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      超聲波流量計現場診斷技術在澀北氣田的運用

      來源: 作者: 發布日期:2021-04-16

       摘要: 近年來隨著天然氣工業的不斷發展,超聲波流量計所特有的計量精度高、重復性好、無可動阻流部件、量程比寬等特點在大流量貿易計量中被廣泛應用。依據 JJG 1030—2007 《超聲波流量計檢定規程》要求,該型流量計檢定周期為兩年,若流量計攜帶自診斷功能的專業測試軟件,定期通過在線檢定 ( 聲速核查) ,檢定周期可延長至 6 年。文章以 Daniel 3400 型超聲波流量計為例,結合澀北氣田外貿計量實際,詳細闡述現場診斷技術在生產現場的廣泛運用及實現方法。

       
      1 現場情況介紹
      澀北氣田地處青海省格爾木市西北 260 km 處,肩負著青、甘、藏三省區工業和生活用氣的供氣保障任務,年生產能力為 55 億標方,共使用 8 臺超聲波流量計向澀—寧—蘭主線、復線工藝管 網 輸 氣,其 中 主 線 使 用 4 臺 型 號 為 3400 Daniel 超 聲 波 流 量 計,復 線 使 用 4 臺 型 號 為USE08-6P RMG 超聲波流量計,現場工藝流程安裝如圖 1 所示。
      超聲波流量計工藝安裝示意圖
      檢測到的工況流量通過 RS485 通訊協議傳送至流量計算模塊,流體溫度、壓力信號單獨接入計算模塊,后由計算模塊完成工況流量轉標方流量計算及實現流量計算方式如圖 2 所示。
      超聲波流量計計量系統結構圖
       
      2 現場診斷技術實施的必要性
      貿易計量作為工藝管網非常后一道門檻,關乎企業切身利益。公平、準確的計量對供需雙方來說都顯得尤為重要,稍有不慎會給公司造成形象和經濟上的損失,每一臺計量設備的可靠運行,可非常大程度消除計量誤差,避免計量糾紛的發生。 以 AGA10 計 算 標 準 為 例,若 溫 度 每 偏 差± 1 ℃,外貿計量總量就會偏差 ± 0. 34% ; 若壓力每偏差 ± 1 kPa,外貿計量總量就會偏差 ± 0. 1% ;若氣體組份造成的計量偏差為 ± 0. 1% ,外貿體積總量就會偏差 ± 0. 5% 。全年銷售商品量按 40 億方計算,總量誤差可達 140 ~ 180 萬方,對于供需雙方來說這一誤差量是難以接受的。歷年來流量計本身計量準確度是否可靠依賴外部判斷。每年由國家大流量檢定開展使用中檢定項目一次和廠家有限的技術服務,不足以保證流量計時刻處于非常佳運行狀態。超聲波流量計屬于高度集成化設備,現場人員因受技術力量的束縛只能判斷大流量的偏差,由于流量計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。較長的判斷周期無形中延長了處理時效,偏差的長期積累使得追根溯源困難重重,對計量異議的處理百害而無一利。 
       
      3 現場診斷的可行性分析
      3. 1 硬件條件
      Daniel 3400 型流量計屬于智能化儀表,具有100M 32 位快速處理器和配套單元,信號的采集、處理、傳輸一體化,CPU 板具備 RS485、RS232、 10 Mbps 以太網三種傳輸接口,為與流量計算機的順利通訊提供了硬件基礎。 
       
      3. 2 軟件條件
      丹尼爾原廠提供的 MeterLink 測試軟件,支持Windows 操作系統,條件較為成熟。 
       
      3. 3 支持在線測試
      不管流量計處于在用還是備用狀態,用 Meter- Link 軟件在線分析,無需中斷流量計算機在線服務,并且正常計量不受影響。 
       
      4 技術實施
      4. 1 前期準備
      主流性能便攜式計算機一臺,至少具備一個以太 網 接 口,操 作 系 統 Windows XP、Windows vista、Windows7 均可,計算機安裝 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 聯機操作
      修改本機 IP 地址為: 192. 168. 135. 100,子網掩碼: 255. 255. 255. 0。啟動 MeterLink 程序后,點擊連接 ( connect)命令,進入配置界面,選擇以太網 ( Ethernet) 復選框,其它選項為默認。 
       
      4. 3 現場診斷項目
      超聲波現場診斷主要關注的 5 個參數分別為增益值 ( Gain) 、信號質量 ( Signal Quality) 、信噪比 ( SNR) 、流 速 特 性 ( Velocitv Profile ) 、聲 速( Speed of Sound) 。通過對以上 5 個基本參數的實時檢測診斷,可以識別流量計工作狀態以及局部故障所在。 MeterLink 監控界面采集流量計主要參數,辨別超聲波流量計的整體運行狀態,狀態顯示部分能直觀查看電源、系統、聲道、I/O 輸出等運行狀態。當報警產生時,系統自動記錄并生成報告,后期為技術人員分析故障原因提供數據支撐。 
       
      4. 3. 1 增益值
      流量計自動獲取增益值,增益值要對接收到的振幅強度自動調整,正常情況下增益值隨管道內壓力和流速的變化而變化,四個聲道數值處在一個整體相對平均的水平。如果某一聲道信號強度衰減,增益值放大,可能是探頭受臟污介質影響,嚴重時增益值會自動增加以達到測量的要求,直至增至上限。 
       
      4. 3. 2 信號質量
      信號質量表明通道脈沖的接受程度。丹尼爾四聲道超聲波流量計通常有 100% 信號質量,接近流量計所允許的非常大流速時,信號質量可能會小于 100% ; 當流速僅達非常高流速的 50% 而信號質量未達 100% 時,應及時對流量計進行必要的檢查。若信號質量小于 l00% ,計量準確度不一定變差,如果信號質量低于 50% ,必須對流量體進行檢查,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和背景噪音的數值比率。通常情況下流量計正常工作有較高的信噪比,丹尼爾四聲道超聲波流量計正常工作信噪比大于 1 000 db。信噪比小于 250 db 會導致信號質量小于 100% ,當信噪比小于 100 db 時會影響流量計的計量精度。
       
      現場流量計信噪比數據異常,經檢查導致信噪比異常的原因是流量計前端截止閥開度過小產生噪聲干擾所致,待閥門全開后信噪比增至 2 258分貝,系統恢復正常。 
       
      4. 3. 4 流速特性
      流速特性的顯示根據流量計聲道設計而不同,剖面系數 f 靠近圓心的兩個聲道的流速除以外側兩個聲道流速的比率是流量計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。剖面系數的實時監測對于保持準確度非常重要,理想的剖面系數數值為 1. 17,即外側聲道 ( 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 與1. 17 差值的絕對值大于 0. 05,需排查原因,憑多年經驗澀北氣田生產現場引起剖面系數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量管路這三種。A、D 聲道數據異常,經查為前端法蘭安裝墊片上部局部伸入管路所致,重新安裝調整后恢復正常。 
       
      4. 3. 5 聲速
      聲速超聲波在管道內介質中傳播的速度,正常情況下各聲道速度在平均聲速上下小范圍內波動,當某個聲道的聲速與流量計的平均聲速差值超過 0. 35% 時,該聲道會產生警告。非常常見的原因是因該聲道受介質內的污物污染所致,需拆卸探頭清潔。 
       
      4. 4 聲速核查
       ( SOS) MeterLink 軟件內置的 AGA10 流量計算模塊,模擬計算理論聲速與實際平均聲速的差值,是現場診斷流量計工作狀態的一個重要環節,若聲速差值在 ± 0. 25% 內,可判定為流量裝置整體運行在誤差允許范圍之內。聲速核查受流量裝置本身計量能力、氣體組分、壓力和溫度的影響,對現場儀表精度有嚴格要求,需依照 JJG 1030—2007 《超聲流量計檢定規程》規定安裝相應準確度的壓力變送器 ( 絕壓) 、溫度變送器、在線色譜分析儀,并保證測量參數近可能接近真值。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值來衡量。經 AGA 10 計算模塊測算出 SOS精度 < 0. 1% ,現場校驗不確定度 ± ≤0. 12% ,故 SOS 是生產現場評定流量裝置運行狀態正常與否的重要檢測手段。 
       
      4. 5 生成測試報告
      MeterLink 軟件具備報告生成功能,可生成包括圖表 ( Charts) 、檢查報告 ( Inspection Report) 、聲速 測 量 配 置 ( SOS Meter Config ) 、原 始 數 據( Raw Data) 五個工作表的 Excel 工作薄,內容涉及流量計關鍵參數、趨勢圖、配置參數等,便于數據比對,也便于流量計廠家高級專業技術人員對疑難問題的綜合嚴判提供非常好手數據。 
       
      5 結束語
      超聲波流量計現場診斷技術在澀北氣田的運用,改變了以往依靠外部檢定和廠家技術人員定期趕赴現場提供技術服務來保障系統正常運行的被動局面,通過對關鍵參數的分析、比對,現場技術人員可以比較全面了解超聲波流量計的整體運行狀態,對流量計出現的一般問題也能做出比較客觀的判斷,對流量計實施針對性的維護效果顯著,提高了系統運行的穩定性,有效縮短了故障處理周期,提高了計量系統的整體精度,為澀北氣田貿易計量工作的公平、有序提供了技術保障。

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