采集數據進行查看，同時提供模擬計算和真實計算界面，能夠快速的調用運算模塊將運算結果在圖形界面進行展示。

提供專業人員所需的壓力、差壓、溫度、四種流量即：體積流量、質量流量、體積能量流量、質量能量流量、以及它們的1 h、24 h累計流量，并有壓力、差壓、溫度、瞬時量的1分鐘趨勢圖和量程設定值。

4.6 小時打印

每小時整點時，系統自動生成一條當前計算結果，并和時間、描述等信息組成一條該整點的詳細數據信息，通過打印機驅動程序將本條數據信息進行打印，方便用戶對數據存檔。

5 實施計劃

5.1 實施前提

5.1.1 人員保障

由大慶石化公司和金橋公司組成聯合項目組，共同完成該項目，項目的組織分為三個層次：領導層、管理層和執行層，每個層次負責不同的項目職能。

（1）領導層。領導層將負責對項目整體方向的控制，對項目過程中產生的重要問題進行討論分析和決策。（2）管理層。管理層負責項目的管理，包括對項目風險、進度、預算、資源、集成等項目管理涉及的各方面的控制、分析和工作安排。建議大慶石化公司指定專門項目負責人參與到項目的整體管理當中，并負責內部的工作協調和組織對項目工作成果的接收、評估和意見反饋。（3）執行層。執行層將在管理層的領導下完成對項目的系統需求分析、系統整體設計、系統開發、系統測試、文檔整理、系統配置等各方面的具體工作。

項目人員配置4人。項目經理1人，負責項目風險、進度、預算、資源、集成等項目管理涉及的各方面的控制、分析和工作安排；系統設計師1人，按需求進行數據庫設計和詳細設計；系統開發工程師1人，按設計要求，實現系統功能；系統實施工程師1人，負責指導用戶使用系統，維護系統穩定運行。

5.2 實施內容

（1）軟件開發。需求調研、系統設計、系統開發、系統測試、系統培訓、系統實施。（2）用戶培訓。對使用該系統的操作工、計量中心工程師進行培訓。（3）系統試運行。系統發布后，進入試運行階段，實施人員在現場與原有系統數據進行比對監控，確認系統運算數據準確性及可靠性。

5.3 進度計劃

軟件開發需68人日，硬件安裝需7人日，計劃雙軌運行3個月。起始時間2014年1月16日，完成時間2014年4月29日，需求分析及調研7個工作日、算法梳理5個工作日、運算模塊開發15個工作日、數采驅動10個工作日、存儲邏輯9個工作日、圖形界面8個工作日、打印功能及調試7個工作日、系統測試、安裝、試運行74個工作日。

6 風險分析

項目的設計開發和實施應用過程中，可能會面臨幾種的風險：（1）計算結果與供方數據差異大于儀表自身誤差（3%），解決辦法：分解計算模塊，結合現場數據逐一核對計算方法。（2）訂貨設備不能及時到貨。解決辦法：提前訂貨，縮短采購周期

7 實施效果

提高天然氣入廠計量的可靠性、實用性、安全性，具備自主維護能力。流量計算符合國家《GB/T 21446-2008》標準，能自動顯示瞬時流量、累積流量、壓力、溫度等各種參數與趨勢，系統自動化程度高、計算準確、誤差小、操作簡便并可通過模擬計算功能，推演數據異常情況。同時具備MES系統數據上傳。

8 投資估算

8.1 投資估算范圍

涉及的費用范圍為：工程費用（硬件費、應用軟件費、設計費、系統集成費），不包括其他費用（評估費、會議費、培訓費）等。

8.2 投資估算說明

（1）本方案應用軟件報價包括開發平臺及系統開發部分。（2）本方案硬件費包含安裝、調試、施工部分。（3）由于硬件型號和價格變動頻繁，本方案硬件費用僅供參考。

8.3 投資估算結果

8.3.1 費用匯總

系統實施12.1萬元、軟件采購0.3萬元、硬件采購25.9萬元，合計14.99萬元。

8.3.2 硬件采購

安全柵6個，費用8 280元；研華智能版卡2個，4 980元；工控機1臺，12 650元。