1 現(xiàn)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(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 臺超聲波流量計向澀—寧—蘭主線、復(fù)線工藝管 網(wǎng) 輸 氣，其 中 主 線 使 用 4 臺 型 號 為 3400 Daniel 超 聲 波 流 量 計，復(fù) 線 使 用 4 臺 型 號 為USE08-6P ＲMG 超聲波流量計，現(xiàn)場工藝流程安裝如圖 1 所示。

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

 

2 現(xiàn)場診斷技術(shù)實(shí)施的必要性

貿(mào)易計量作為工藝管網(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(jīng)濟(jì)上的損失，每一臺計量設(shè)備的可靠運(yùn)行，可非常大程度消除計量誤差，避免計量糾紛的發(fā)生。 以 AGA10 計 算 標(biāo) 準(zhǔn) 為 例，若 溫 度 每 偏 差± 1 ℃，外貿(mào)計量總量就會偏差 ± 0. 34% ; 若壓力每偏差 ± 1 kPa，外貿(mào)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(mào)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(dá) 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(zhǔn)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(xiàng)目一次和廠家有限的技術(shù)服務(wù)，不足以保證流量計時刻處于非常佳運(yùn)行狀態(tài)。超聲波流量計屬于高度集成化設(shè)備，現(xiàn)場人員因受技術(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(xiàn)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(wǎng)三種傳輸接口，為與流量計算機(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 測試軟件，支持Windows 操作系統(tǒng)，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(tài)，用 Meter- Link 軟件在線分析，無需中斷流量計算機(jī)在線服務(wù)，并且正常計量不受影響。 

 

4 技術(shù)實(shí)施

4. 1 前期準(zhǔn)備

主流性能便攜式計算機(jī)一臺，至少具備一個以太 網(wǎng) 接 口，操 作 系 統(tǒng) Windows XP、Windows vista、Windows7 均可，計算機(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 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)場診斷項(xiàng)目

超聲波現(xiàn)場診斷主要關(guān)注的 5 個參數(shù)分別為增益值 ( Gain) 、信號質(zhì)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(shù)的實(shí)時檢測診斷，可以識別流量計工作狀態(tài)以及局部故障所在。 MeterLink 監(jiān)控界面采集流量計主要參數(shù)，辨別超聲波流量計的整體運(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)報警產(chǎn)生時，系統(tǒng)自動記錄并生成報告，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

流量計自動獲取增益值，增益值要對接收到的振幅強(qiáng)度自動調(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，四個聲道數(shù)值處在一個整體相對平均的水平。如果某一聲道信號強(qiáng)度衰減，增益值放大，可能是探頭受臟污介質(zhì)影響，嚴(yán)重時增益值會自動增加以達(dá)到測量的要求，直至增至上限。 

 

4. 3. 2 信號質(zhì)量

信號質(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通常有 100% 信號質(zhì)量，接近流量計所允許的非常大流速時，信號質(zhì)量可能會小于 100% ; 當(dāng)流速僅達(dá)非常高流速的 50% 而信號質(zhì)量未達(dá) 100% 時，應(yīng)及時對流量計進(jìn)行必要的檢查。若信號質(zhì)量小于 l00% ，計量準(zhǔn)確度不一定變差，如果信號質(zhì)量低于 50% ，必須對流量體進(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和背景噪音的數(shù)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(dǎo)致信號質(zhì)量小于 100% ，當(dāng)信噪比小于 100 db 時會影響流量計的計量精度。

 

現(xiàn)場流量計信噪比數(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)流量計聲道設(shè)計而不同，剖面系數(shù) f 靠近圓心的兩個聲道的流速除以外側(cè)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(shù)的實(shí)時監(jiān)測對于保持準(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，當(dāng)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(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 流量計算模塊，模擬計算理論聲速與實(shí)際平均聲速的差值，是現(xiàn)場診斷流量計工作狀態(tài)的一個重要環(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量能力、氣體組分、壓力和溫度的影響，對現(xiàn)場儀表精度有嚴(yán)格要求，需依照 JJG 1030—2007 《超聲流量計檢定規(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 計算模塊測算出 SOS精度 ＜ 0. 1% ，現(xiàn)場校驗(yàn)不確定度 ± ≤0. 12% ，故 SOS 是生產(chǎn)現(xiàn)場評定流量裝置運(yùn)行狀態(tài)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(shù) 據(jù)( Ｒaw Data) 五個工作表的 Excel 工作薄，內(nèi)容涉及流量計關(guān)鍵參數(shù)、趨勢圖、配置參數(shù)等，便于數(shù)據(jù)比對，也便于流量計廠家高級專業(yè)技術(shù)人員對疑難問題的綜合嚴(yán)判提供非常好手?jǐn)?shù)據(jù)。 

 

5 結(jié)束語

超聲波流量計現(xiàn)場診斷技術(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)場提供技術(shù)服務(wù)來保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的被動局面，通過對關(guān)鍵參數(shù)的分析、比對，現(xiàn)場技術(shù)人員可以比較全面了解超聲波流量計的整體運(yùn)行狀態(tài)，對流量計出現(xiàn)的一般問題也能做出比較客觀的判斷，對流量計實(shí)施針對性的維護(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，提高了計量系統(tǒng)的整體精度，為澀北氣田貿(mào)易計量工作的公平、有序提供了技術(shù)保障。