質量流量計遠程智能診斷系統的開發與應用

崔廣偉

(中國石油化工股份有限公司 天津分公司，天津 300271)

天津石化在進出公司、部際間設置了86臺質量流量計，用于原油、成品油、液化氣、石腦油等管輸物料產品的交接與監督計量，同時應用iFix采集軟件實現了質量流量計流量、溫度、壓力等常規參數的采集與監測。在現場實際應用過程中，發現存在如下問題：

1) 上位機只采集溫度、壓力、密度、累計量等常規參數的運行，監控模式很難發現運行中的零漂、氣化等深層次問題。

2) 常規參數檢查、運行組態、零點調整等操作，只能通過手抄器或專用軟件到現場掛接操作，耗時耗力，效率低。

3) 流量計關鍵參數變化或被人為修改時不易發現，導致最終交接計量數據出現偏差，引起計量糾紛。

4) 目前使用的數據采集系統無法采集到流量計自身報警信息，導致報警發現及處理嚴重滯后，給生產運行及交接計量帶來嚴重影響，且信息無法追溯。

5) 質量流量計每年拆裝檢費用較高，且回裝后容易造成計量失真的情況。

6) 當工藝變化時，往往影響質量流量計準確計量，但該問題很難被發現。

7) 質量流量計在全生命周期的健康趨勢無法判斷，給生產經營造成比較大的影響。

為了有效解決上述問題，該公司借助信息化、智能化、大數據分析等技術，建立質量流量計遠程智能診斷系統(MMS)，完善質量流量計采集參數，實現所有儀表剛性、驅動增益、線圈電壓、活零點等影響計量準確性的220個關鍵參數在線實時智能診斷，系統能夠監測到零漂、氣化、報警等深層的關鍵異常信息，建立起質量流量計全生命周期運行監測管理檔案，通過深化應用，取得了良好效果。

1 遠程智能診斷系統架構及特點

1.1 網絡結構

遠程智能診斷系統網絡結構如圖1所示。

1) 現場采集。該系統下設11個iFix SCADA現場采集站，質量流量計按照菊花鏈連接方式形成RS-485通信總線，并將Modbus RTU協議轉換為標準Modbus TCP協議，實現了數據采集與監控。

2) 采集站集成。各采集站之間通過單模光纖網絡連接，在中心控制室增設系統服務器，實現了現場質量流量計集中管理與深度智能診斷監測。

圖1 遠程智能診斷系統網絡結構示意

1.2 系統流程及特點

該系統數據服務器通過局域網絡采集質量流量計實時數據，整合了高級診斷算法和分類存儲歷史數據，提供了可視化的窗口處理過程信息，系統流程如圖2所示。該系統特點如下。

1) 數據采集參數多。系統實時采集每臺質量流量計220多點關鍵參數信息，包括常規參數、報警參數、設備狀態參數等，為上層應用程序深度診斷提供強大的基礎數據支撐。

2) 網絡結構優化。充分考慮現場儀表分布特點，合理規范部署數據采集網絡結構，通信協議實現由Modbus RTU至Modbus TCP轉變，方便多主機快速獲取儀表數據。

3) 診斷分析算法精準。實時診斷分析運算質量流量計測量管振動頻率、左右檢測線圈電壓、驅動增益、活零點、氣化情況等信息，運行狀態及故障判斷更加精準快速。

4) 人機界面友好。實時數據顯示、歷史數據查詢、歷史報警查詢、參數變化查詢、報告查詢、儀表參數設置、運行數據分析、實時趨勢、歷史趨勢、儀表高級診斷功能、運行診斷、零點驗證、零點標定、智能儀表自校驗(SMV)、大數據全生命周期診斷、安全管理、設備管理等。

5) 多系統聯動。系統生成的報警信息，操作人員可以派單至巡檢系統，同時將巡檢情況回傳至診斷系統，真正實現閉環管理。

圖2 遠程智能診斷系統流程示意

2 遠程智能診斷系統功能應用

2.1 工藝流程及儀表狀態監測

工藝流程及儀表狀態監測包括以下方面：

1) 應用系統中“流程總覽”畫面，可以通過 “甲烷、干氣”、“成品油出廠”、 “石腦油”等工藝流程，分別監測每臺流量計的運行狀況，并通過不同顏色變化，直觀顯示報警狀態信息，為操作人員監控提供依據。

2) 主輔計量數據比對。近幾年中石化總部及該公司陸續推行主輔計量比對工作，為了確保交接計量數據準確，在管線上下游分別設置了同型號質量流量計用以開展實時比對監測。主輔流量計的差值可在工藝流程圖上顯示，通過點選查看主輔流量計更為詳細的診斷信息，準確判斷哪臺流量計異常。主輔流量計差率的計算公式為： 主輔流量計差率=輔流量計流量-主流量計流量)/主流量計流量，當該值大于界面上的設定值時，會出現報警顏色提示。

2.2 工藝運行分析

物料在輸送過程中，易出現氣化等異常工藝情況，導致交接計量數據不準確，影響供需雙方的計量結算。該系統實現了對工藝影響因素的運算分析功能，通過對質量流量計運行過程中流量、密度、溫度、左右檢測線圈電壓、驅動增益等診斷信息分析和計算，評估工藝對批量數據不確定度的影響。通過計算給出一個批量時間內的輕微工藝影響因素和嚴重工藝影響因素的累積量和總累計量之間的比例關系，同時計算出工藝影響系數A.L.(%)、平均密度、平均溫度、累計總量。通過A.L.(%)可以判斷輸送過程中工藝影響因素對流量測量的可信度。通過工藝運行分析對不同交接計量應用建模，以確保準確計量。工藝運行分析情況如圖3所示。

圖3 工藝運行分析示意

2.3 儀表健康狀態在線自診斷

應用大數據分析，在該系統設置“智能自校驗”、“零點驗證”、“零點標定”、“全生命周期分析”等幾項健康狀態自診斷功能，通過應用該功能，操作人員不必到現場逐臺獲取相應數據。該系統能夠實時獲取詳細數據進行儀表智能自校驗，并將診斷結果呈現給操作人員。這樣既可以提高維護效率和減少勞動成本，又可以延長質量流量計的使用壽命，使質量流量計運行始終處于最佳工作狀態。

2.3.1智能自校驗

智能自校驗實現了對流量計標定系數的在線自校驗和核查，并能檢測流量計是否磨損、腐蝕和介質掛壁問題以及整個流量計系統硬件診斷功能。可以在流量計測量過程中，實現質量流量計剛性法的自校驗功能，校驗時間只需2 min，并給出自校驗報告。當出現計量糾紛時，不需要馬上拆下來進行離線檢定，只需通過自校驗來確認質量流量計的精度和健康情況，即可以節省維護成本，也為儀表預維護提供依據。

2.3.2零點驗證與標定

1) 零點驗證。儀表零點值是影響計量準確性的重要指標，該系統提供儀表零點核查功能，可實時獲取到測量管振動頻率、左檢測線圈電壓、右檢測線圈電壓、驅動增益、活零點等信息，開展零點驗證核查。活零點是在一定時間范圍內用平均值和流量計的零點穩定性指標進行比較，如果零點核查通過，說明目前是一個好的零點，不需要標定零點；如果零點核查通不過，需要標定零點。

2) 零點標定。符合操作條件下，系統連續三次采集和比較計算“調零”的零點偏置，最終將結果和流量計的零點穩定性指標進行比較，如果在零點穩定性指標內，則說明零點標定通過，如果在零點穩定性指標外，則提示零點標定沒通過，需要再次標定零點。

2.3.3全生命周期管理

全生命周期分析中的剛性數據及零點數據依據儀表變化事件、“剛性”參數及“調零”參數變化事件的發生而采集并存儲，為每臺質量流量計全生命周期管理提供詳實數據。

2.4 狀態報警

該系統提供了強大的系統報警功能。在基于以上診斷識別出異常信息時，該系統中會產生詳細的報警信息，同時根據事先設定好的接收人員，自動將報警以短信形式推送至相關人員手機，操作人員可以通過派單形式下發至巡檢人員進行現場巡檢，自動記錄巡檢內容。

2.4.1關鍵參數變化報警

系統自動跟蹤核查系統內每臺儀表參數的變化情況，變更時間、變更前后值，如果超出設定值，提示報警信息。

2.4.2報警處理

該系統采集全部儀表報警信息，并提供了對應的報警代碼解釋信息。通過報警代碼，即可獲知儀表出現哪些更深層次的問題。

2.4.3報警專家庫指導派單

該系統不僅具備儀表報警功能，同時還增加了巡檢派單功能。根據儀表報警情況、專家庫處理意見，操作人員可參考以上幫助信息，對現場保運人員進行巡檢派單。相比老式報警監控系統，專家庫的支持以及定向巡檢可更加精準找到儀表故障點。

3 應用效果

質量流量計遠程智能診斷系統實現了對該公司現場86臺質量流量計遠程集中監控管理，應用大數據實時智能診斷運算分析給出了量化結果。

1) 應用該系統對質量流量計進行實時在線診斷核查，可以取消原部際間質量流量計檢定工作。每年可以為公司節約拆裝檢定費用約40萬元，另外可以避免拆裝、運輸過程中對表體及準確度造成的影響，同時降低了人員勞動強度。

2) 2017年8月21日15時，系統中W136號儀表連續出現傳感器/變送器通信失敗，變送器初始化，驅動超出量程，驅動增益低等4個關鍵報警信息。經排查為核心處理器故障，成功避免交接雙方出現計量糾紛。

3) 2017年10月5日在應用系統開展診斷監測過程中，發現煉油部供烯烴部重石腦油質量流量計驅動增益和密度劇烈波動，經過系統診斷運算，發現輸送過程中存在流量過小而產生3.64%嚴重氣化現象，確定其管線處于不滿管狀態。為此及時通知調度調整工藝及閥門開度，成功避免了計量結算爭議，確保計量數據精準。

4) 2017年12月19日，通過診斷系統發現化工部供中沙(天津)石化公司抽余油流量計密度由680 kg/m3增到730 kg/m3，系統連續報警“驅動增益超出量程”、“左檢測線圈超限錯誤”，同時與下游表比對出現0.3%允差指標，最大時達到0.74%。經拆檢發現流量計出現嚴重掛壁，經清洗后恢復正常。

4 結束語

通過完善質量流量計采集參數，系統能夠監測到零漂、氣化、報警等關鍵的異常信息，建立起質量流量計全生命周期運行監測管理檔案，通過深化應用，取得了良好效果，在企業生產經營中充分發揮計量把關作用。