影响天然气自动计量系统稳定性因素的探讨.pdf

第 4 9 卷第 2期 2 0 1 3年 4 月 石油化工自动化 AUTOM AT1 0N I N P ETRO- CHEM I CAL I NDUs TRY Vo 1 ． 4 9，No ． 2 Ap r i l ，2 0 1 3 影响天然气 自动计量系统 稳定性 因素的探讨 廖德云， 张智， 王存伟 中原油田分公司天然气产销厂， 河南 濮阳 4 5 7 1 6 2 摘要 天然气集输自 动计量系统集成度和自动化程度较高， 其稳定性和计量数据的准确性直接影响到企业的形象和经济效 益 。论述了天然气集输 自动计量系统 的构成 ， 并从系统结构出发 ， 分析了影响 自动计量 系统稳定性 和计 量数据准 确性的因素 ， 提出从合理设 计及选 型， 规 范施工 、 及 时维护并正确操作等 3 个 方面人 手 ， 采 取相应 的技术 手段 和措施 ， 消除 了影响 自动计量系 统稳定性和计量数据准确性 的因素 ， 从而提高系统的整体性能 ， 保证了其平稳运行。 关键词 天然气自 动计量稳定性 中图分类号 T P 3 1 1 ． 5 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 3 0 2 0 0 6 2 0 3 随着天然气工业快速发展， 天然气作为一种高 效清洁燃料和优质化工原料得到了广泛的应用， 天 然气计量已经成为制约天然气工业发展的重要因 素。随着智能仪表、 信息网络和自动化技术的迅速 发展 ， 天然气集输站场建立了 自动计量系统 ， 提高 了天然气流量计量的准确性和计量工作效率。自 动计量系统通常由智能化仪表 、 工业控制计算机、 可编程控制器 P L C 或远程终端控制系统 R TU 等设备组成。流量计量仪表种类众多， 有标准孔板 流量计 、 涡轮流量计、 旋进旋 涡流量 计、 超声流量 计 、 罗茨流量计等。自动计量系统 由于设计 、 施工 、 运行维护等原因， 存在多种影响自动计量系统稳定 性的因素， 轻则影响计量的准确性 ， 重则导致 自动 计量系统故障甚至瘫痪 。 1 自动计量系统的构成 自动计量系统根据组成和功能可大致分为三 个单元 参数检测与变换单元 、 通信与连接单元、 流量计算数据处理单元 。 1 参数检测与变换单元 。参数检测与变换单 元主要是完成天然气集输过程中的工艺参数， 如压 力、 温度、 流量 差压 和天然气组分等的实时检测 并转换成模拟或数字信号的仪表。该单元可以是 一 台组合式多参数仪表， 也可以由多台具有不同功 能的仪表组成 。 2 通信与连接单元。通信与连接单元主要指 将现场参数检测和变换单元与控制室 的数据处理 单元连接起来的部分 ， 包括通信连接 电缆 、 模数转 换模块、 通信转换模块、 数据采集模块等。现场大 量使用 的 R S一 4 8 5卡、 P C I 多 串口卡、 R S 4 8 5 一 R S 2 3 2 转换模块、 频率计数模块、 R T D转换模块、 HAR T Mo d e m 等 。 3 流量计算数据处理单元。流量计算数据处 理单元主要指天然气流量计算、 数据处理、 数据存 储等设备 ， 如工业控制计算机 ， 流量管理器 ， 流量计 算机， 流量积算仪， P L C ， R T U等， 该部分主要安装 在集输站场的中控室， 还包括 系统供 电、 网络通信 等设备。 这三个单元没有绝对的区分界限， 根据不同的 计量仪表和系统可以进一步细分或组合。 2 影响自动计量 系统稳定性的因素 自动计量系统大多采用智能化 、 集成度高的精 密电子仪器仪表， 但由于产品自身缺陷、 系统设计 不足、 施工不规范、 环境因素影 响和运行维护不当 等因素 ， 因而导致 自动计量系统无法正常工作。 2 ． 1 参数检测与变换单元 参数检测与变换单元通常露天安装在集输站 场， 常年经受风吹 日晒、 雷雨闪电侵袭 ， 需进行周期 检定 、 运行维护、 操作调整等工作 ， 如果设计 、 施工 和维护不当 ， 容易出现以下问题 1 设计选型时仪器仪表的防爆和防护等级不 适合现场安装环境 ， 导致仪器设备出现老化、 腐蚀 、 进水而损坏 。 2 天然气 中含水或油污 ， 仪器设备不适合在 该工况下运行 ， 导致计量不准确， 发生故障、 损坏或 无法正常工作。 3 流量计或仪表的工作范围与天然气流量范 稿件收到 E t 期 2 0 1 2 0 9 1 9 ， 修 改稿收到 日期 2 0 1 2 1 2 2 0 。 作者简介 廖德云 1 9 7 6 ～ ， 男 ， 现就职于中原油 田分公司天然气 产销厂， 主要从事计量管理工作， 任科长。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 廖德云等．影响天然气 自动计量系统稳定性因素的探讨 6 3 围不匹配或天然气流量变化幅度大 ， 流量计超限运 行、 瞬间冲击导致计量不准确， 发生故障、 损坏或无 法正常工作。 4 现场流量计或仪表 因接地不 良、 未采取 防 雷保护导致因雷击或电涌而损坏 。 5 流量计或仪表未按照操作规程进行操作或 调整 ， 发生超压 、 超量或单 向受压等现象导致故 障 或损坏。 2 ． 2 通信与连接单元 通信 与连接单元 的通信或采集模块一般安装 在中控室， 通过通信电缆相连接， 电源或通信电缆 一 般采用沿电缆沟 、 挖沟埋地或穿管敷设。该单元 易出现系统不稳定的主要 因素 1 通信和采集模块缺乏防雷、 防电涌功能或 没有采取防雷和 防电涌保 护 ， 遭受 雷击和 电涌而 损坏。 2 通信电缆未采用屏蔽电缆， 通信信号受外 界干扰而不稳定或出现通信故障。 3 通信 电缆与动力 电缆近距离并行敷设而未 采取屏蔽或保护措施， 导致通信不稳定或出现通信 故障。 4 通信电缆因施工不当或二次施工而出现破 损， 破损部位因受潮短路或雷击电涌而导致通信信 号不稳定或出现通信故障， 甚至导致现场仪表和控 制室设备损坏。 5 通信电缆未按要求可靠接地 ， 导致系统不 稳定或仪器设备损坏 。 2 ． 3 流量计算数据处理单元 流量计算数据处理单元除包括 自动计量系统 的硬件设备外 ， 还包括系统软件 。主要出现以下几 个方面的问题 1 流量 计 算 机、 工 业 控 制 计 算 机 、 P L C或 R TU因防雷保护和防电涌措施缺失或保护不当而 出现故障或造成损坏。 2 系统 电源 因防雷、 防电涌保 护措施缺失或 保护不当导致系统供电故障或造成仪器设备损坏。 3 工业控制计算机的通信软件 、 组态 软件存 在缺 陷或 B UG， P L C和 RT U 的应用软件设置不 当或设计缺陷导致 自动计量系统不稳定。 4 系统 的网络通信模块 出现故障 ， 导致系统 运行不稳定甚至数据无法远传。 5 计算机、 R T U或 P L C接人网络或使用移 动存储受到病毒攻击而出现故障或瘫痪。 6 现场仪表种类多 ， 与 中控室计 算机或 P L C 的通信协议复杂， 采集驱动或模块出现兼容性问题 而导致系统不稳定 。 以上原 因都会直接或间接导致 自动计量系统 运行不稳定甚至瘫痪 ， 严重的可能导致安全生产事 故。因此 ， 自动计量系统在设计、 施工和运行维护 中都要严格按照标准和操作规程进行， 否则影响天 然气的准确计量。 3 提高 自动计量系统稳定性的方法 合理设计及选型 ， 规范施工 ， 及时维护并 正确 操作是保证计量系统稳定可靠的前提 ， 主要考虑三 个方面的问题 。 3 ． 1 合理设计及选型 仪器仪表、 通信模块、 流量计算机、 P L C系统 等种类繁多， 设计和选 型时需要从现场工况 、 环境 条件等方面综合考虑 1 天然气中含水 和油污时 ， 首先考虑工艺部 分加装分离除尘等设备 ， 保证经过流量计或计量仪 表的天然气满足计量条件的要求。 2 流量计 和仪表 的选型需符 合现场 工况条 件 。如标准孔板流量计流量范围窄 ， 不适合流量变 化范围大的场合 ， 可选用气体涡轮流量计、 气体超 声波流量计和腰轮流量计 等； 现场高频振动、 电磁 干扰和噪声的场合应避免选用气体超声波流量计、 旋进旋涡流量计等； 气体超声波流量计应避免在其 上游安装调压和节流设备。 3 系统设计时兼顾资金投入 的同时需保证系 统电源防护、 防雷和防电涌等保护措施的配备。 4 满足现场工况条件的情况下 ， 尽量选择通 信协议相 同、 稳定性高 的产品， 减小系统 的复杂性 和维护难度 ， 提高系统互换性。 5 系统 的软件设计充分考虑兼容性问题 ， 避 免系统出现故障。 6 尽量选用 P L C或 RT U， 避免使用工业 控 制计算机来进行数据处理和网络通信等， 提高系统 的稳定性 。 7 自动计量系统都设有 U P S等不间断 电源， 而仪表系统的电源多采用 1 2 V I 3 C 和 2 4 V E C 。 随着直流 电源技术 的发展 ， 自动计量系统的电源可 采用直流 UP S技术 ， 无逆变切换 ， 消除了 UP S的 谐波干扰 ， 提高了系统的稳定性和安全性。 3 ． 2 规范施工 自动计量系统在建设过程中要严格按照标准做 好施工监护和验收工作， 避免因施工不当而影响系 统的稳定性和安全性 ， 对系统影响较大的 6 个方面 1 信号电缆与具有强电场和强磁场的电器设 备和电缆之间的距离应大于 1 ． 5 m， 带屏蔽 的信号 电缆穿金属保护管时距离应大于 0 ． 8 m； 不 同电压 等级的电缆不应敷设在 同一电缆槽或保护管内或 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 石油化工 自动化 第 4 9卷 采取金属管隔离措施 。 2 电缆敷设严格按照规范要求施工 。埋地敷 设电缆埋深大于 7 0 c m， 而且要埋 于冻土层 以下 ， 上下铺 1 0 0 mm厚 的沙子 ， 沙上盖一层砖或混凝土 护板 ， 覆盖宽度不小于电缆边缘的 5 0 ram； 穿管敷 设 电缆 。 3 自动计量系统根据需要设置保护接地、 信号 回路接地和屏蔽接地， 并保证接地可靠 ， 接地 电阻符 合标准要求 。P L C系统的接地电阻应小于 4 Q。 4 系统的防雷 防电涌设备按要求安装到位 ， 并保证可靠接地 ， 接地电阻应小 于 1 Q。 5 流量计或仪表严格按照相关标准安装施 工 ， 避免安装不规范 、 应力和其他 因素影 响其稳定 性和准确度。 6 控制室计算机和 P L C等设备应可靠接地。 3 ． 3 及时维护并正确操作 1 流量计 或仪表严 格按照要 求进行周 期检 定， 以保证计量准确可靠。 2 定期检测 系统 防雷接地系统 的接地 电阻、 防雷和防电涌模块性能。 3 定期对 自动计量系统 的仪器仪 表、 采集模 块、 P L C和工业控制计算机等进行维护。 4 流量计或仪表的操作严格按照操作规程进 行操作。如涡轮流量计 、 腰轮流量计在启停操作时 要缓慢 ， 严禁猛开猛关 ， 避免出现倒流 。差压变送 器避免单向受压 。 4 结束语 天然气集输 自动计量系统快速发展的同时 ， 也 给计量管理和技术人员带来挑战 ， 管理和技术人员 必须从设计把关 、 施工监护 、 运行维护等多方面入 手， 全方位管理 ， 才能保证 自动计量 系统 的稳定可 靠和计量数据准确 。 参考文献 [ 1 ] 郑开银， 蒋大旭． 天然气 自 动计量E M] ． 北京中国计量出版 社 ， 2 0 0 4 ． [2] 中国石化集 团第 十建设 公司． S H／ T 3 5 2 1 --2 0 0 7石 油化 工 仪表工程施工技术规程[ s ] ． 北京 中国石化出版社， 2 0 0 7 ． [3] 中 国石 化集 团北京石 油化 工工程 公司． S H 3 0 0 5 -- 1 9 9 9石 油化工自动化仪表选型设计规范E s ] ． 北京中国石化出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 4] 蔡武昌 ， 孙维清 ， 纪纲． 流量测量方 法和仪表 的选用 E M] ． 北 京 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n d o r s t 表示 “ 与赛米控建立合作关系以及对 Ve P OI N T进行收购， 是西 门子在实现整个传动系统更高层次的整合进程中一个重要的里程碑。电动汽车电力电子技术产品的引入也有助于进一步 扩大西门子原有电机、 逆变器、 速度传感器及变速箱的产品范围。 ” 通过应用赛米控的S K i N技术， V e P O I N T开发出了自己的逆变器平台。该平台设计紧凑、 功率密度大， 可以将逆变器 和直流／ 直流转换器进行模块化组合， 从而实现较高的功率／ 质量比以及更高的可靠性 ， 而这些均得益于 S Ki N技术的应用。 S Ki N技术摒弃了传统的焊接接头和丝焊工艺。 西门子 中国 有限公司 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m