1 現(xiàn)場(chǎng)情況介紹

澀北氣田地處青海省格爾木市西北 260 km 處，肩負(fù)著青、甘、藏三省區(qū)工業(yè)和生活用氣的供氣保障任務(wù)，年生產(chǎn)能力為 55 億標(biāo)方，共使用 8 臺(tái)超聲波流量計(jì)向澀—寧—蘭主線、復(fù)線工藝管 網(wǎng) 輸 氣，其 中 主 線 使 用 4 臺(tái) 型 號(hào) 為 3400 Daniel 超 聲 波 流 量 計(jì)，復(fù) 線 使 用 4 臺(tái) 型 號(hào) 為USE08-6P ＲMG 超聲波流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)工藝流程安裝如圖 1 所示。

檢測(cè)到的工況流量通過 ＲS485 通訊協(xié)議傳送至流量計(jì)算模塊，流體溫度、壓力信號(hào)單獨(dú)接入計(jì)算模塊，后由計(jì)算模塊完成工況流量轉(zhuǎn)標(biāo)方流量計(jì)算及實(shí)現(xiàn)流量計(jì)算方式如圖 2 所示。

 

2 現(xiàn)場(chǎng)診斷技術(shù)實(shí)施的必要性

貿(mào)易計(jì)量作為工藝管網(wǎng)非常后一道門檻，關(guān)乎企業(yè)切身利益。公平、準(zhǔn)確的計(jì)量對(duì)供需雙方來說都顯得尤為重要，稍有不慎會(huì)給公司造成形象和經(jīng)濟(jì)上的損失，每一臺(tái)計(jì)量設(shè)備的可靠運(yùn)行，可非常大程度消除計(jì)量誤差，避免計(jì)量糾紛的發(fā)生。 以 AGA10 計(jì) 算 標(biāo) 準(zhǔn) 為 例，若 溫 度 每 偏 差± 1 ℃，外貿(mào)計(jì)量總量就會(huì)偏差 ± 0. 34% ; 若壓力每偏差 ± 1 kPa，外貿(mào)計(jì)量總量就會(huì)偏差 ± 0. 1% ;若氣體組份造成的計(jì)量偏差為 ± 0. 1% ，外貿(mào)體積總量就會(huì)偏差 ± 0. 5% 。全年銷售商品量按 40 億方計(jì)算，總量誤差可達(dá) 140 ～ 180 萬方，對(duì)于供需雙方來說這一誤差量是難以接受的。歷年來流量計(jì)本身計(jì)量準(zhǔn)確度是否可靠依賴外部判斷。每年由國(guó)家大流量檢定開展使用中檢定項(xiàng)目一次和廠家有限的技術(shù)服務(wù)，不足以保證流量計(jì)時(shí)刻處于非常佳運(yùn)行狀態(tài)。超聲波流量計(jì)屬于高度集成化設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)人員因受技術(shù)力量的束縛只能判斷大流量的偏差，由于流量計(jì)本身原因引起的流量逐步遞增或遞減的流量差異愛莫能助。較長(zhǎng)的判斷周期無形中延長(zhǎng)了處理時(shí)效，偏差的長(zhǎng)期積累使得追根溯源困難重重，對(duì)計(jì)量異議的處理百害而無一利。 

 

3 現(xiàn)場(chǎng)診斷的可行性分析

3. 1 硬件條件

Daniel 3400 型流量計(jì)屬于智能化儀表，具有100M 32 位快速處理器和配套單元，信號(hào)的采集、處理、傳輸一體化，CPU 板具備 ＲS485、ＲS232、 10 Mbps 以太網(wǎng)三種傳輸接口，為與流量計(jì)算機(jī)的順利通訊提供了硬件基礎(chǔ)。 

 

3. 2 軟件條件

丹尼爾原廠提供的 MeterLink 測(cè)試軟件，支持Windows 操作系統(tǒng)，條件較為成熟。 

 

3. 3 支持在線測(cè)試

不管流量計(jì)處于在用還是備用狀態(tài)，用 Meter- Link 軟件在線分析，無需中斷流量計(jì)算機(jī)在線服務(wù)，并且正常計(jì)量不受影響。 

 

4 技術(shù)實(shí)施

4. 1 前期準(zhǔn)備

主流性能便攜式計(jì)算機(jī)一臺(tái)，至少具備一個(gè)以太 網(wǎng) 接 口，操 作 系 統(tǒng) Windows XP、Windows vista、Windows7 均可，計(jì)算機(jī)安裝 Excel 2000 兼容版本軟件和 MeterLink 軟件。ＲJ45—5 PIN 專用通訊接口線一條。 

 

4. 2 聯(lián)機(jī)操作

修改本機(jī) IP 地址為: 192. 168. 135. 100，子網(wǎng)掩碼: 255. 255. 255. 0。啟動(dòng) MeterLink 程序后，點(diǎn)擊連接 ( connect)命令，進(jìn)入配置界面，選擇以太網(wǎng) ( Ethernet) 復(fù)選框，其它選項(xiàng)為默認(rèn)。 

 

4. 3 現(xiàn)場(chǎng)診斷項(xiàng)目

超聲波現(xiàn)場(chǎng)診斷主要關(guān)注的 5 個(gè)參數(shù)分別為增益值 ( Gain) 、信號(hào)質(zhì)量 ( Signal Quality) 、信噪比 ( SNＲ) 、流 速 特 性 ( Velocitv Profile ) 、聲 速( Speed of Sound) 。通過對(duì)以上 5 個(gè)基本參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)診斷，可以識(shí)別流量計(jì)工作狀態(tài)以及局部故障所在。 MeterLink 監(jiān)控界面采集流量計(jì)主要參數(shù)，辨別超聲波流量計(jì)的整體運(yùn)行狀態(tài)，狀態(tài)顯示部分能直觀查看電源、系統(tǒng)、聲道、I/O 輸出等運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄并生成報(bào)告，后期為技術(shù)人員分析故障原因提供數(shù)據(jù)支撐。 

 

4. 3. 1 增益值

流量計(jì)自動(dòng)獲取增益值，增益值要對(duì)接收到的振幅強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整，正常情況下增益值隨管道內(nèi)壓力和流速的變化而變化，四個(gè)聲道數(shù)值處在一個(gè)整體相對(duì)平均的水平。如果某一聲道信號(hào)強(qiáng)度衰減，增益值放大，可能是探頭受臟污介質(zhì)影響，嚴(yán)重時(shí)增益值會(huì)自動(dòng)增加以達(dá)到測(cè)量的要求，直至增至上限。 

 

4. 3. 2 信號(hào)質(zhì)量

信號(hào)質(zhì)量表明通道脈沖的接受程度。丹尼爾四聲道超聲波流量計(jì)通常有 100% 信號(hào)質(zhì)量，接近流量計(jì)所允許的非常大流速時(shí)，信號(hào)質(zhì)量可能會(huì)小于 100% ; 當(dāng)流速僅達(dá)非常高流速的 50% 而信號(hào)質(zhì)量未達(dá) 100% 時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)流量計(jì)進(jìn)行必要的檢查。若信號(hào)質(zhì)量小于 l00% ，計(jì)量準(zhǔn)確度不一定變差，如果信號(hào)質(zhì)量低于 50% ，必須對(duì)流量體進(jìn)行檢查，必要是切換工藝流程。 

 

4. 3. 3 信噪比

信噪比是指接收到的信號(hào)和背景噪音的數(shù)值比率。通常情況下流量計(jì)正常工作有較高的信噪比，丹尼爾四聲道超聲波流量計(jì)正常工作信噪比大于 1 000 db。信噪比小于 250 db 會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量小于 100% ，當(dāng)信噪比小于 100 db 時(shí)會(huì)影響流量計(jì)的計(jì)量精度。

 

現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)信噪比數(shù)據(jù)異常，經(jīng)檢查導(dǎo)致信噪比異常的原因是流量計(jì)前端截止閥開度過小產(chǎn)生噪聲干擾所致，待閥門全開后信噪比增至 2 258分貝，系統(tǒng)恢復(fù)正常。 

 

4. 3. 4 流速特性

流速特性的顯示根據(jù)流量計(jì)聲道設(shè)計(jì)而不同，剖面系數(shù) f 靠近圓心的兩個(gè)聲道的流速除以外側(cè)兩個(gè)聲道流速的比率是流量計(jì)受臟污影響的非常佳指示器，能夠診斷出整流器的工作狀況。剖面系數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于保持準(zhǔn)確度非常重要，理想的剖面系數(shù)數(shù)值為 1. 17，即外側(cè)聲道 ( A 和 D) 流速為平均流速的 0. 89 倍，靠近圓心的聲道 ( B 和 C)流速 是 平 均 流 速 的 1. 042 倍。如 果 剖 面 系 數(shù) 與1. 17 差值的絕對(duì)值大于 0. 05，需排查原因，憑多年經(jīng)驗(yàn)澀北氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)引起剖面系數(shù)過大的原因主要有漩渦、上游整流器部分阻塞、上游法蘭安裝墊片局部伸入計(jì)量管路這三種。A、D 聲道數(shù)據(jù)異常，經(jīng)查為前端法蘭安裝墊片上部局部伸入管路所致，重新安裝調(diào)整后恢復(fù)正常。 

 

4. 3. 5 聲速

聲速超聲波在管道內(nèi)介質(zhì)中傳播的速度，正常情況下各聲道速度在平均聲速上下小范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)某個(gè)聲道的聲速與流量計(jì)的平均聲速差值超過 0. 35% 時(shí)，該聲道會(huì)產(chǎn)生警告。非常常見的原因是因該聲道受介質(zhì)內(nèi)的污物污染所致，需拆卸探頭清潔。 

 

4. 4 聲速核查

 ( SOS) MeterLink 軟件內(nèi)置的 AGA10 流量計(jì)算模塊，模擬計(jì)算理論聲速與實(shí)際平均聲速的差值，是現(xiàn)場(chǎng)診斷流量計(jì)工作狀態(tài)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，若聲速差值在 ± 0. 25% 內(nèi)，可判定為流量裝置整體運(yùn)行在誤差允許范圍之內(nèi)。聲速核查受流量裝置本身計(jì)量能力、氣體組分、壓力和溫度的影響，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表精度有嚴(yán)格要求，需依照 JJG 1030—2007 《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》規(guī)定安裝相應(yīng)準(zhǔn)確度的壓力變送器 ( 絕壓) 、溫度變送器、在線色譜分析儀，并保證測(cè)量參數(shù)近可能接近真值。通常情況下 ± 1 ℃引起 SOS 誤差為 ± 0. 23% ， ± 0. 1 MPa 引 起 SOS 誤差為 ± 0. 02% ，氣體組分的影響很難用具體數(shù)值來衡量。經(jīng) AGA 10 計(jì)算模塊測(cè)算出 SOS精度 ＜ 0. 1% ，現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)不確定度 ± ≤0. 12% ，故 SOS 是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定流量裝置運(yùn)行狀態(tài)正常與否的重要檢測(cè)手段。 

 

4. 5 生成測(cè)試報(bào)告

MeterLink 軟件具備報(bào)告生成功能，可生成包括圖表 ( Charts) 、檢查報(bào)告 ( Inspection Ｒeport) 、聲速 測(cè) 量 配 置 ( SOS Meter Config ) 、原 始 數(shù) 據(jù)( Ｒaw Data) 五個(gè)工作表的 Excel 工作薄，內(nèi)容涉及流量計(jì)關(guān)鍵參數(shù)、趨勢(shì)圖、配置參數(shù)等，便于數(shù)據(jù)比對(duì)，也便于流量計(jì)廠家高級(jí)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)疑難問題的綜合嚴(yán)判提供非常好手?jǐn)?shù)據(jù)。 

 

5 結(jié)束語

超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)診斷技術(shù)在澀北氣田的運(yùn)用，改變了以往依靠外部檢定和廠家技術(shù)人員定期趕赴現(xiàn)場(chǎng)提供技術(shù)服務(wù)來保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的被動(dòng)局面，通過對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的分析、比對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可以比較全面了解超聲波流量計(jì)的整體運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)流量計(jì)出現(xiàn)的一般問題也能做出比較客觀的判斷，對(duì)流量計(jì)實(shí)施針對(duì)性的維護(hù)效果顯著，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有效縮短了故障處理周期，提高了計(jì)量系統(tǒng)的整體精度，為澀北氣田貿(mào)易計(jì)量工作的公平、有序提供了技術(shù)保障。