質(zhì)量流量計(jì)遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)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(jìn)出公司、部際間設(shè)置了86臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)，用于原油、成品油、液化氣、石腦油等管輸物料產(chǎn)品的交接與監(jiān)督計(jì)量，同時(shí)應(yīng)用iFix采集軟件實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量流量計(jì)流量、溫度、壓力等常規(guī)參數(shù)的采集與監(jiān)測。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

1) 上位機(jī)只采集溫度、壓力、密度、累計(jì)量等常規(guī)參數(shù)的運(yùn)行，監(jiān)控模式很難發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的零漂、氣化等深層次問題。

2) 常規(guī)參數(shù)檢查、運(yùn)行組態(tài)、零點(diǎn)調(diào)整等操作，只能通過手抄器或?qū)Ｓ密浖浆F(xiàn)場掛接操作，耗時(shí)耗力，效率低。

3) 流量計(jì)關(guān)鍵參數(shù)變化或被人為修改時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致最終交接計(jì)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，引起計(jì)量糾紛。

4) 目前使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無法采集到流量計(jì)自身報(bào)警信息，導(dǎo)致報(bào)警發(fā)現(xiàn)及處理嚴(yán)重滯后，給生產(chǎn)運(yùn)行及交接計(jì)量帶來嚴(yán)重影響，且信息無法追溯。

5) 質(zhì)量流量計(jì)每年拆裝檢費(fèi)用較高，且回裝后容易造成計(jì)量失真的情況。

6) 當(dāng)工藝變化時(shí)，往往影響質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量，但該問題很難被發(fā)現(xiàn)。

7) 質(zhì)量流量計(jì)在全生命周期的健康趨勢無法判斷，給生產(chǎn)經(jīng)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(shù)據(jù)分析等技術(shù)，建立質(zhì)量流量計(jì)遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)(MMS)，完善質(zhì)量流量計(jì)采集參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有儀表剛性、驅(qū)動(dòng)增益、線圈電壓、活零點(diǎn)等影響計(jì)量準(zhǔn)確性的220個(gè)關(guān)鍵參數(shù)在線實(shí)時(shí)智能診斷，系統(tǒng)能夠監(jiān)測到零漂、氣化、報(bào)警等深層的關(guān)鍵異常信息，建立起質(zhì)量流量計(jì)全生命周期運(yùn)行監(jiān)測管理檔案，通過深化應(yīng)用，取得了良好效果。

1 遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)架構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1) 現(xiàn)場采集。該系統(tǒng)下設(shè)11個(gè)iFix SCADA現(xiàn)場采集站，質(zhì)量流量計(jì)按照菊花鏈連接方式形成RS-485通信總線，并將Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)Modbus TCP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。

2) 采集站集成。各采集站之間通過單模光纖網(wǎng)絡(luò)連接，在中心控制室增設(shè)系統(tǒng)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場質(zhì)量流量計(jì)集中管理與深度智能診斷監(jiān)測。

圖1 遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

1.2 系統(tǒng)流程及特點(diǎn)

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器通過局域網(wǎng)絡(luò)采集質(zhì)量流量計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，整合了高級(jí)診斷算法和分類存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，提供了可視化的窗口處理過程信息，系統(tǒng)流程如圖2所示。該系統(tǒng)特點(diǎn)如下。

1) 數(shù)據(jù)采集參數(shù)多。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集每臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)220多點(diǎn)關(guān)鍵參數(shù)信息，包括常規(guī)參數(shù)、報(bào)警參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)等，為上層應(yīng)用程序深度診斷提供強(qiáng)大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。充分考慮現(xiàn)場儀表分布特點(diǎn)，合理規(guī)范部署數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)由Modbus RTU至Modbus TCP轉(zhuǎn)變，方便多主機(jī)快速獲取儀表數(shù)據(jù)。

3) 診斷分析算法精準(zhǔn)。實(shí)時(shí)診斷分析運(yùn)算質(zhì)量流量計(jì)測量管振動(dòng)頻率、左右檢測線圈電壓、驅(qū)動(dòng)增益、活零點(diǎn)、氣化情況等信息，運(yùn)行狀態(tài)及故障判斷更加精準(zhǔn)快速。

4) 人機(jī)界面友好。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史報(bào)警查詢、參數(shù)變化查詢、報(bào)告查詢、儀表參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)趨勢、歷史趨勢、儀表高級(jí)診斷功能、運(yùn)行診斷、零點(diǎn)驗(yàn)證、零點(diǎn)標(biāo)定、智能儀表自校驗(yàn)(SMV)、大數(shù)據(jù)全生命周期診斷、安全管理、設(shè)備管理等。

5) 多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)生成的報(bào)警信息，操作人員可以派單至巡檢系統(tǒng)，同時(shí)將巡檢情況回傳至診斷系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。

圖2 遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)流程示意

2 遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)功能應(yīng)用

2.1 工藝流程及儀表狀態(tài)監(jiān)測

工藝流程及儀表狀態(tài)監(jiān)測包括以下方面：

1) 應(yīng)用系統(tǒng)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(jiān)測每臺(tái)流量計(jì)的運(yùn)行狀況，并通過不同顏色變化，直觀顯示報(bào)警狀態(tài)信息，為操作人員監(jiān)控提供依據(jù)。

2) 主輔計(jì)量數(shù)據(jù)比對(duì)。近幾年中石化總部及該公司陸續(xù)推行主輔計(jì)量比對(duì)工作，為了確保交接計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在管線上下游分別設(shè)置了同型號(hào)質(zhì)量流量計(jì)用以開展實(shí)時(shí)比對(duì)監(jiān)測。主輔流量計(jì)的差值可在工藝流程圖上顯示，通過點(diǎn)選查看主輔流量計(jì)更為詳細(xì)的診斷信息，準(zhǔn)確判斷哪臺(tái)流量計(jì)異常。主輔流量計(jì)差率的計(jì)算公式為： 主輔流量計(jì)差率=輔流量計(jì)流量-主流量計(jì)流量)/主流量計(jì)流量，當(dāng)該值大于界面上的設(shè)定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)報(bào)警顏色提示。

2.2 工藝運(yùn)行分析

物料在輸送過程中，易出現(xiàn)氣化等異常工藝情況，導(dǎo)致交接計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響供需雙方的計(jì)量結(jié)算。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝影響因素的運(yùn)算分析功能，通過對(duì)質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)行過程中流量、密度、溫度、左右檢測線圈電壓、驅(qū)動(dòng)增益等診斷信息分析和計(jì)算，評(píng)估工藝對(duì)批量數(shù)據(jù)不確定度的影響。通過計(jì)算給出一個(gè)批量時(shí)間內(nèi)的輕微工藝影響因素和嚴(yán)重工藝影響因素的累積量和總累計(jì)量之間的比例關(guān)系，同時(shí)計(jì)算出工藝影響系數(shù)A.L.(%)、平均密度、平均溫度、累計(jì)總量。通過A.L.(%)可以判斷輸送過程中工藝影響因素對(duì)流量測量的可信度。通過工藝運(yùn)行分析對(duì)不同交接計(jì)量應(yīng)用建模，以確保準(zhǔn)確計(jì)量。工藝運(yùn)行分析情況如圖3所示。

圖3 工藝運(yùn)行分析示意

2.3 儀表健康狀態(tài)在線自診斷

應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析，在該系統(tǒng)設(shè)置“智能自校驗(yàn)”、“零點(diǎn)驗(yàn)證”、“零點(diǎn)標(biāo)定”、“全生命周期分析”等幾項(xiàng)健康狀態(tài)自診斷功能，通過應(yīng)用該功能，操作人員不必到現(xiàn)場逐臺(tái)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儀表智能自校驗(yàn)，并將診斷結(jié)果呈現(xiàn)給操作人員。這樣既可以提高維護(hù)效率和減少勞動(dòng)成本，又可以延長質(zhì)量流量計(jì)的使用壽命，使質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)行始終處于最佳工作狀態(tài)。

2.3.1智能自校驗(yàn)

智能自校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量計(jì)標(biāo)定系數(shù)的在線自校驗(yàn)和核查，并能檢測流量計(jì)是否磨損、腐蝕和介質(zhì)掛壁問題以及整個(gè)流量計(jì)系統(tǒng)硬件診斷功能?？梢栽诹髁坑?jì)測量過程中，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量計(jì)剛性法的自校驗(yàn)功能，校驗(yàn)時(shí)間只需2 min，并給出自校驗(yàn)報(bào)告。當(dāng)出現(xiàn)計(jì)量糾紛時(shí)，不需要馬上拆下來進(jìn)行離線檢定，只需通過自校驗(yàn)來確認(rèn)質(zhì)量流量計(jì)的精度和健康情況，即可以節(jié)省維護(hù)成本，也為儀表預(yù)維護(hù)提供依據(jù)。

2.3.2零點(diǎn)驗(yàn)證與標(biāo)定

1) 零點(diǎn)驗(yàn)證。儀表零點(diǎn)值是影響計(jì)量準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，該系統(tǒng)提供儀表零點(diǎn)核查功能，可實(shí)時(shí)獲取到測量管振動(dòng)頻率、左檢測線圈電壓、右檢測線圈電壓、驅(qū)動(dòng)增益、活零點(diǎn)等信息，開展零點(diǎn)驗(yàn)證核查?；盍泓c(diǎn)是在一定時(shí)間范圍內(nèi)用平均值和流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行比較，如果零點(diǎn)核查通過，說明目前是一個(gè)好的零點(diǎn)，不需要標(biāo)定零點(diǎn)；如果零點(diǎn)核查通不過，需要標(biāo)定零點(diǎn)。

2) 零點(diǎn)標(biāo)定。符合操作條件下，系統(tǒng)連續(xù)三次采集和比較計(jì)算“調(diào)零”的零點(diǎn)偏置，最終將結(jié)果和流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行比較，如果在零點(diǎn)穩(wěn)定性指標(biāo)內(nèi)，則說明零點(diǎn)標(biāo)定通過，如果在零點(diǎn)穩(wěn)定性指標(biāo)外，則提示零點(diǎn)標(biāo)定沒通過，需要再次標(biāo)定零點(diǎn)。

2.3.3全生命周期管理

全生命周期分析中的剛性數(shù)據(jù)及零點(diǎn)數(shù)據(jù)依據(jù)儀表變化事件、“剛性”參數(shù)及“調(diào)零”參數(shù)變化事件的發(fā)生而采集并存儲(chǔ)，為每臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)全生命周期管理提供詳實(shí)數(shù)據(jù)。

2.4 狀態(tài)報(bào)警

該系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)報(bào)警功能。在基于以上診斷識(shí)別出異常信息時(shí)，該系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生詳細(xì)的報(bào)警信息，同時(shí)根據(jù)事先設(shè)定好的接收人員，自動(dòng)將報(bào)警以短信形式推送至相關(guān)人員手機(jī)，操作人員可以通過派單形式下發(fā)至巡檢人員進(jìn)行現(xiàn)場巡檢，自動(dòng)記錄巡檢內(nèi)容。

2.4.1關(guān)鍵參數(shù)變化報(bào)警

系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤核查系統(tǒng)內(nèi)每臺(tái)儀表參數(shù)的變化情況，變更時(shí)間、變更前后值，如果超出設(shè)定值，提示報(bào)警信息。

2.4.2報(bào)警處理

該系統(tǒng)采集全部儀表報(bào)警信息，并提供了對(duì)應(yīng)的報(bào)警代碼解釋信息。通過報(bào)警代碼，即可獲知儀表出現(xiàn)哪些更深層次的問題。

2.4.3報(bào)警專家?guī)熘笇?dǎo)派單

該系統(tǒng)不僅具備儀表報(bào)警功能，同時(shí)還增加了巡檢派單功能。根據(jù)儀表報(bào)警情況、專家?guī)焯幚硪庖?，操作人員可參考以上幫助信息，對(duì)現(xiàn)場保運(yùn)人員進(jìn)行巡檢派單。相比老式報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，專家?guī)斓闹С忠约岸ㄏ蜓矙z可更加精準(zhǔn)找到儀表故障點(diǎn)。

3 應(yīng)用效果

質(zhì)量流量計(jì)遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)該公司現(xiàn)場86臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理，應(yīng)用大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)智能診斷運(yùn)算分析給出了量化結(jié)果。

1) 應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線診斷核查，可以取消原部際間質(zhì)量流量計(jì)檢定工作。每年可以為公司節(jié)約拆裝檢定費(fèi)用約40萬元，另外可以避免拆裝、運(yùn)輸過程中對(duì)表體及準(zhǔn)確度造成的影響，同時(shí)降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

2) 2017年8月21日15時(shí)，系統(tǒng)中W136號(hào)儀表連續(xù)出現(xiàn)傳感器/變送器通信失敗，變送器初始化，驅(qū)動(dòng)超出量程，驅(qū)動(dòng)增益低等4個(gè)關(guān)鍵報(bào)警信息。經(jīng)排查為核心處理器故障，成功避免交接雙方出現(xiàn)計(jì)量糾紛。

3) 2017年10月5日在應(yīng)用系統(tǒng)開展診斷監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)煉油部供烯烴部重石腦油質(zhì)量流量計(jì)驅(qū)動(dòng)增益和密度劇烈波動(dòng)，經(jīng)過系統(tǒng)診斷運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)輸送過程中存在流量過小而產(chǎn)生3.64%嚴(yán)重氣化現(xiàn)象，確定其管線處于不滿管狀態(tài)。為此及時(shí)通知調(diào)度調(diào)整工藝及閥門開度，成功避免了計(jì)量結(jié)算爭議，確保計(jì)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。

4) 2017年12月19日，通過診斷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)化工部供中沙(天津)石化公司抽余油流量計(jì)密度由680 kg/m3增到730 kg/m3，系統(tǒng)連續(xù)報(bào)警“驅(qū)動(dòng)增益超出量程”、“左檢測線圈超限錯(cuò)誤”，同時(shí)與下游表比對(duì)出現(xiàn)0.3%允差指標(biāo)，最大時(shí)達(dá)到0.74%。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)流量計(jì)出現(xiàn)嚴(yán)重掛壁，經(jīng)清洗后恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

通過完善質(zhì)量流量計(jì)采集參數(shù)，系統(tǒng)能夠監(jiān)測到零漂、氣化、報(bào)警等關(guān)鍵的異常信息，建立起質(zhì)量流量計(jì)全生命周期運(yùn)行監(jiān)測管理檔案，通過深化應(yīng)用，取得了良好效果，在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中充分發(fā)揮計(jì)量把關(guān)作用。