天然气计量检定压力流量调节智能化研究

天然气计量检定压力流量调节智能化研究

包玉荣

科尔沁左翼后旗产品质量计量检测所

内蒙古自治区通辽市028100

摘要：随着天然气行业快速发展，流量计越来越多应用到计量交接贸易工作中，国内各天然气计量检定机构正在高负荷运行。日渐增长的检定任务给保障现场安全生产带来了巨大的压力，人力资源不足的问题也随之凸显，在无法满足日益增长的检定需求的情况下，基于人员经验及熟练度的能力提升空间已经越来越小，提升检定校准系统的智能化水平成为缓解检定压力、保障安全生产急需研究的重要课题。随着人工智能技术的不断发展，智能管道、智慧管网的探索逐渐深入，计量研究中心以某站开展了流量计检定校准过程智能化质量控制技术研究及工业化应用实践。

关键词：天然气流量计；计量检定；智能化  

随着中国天然气行业近几年的飞速发展，天然气流量计检定工作的负荷日益增加，对天然气流量计量的准确度的要求也随之越来越高。面对检定任务量的不断增加以及人力资源与检定需求不匹配的情况逐渐凸显，为保障现场的安全生产，采用人工智能技术研究流量计实流检定工艺条件下混合系统中流程切换的安全控制方法、压力调节方法、流量连续调节方法，提高检定校准结果的可靠性。随着国民经济发展以及天然气消费量的逐年增长，某站天然气高压力大口径实流检定站的检定校准任务激增，如何确保量值传递准确可靠、提高检定校准质量及效率是当前各检定站面临的首要问题。天然气流量计检定工作级标准装置通常配置有核查超声流量计，用于监控工作级标准涡轮流量计的突发异常偏离情况，其监控限值为固定值，管理要求单一，仅能发现明显突发偏离情况。

一、计量标准

计量研究中心以某站开展了流量计检定校准过程智能化技术，由标准涡轮流量测量范围为7～12 000 m3／h，装置不确定度为O．29％(包含因子尼--2)。其工作级标准装置采用在线一对一核查方法，即在每一台标准涡轮流量计均安装一台核查超声流量计，对测试过程中标准涡轮流量计的工作状态进行在线实时核查。检定用天然气先流过各路核查超声流量计CM，再流过标准涡轮流量计MM，汇流后流经被检流量计MUT，将核查超声流量计CM测得流量换算至标准涡轮流量计MM相同工况条件下的流量，直接对比两者之间的偏差，如果测量结果存在不合理偏差，需对标准涡轮流量计、核查超声流量计及其附属温度、压力仪表逐一进行确认。

二、天然气流量计检定站工艺

在某站内关键设备包括有标准级装置、调节装置以及相关保护阀等辅助装置，因此在研究过程中重点研究与检定标定有关的标准级装置以及与检定过程流量调节有关的调节阀组装置。同时针对最终实现的智能控制策略，调研现场有关的人工作业流程。

1、工作级标准装置操作。工作级标准装置每条管路有一台核查超声流量计和一台标准涡轮流量计，总流量测量范围为(8～12000)m3/h。同时，标准装置还为检定 DN600 流量计预留了 5 路 DN250 口径标准表管路。标准表涡轮流量计的频率直接接入检定控制系统，温度和压力信号以 FF 总线方式接入检定控制系统，标准涡轮流量计和核查超声流量计采集瞬时流量。工作级标准能同时移动车标准的核查超声流量计和标准涡轮流量计进行校准。根据被检流量计检定所需流量，针对不同的测量范围选择某一工作标准管路或多个工作标准管路并联。

2、流量调节阀组装置操作。由检定控制系统进行自动PID 调节，并进行流量调节开到位、关到位、故障报警、阀位反馈和阀位控制显示。当不需要进行自动控制时，应将自动控制状态设置到手动控制状态，然后由检定控制系统在计算机屏幕上对这两个调节阀的开度进行调节，并将其状态开到位、关到位、故障报警、阀位反馈和阀位控制进行显示，流量调节的反馈流量值为工作标准装置流量。四个流量调节阀既可以用作检定流量调节也可以用于旁通流量调节，不同的流量范围对应着不同口径的调节阀门。

3、流量计检定作业人工操作流程梳理。经现场调研，在现有作业系统下标准流量计检定主要以人工操作为主，存在自动化程度较低，检定耗时较长等问题，主要操作过程如下：（1）在检定开始的前一天，根据次日检定任务进行切流程作业，根据来气气源的气质成分，选定广深线或城市燃气线，通常作业优先选择城市燃气。选定气源后，首先导通站内管线，即选定线路上球阀全开，调节阀全开，导通完成后，关闭来气管路上的阀门将气源引入站内通过导通线路后再进入来气管道下游；（2）在检定管理系统内确定当日检定员，检定员编制检定作业票，检定核查员核查作业票，核查无误递交审批作业票；（5）作业任务转至检定作业系统（检定客户端）进行检定设置，录入检定信息准备开始检定作业；（6）开始检定作业，勾选检定流量点，在站控机上通过调节调节阀开度进行流量调节，按照所检定流量从大到小的顺序依次检定，此操作方式，是保证在粗调过程中防止标准工作级超声流量计和涡轮流量计因管道内流量超过量程损坏流量计，同时，在变化流量点时，有时不同流量点使用不同线路，此时作业遵循先调流量再换线路的原则，此原则同样是为保护流量计。再被检流量点可选检定路大于一条时，优先选择可检最大流量较小的那一路，以保证检定值更加准确；（7）检定员在检定每一个流量点的时候，通过监测速采值选择三个连续的满足要求的检定数据（重复性＜0.2，示值误差＜1），这三个连续的监测值为一个流量点的有效检定值，该流量点检定结束，进行下一流量点检定直至所有流量点检定完毕，检定结束。

4、检定智能化判断

（1）完整性判断提示。为提示技术人员在检定工作正式开始之前对标准涡轮流量计运行状态、使用频率状态、关键阀门状态、特种设备状态、液氮系统状态、拆装工具状态等进行逐一核查，可结合设备设施完整性管理系统进行数据库共享并推送结果数据。

（2）自启动与自关闭。对检定工作开始前的试运行阶段，当检定前气体流动参数温度、压力、流量状态波动平稳，且试运行时间超过5 min，自动开始检定工作。完成当前的检定任务后，计算出被检表的示值误差、重复性等数据，在确定其数据有效性后点击保存按键，自动触发检定自关闭功能，完成当前样品检测数据页面、整体检定客户端的关闭。

（3）检定证书数据核验。对证书出具过程中基础数据库中的主要信息和检定数据进行智能化判断，如果出现问题给予提示。在编制证书过程中针对基础数据库的计量标准信息和检定机构信息的有效期进行核查，如果发现问题给予提示。在核验证书中主要针对基础数据库中的检定条件进行核查，如果在核验证书过程中基础数据库中的介质压力、介质温度、环境压力及环境湿度出现异常将给予提示。在抽检证书过程中，对检定数据中的示值误差等数据是否符合检定结论进行确认，如果出具证书过程中出现疏忽将会提示。

将天然气流量计检定规程和质量控制要求通过智能化手段在检定系统中予以实现，减少了人为误差，标准化检定过程，有效提高了检定效率，大大提升了质量控制及时性与准确性，确保量值传递准确可靠。基于历史运行大数据建立了标准装置温度、压力及流量的有效性监控模型，在检定前和检定过程中实时对比预测值与实测值对标准装置计量器进行监控，实现检定过程中动态化、智能化的有效性核查，能够及时发现和处置计量器偏差。基于检定规程要求实现了计量标准装置完整性判断、检定自启动状态判断以及检定结果的智能核验功能，较人为判别大大提高了天然气流量计检定的准确性，避免了个人操作习惯对检定过程的影响，规避了人为判别失误的可能性。

参考文献：

[1] 张学腾．原油流量计两种计量检定方式误差影响因素探究[J]．石化技术，2019，26 （1）：243，251．

[2] 宋春红，张东，杨静．天然气流量计量检定中心的设计研究[J]．石油工业技术监督，2019，35 （2）：32-34．

[3] 王海向．天然气大流量计量检定系统的设计[J]．石油化工自动化，2019，53 （3）：60-64．

[4] 张春杰，李振林，董新利．天然气计量检定站检定流程工艺模拟研究[J]．北京石油化工学院学报，2018，