久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

★蘇祥偉，俞舟平，俞寬，洪嘯（浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司，浙江杭州310000）

摘要：貿(mào)易計量數(shù)據(jù)分析是每個天然氣輸送企業(yè)都會重點(diǎn)考慮的問題，直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，通過智能判斷計量支路處于比對運(yùn)行狀態(tài)，并對運(yùn)行過程中的計量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，建立智能比對模型，及時對計量設(shè)備出現(xiàn)測量偏差提供設(shè)備故障報警信號。并對計量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的深度挖掘分析，形成一系列診斷指標(biāo)和方法，及時發(fā)現(xiàn)其潛在的問題，為檢修、維護(hù)提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：貿(mào)易計量設(shè)備；在線監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計管理

1 現(xiàn)狀和目標(biāo)

天然氣長輸管道具有地理空間跨度較大、生產(chǎn)時效性較強(qiáng)、運(yùn)行連續(xù)、壓力高、流量大和計量點(diǎn)眾多的特點(diǎn)，目前計量設(shè)備狀態(tài)的管理主要是基于設(shè)備自身故障診斷，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自身故障診斷的集中報警。但是對于計量設(shè)備來說，除了要求功能性完好，還對準(zhǔn)確性有較高的要求。通常計量設(shè)備剛出現(xiàn)測量偏差時并不能產(chǎn)生設(shè)備故障報警信號，而當(dāng)計量設(shè)備出現(xiàn)報警信號時，已經(jīng)造成了較長時間的測量不準(zhǔn)確。對于上述這種計量設(shè)備自身性能的劣變，計量設(shè)備自身無法完成自我診斷，需要借助外部系統(tǒng)對設(shè)備的性能狀態(tài)進(jìn)行分析、核查。計量設(shè)備的日常比對是檢驗(yàn)計量設(shè)備是否計量準(zhǔn)確的常用方法，但是目前該項(xiàng)工作完全由人工完成，由人工進(jìn)行計量比對數(shù)據(jù)的采集、填報、分析和判斷，據(jù)統(tǒng)計每年需要分析約2000份數(shù)據(jù)樣本，耗時費(fèi)力。由于供氣點(diǎn)多、分析頻次高、人工統(tǒng)計和分析流程繁瑣，將導(dǎo)致分析周期長、效率低、易出錯、異常無法及時發(fā)現(xiàn)等問題。

針對上述問題和現(xiàn)狀開發(fā)一套集自動管存氣計算、管網(wǎng)輸差計算、計量比對分析、計量設(shè)備性能狀態(tài)智能診斷于一體的系統(tǒng)，具有非常重要的作用。

2 設(shè)計思路和內(nèi)容構(gòu)成

2.1 管網(wǎng)輸差實(shí)時動態(tài)計算及監(jiān)控

管道輸送是天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ撸L輸管道的首末分別是氣田和用戶，我國的管道租用呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)布置，具有長、點(diǎn)多、面廣的特點(diǎn)，在資源計量方面一般都是在進(jìn)氣點(diǎn)、出氣點(diǎn)安裝計量設(shè)備。天然氣在輸送過程中均會因儀表精度、人員操作及計算方法等原因，造成進(jìn)銷資源不平衡，也就產(chǎn)生輸送輸差。輸差在輸送過程中是必然會存在的問題，但如何將輸差控制在合理范圍內(nèi)，是管理管理企業(yè)面臨的技術(shù)問題，也是考核經(jīng)營管理水平的關(guān)鍵指標(biāo)。

傳統(tǒng)的輸差管理方式多采用人工對昨天進(jìn)氣和供氣點(diǎn)輸氣量進(jìn)行簡單的匯總，通過總體的加減計算估算出管網(wǎng)的輸差率，作為第二天管網(wǎng)調(diào)度的依據(jù)。這種方式不僅對于人力資源的消耗大，且對異常狀況的反應(yīng)也會有一定的延遲，安全生產(chǎn)存在漏洞。

針對人工統(tǒng)計的不足之處，我們采用在線實(shí)時計算的方式。根據(jù)天然氣管網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)，綜合考慮元件、節(jié)點(diǎn)在水力學(xué)、熱力學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)上的相互關(guān)系，建立天然氣管網(wǎng)的輸差計算模型，通過從PI數(shù)據(jù)庫和本地數(shù)據(jù)庫中采集天然氣管網(wǎng)的進(jìn)氣量、輸氣量、自用氣量以及放空氣量數(shù)據(jù)，并結(jié)合管網(wǎng)管容的變化量，實(shí)時計算天然氣管網(wǎng)輸差。上述輸差分為絕對輸差和相對輸差，主要包括：時輸差、日輸差、周輸差、月輸差、年輸差等，相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲在本地數(shù)據(jù)庫中。同時以圖、表、文字等表現(xiàn)方式展示分析過程及分析結(jié)果，并能智能給予相應(yīng)的決策建議，另外根據(jù)輸差參數(shù)指標(biāo)，如日波動幅度、日輸差變化速度等進(jìn)行檢測判斷，出現(xiàn)異常及時通過系統(tǒng)界面報警及短信方式進(jìn)行報警信息推送。

2.2 計量設(shè)備智能計量比對

系統(tǒng)通過從PI數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)聯(lián)閥門的開關(guān)狀態(tài)、開度大小，以及流量計的流量數(shù)據(jù)等，智能識別計量支路是否處于串聯(lián)比對運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)在確認(rèn)計量支路處于比對運(yùn)行狀態(tài)后，通過讀取PI數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)計量數(shù)據(jù)，按照計量比對分析方法，計量比對持續(xù)時間一般大于24小時，計量比對分析采用總體和分段方式，即需要計算總體計量比對偏差，以及各分段計量比對偏差，分段方式主要分為5種模式，主要包括流量分段模式、時間分段模式、平均時間分段模式、平均流量分段模式、綜合模式^[2]。計量比對分析包括工況體積流量、標(biāo)準(zhǔn)體積流量、溫度、壓力等項(xiàng)目的比對分析。

在線比對過程一般包括以下步驟：（1）智能判斷計量支路處于比對運(yùn)行狀態(tài)。（2）并對比對運(yùn)行過程中的計量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。（3）由征兆和其他診斷比對知識來識別系統(tǒng)的狀態(tài)，對異常表計進(jìn)行分類判斷和定位。在線比對的過程可以看作一系列過程數(shù)據(jù)集的轉(zhuǎn)化，即測量—比對—決策—故障分類和定位。

圖1 典型計量比對工藝流程圖

如圖1典型計量比對工藝流程圖，當(dāng)表計FT301和表計FT302處于串聯(lián)狀態(tài)時，且流量計瞬時工況數(shù)據(jù)大于0且維持時間大于5分鐘，這可判斷表計處于比對狀態(tài)，利用建模模型判斷其是否出現(xiàn)測量偏差，再通過多個診斷周期的疊加判斷，確認(rèn)表計的最終狀態(tài)。

關(guān)鍵點(diǎn)在與根據(jù)輸入的工況流量、累計流量、溫度、壓力及持續(xù)的時間進(jìn)行計算，并通過多個比對周期的疊加，提高比對判斷準(zhǔn)確率，具體流程如圖2所示。

圖2 流量計比對流程

流量計在線智能比對，即通過工況流量、標(biāo)況流量、溫度、壓力，偏差幅值、幅值變化率、分段分析、歷史比較、深度學(xué)習(xí)等手段建立比對模型，利用人工智能的方式（包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯、因果分析等）自動完成整個比對和診斷過程。

計量比對模塊可實(shí)現(xiàn)同一計量設(shè)備不同運(yùn)行時段、不同計量設(shè)備相同運(yùn)行時段的狀態(tài)參數(shù)比對，以分析計量設(shè)備可能存在的異常。對于同一計量設(shè)備不同運(yùn)行時段的狀態(tài)參數(shù)比對，可分析計量設(shè)備的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測和報警提醒，并通過各種數(shù)據(jù)處理與分析方法（如多元統(tǒng)計方法、聚類分析）[4]挖掘出數(shù)據(jù)中隱含的信息，從而形成一系列診斷指標(biāo)和方法，及時發(fā)現(xiàn)其潛在的問題，為檢修、維護(hù)提供決策依據(jù)。

2.3 精準(zhǔn)管網(wǎng)管存動態(tài)計算

天然氣長輸管道管存是指管道中實(shí)際儲存的天然氣在標(biāo)態(tài)下的體積，是反映管道運(yùn)行時的壓力、溫度、運(yùn)行配置以及運(yùn)行效率的綜合指標(biāo)，是控制管道進(jìn)出氣平衡的重要指標(biāo)。管道管存計算對輸差分析、損耗率分析等有重要的作用。

目前大多數(shù)輸氣管道管存采用穩(wěn)態(tài)計算方法，計算管道平均溫度、平均言論及平均溫度下壓縮因子，根據(jù)氣體狀態(tài)平衡方程推導(dǎo)得出。管道系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工況是連續(xù)變化的非穩(wěn)態(tài)過程，使用穩(wěn)態(tài)公式計算存在較大誤差。為精確地計算天然氣長輸管道管存，應(yīng)更加精準(zhǔn)地計算管段氣體的溫度、壓力及壓縮因子。根據(jù)管存氣計算公式（1）

從微積分角度計算（P/TZ）zj精確值，由于公式設(shè)計參數(shù)較多且較為復(fù)雜，為減少計算誤差，可對計算管道采用分段累加，分段越多計算越精準(zhǔn)。

為驗(yàn)證管存計算精度，對天然氣管道2020年1月份管存進(jìn)行計算，用TGNET軟件模擬日管存變化，計算所用到的數(shù)據(jù)均取自管道SCADA系統(tǒng)，由結(jié)果比對可知，迭代后的公式計算管存值與TGNET軟件模擬值最相近，精度最高。

2.4 計量設(shè)備性能在線診斷

天然氣長輸管道具有地理空間跨度較大、生產(chǎn)時效性較強(qiáng)、運(yùn)行連續(xù)、壓力高、流量大和計量點(diǎn)眾多的特點(diǎn)，目前計量設(shè)備狀態(tài)的管理主要是基于設(shè)備自身故障診斷，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自身故障診斷的集中報警。但是對于計量設(shè)備來說，除了要求功能性完好，還對準(zhǔn)確性有較高的要求。通常計量設(shè)備剛出現(xiàn)測量偏差時并不能產(chǎn)生設(shè)備故障報警信號，而當(dāng)計量設(shè)備出現(xiàn)報警信號時，已經(jīng)造成了較長時間的測量不準(zhǔn)確。對于上述這種計量設(shè)備自身性能的劣變，計量設(shè)備自身無法完成自我診斷，需要借助外部系統(tǒng)對設(shè)備的性能狀態(tài)進(jìn)行分析、核查。

遠(yuǎn)程在線診斷是將遠(yuǎn)程采集到的流場和流量計的參數(shù)通過數(shù)學(xué)模型計算得出參數(shù)與參考值比較，從而判斷流量計運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

遠(yuǎn)程在線檢測采用聲速檢驗(yàn)法，將流量計測得的聲速與理論計算的聲速（將遠(yuǎn)程采集到的天然氣溫度、壓力、組分等參數(shù)通過數(shù)學(xué)模型計算得出）^[3]進(jìn)行比較，計算兩種偏差并判斷其是否符合相關(guān)規(guī)定。遠(yuǎn)程在線診斷項(xiàng)目包括增益、信號接收率、信噪比、脈動比、各聲道聲速與平均聲速的偏差、剖面系數(shù)、旋窩角、對此性系數(shù)、橫向流系數(shù)等。

3 實(shí)施內(nèi)容和效果

本項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行部署運(yùn)行，現(xiàn)在對管網(wǎng)用于貿(mào)易比對的30臺流量計進(jìn)行實(shí)時采集和比對分析，同時設(shè)立了網(wǎng)頁端的管理平臺，可通過網(wǎng)頁對監(jiān)測、報警的實(shí)時信息進(jìn)行查看：首頁提供了各類型設(shè)備狀態(tài)總覽，可直觀看到設(shè)備最新狀態(tài)、最新的比對記錄以及對應(yīng)的計算過程畫面，各設(shè)備的實(shí)時、歷史數(shù)據(jù)記錄可在分設(shè)的單獨(dú)頁面進(jìn)行查看，在具體類型的頁面中可指定查看該類型下屬設(shè)備的比對記錄和報警歷史記錄。

通過實(shí)測驗(yàn)證，天然氣貿(mào)易計量數(shù)據(jù)在線智能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)監(jiān)控，包括設(shè)備狀態(tài)、流量、管輸效率變化趨勢，并進(jìn)行設(shè)備周期檢測的智能預(yù)測。由模型輸出圖形，當(dāng)初始異常時，將進(jìn)行提醒。

隨著天然氣貿(mào)易計量數(shù)據(jù)在線智能分析系統(tǒng)在管網(wǎng)的成功試點(diǎn)，管網(wǎng)將進(jìn)一步優(yōu)化管理流程，利用數(shù)據(jù)變化趨勢進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并通過大數(shù)據(jù)模型、機(jī)器深度學(xué)習(xí)模型來實(shí)現(xiàn)預(yù)測預(yù)警、業(yè)務(wù)優(yōu)化和智能輔助決策，以支持管網(wǎng)降本增效。

4 結(jié)論

天然氣貿(mào)易計量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的建設(shè)提高調(diào)度人員分析的效率和準(zhǔn)確性，每年可節(jié)省大量人力和物力，降低公司經(jīng)營成本，同時實(shí)現(xiàn)了對計量設(shè)備在線核查和劣變趨勢分析，實(shí)時掌控計量設(shè)備性能變化狀態(tài)，為檢修提供決策依據(jù)，同時提高天然氣貿(mào)易計量設(shè)備管理水平。

此系統(tǒng)不僅可以遠(yuǎn)程獲取計量設(shè)備運(yùn)行信息，還能實(shí)時監(jiān)測計量設(shè)備自身狀態(tài)、運(yùn)行狀況和性能，自診斷信息的及時上報，對管網(wǎng)運(yùn)營單位的管理發(fā)揮重要作用，通過收集計量設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)信息，結(jié)合采集到設(shè)備生命周期內(nèi)的誤差監(jiān)測管理，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，可提前預(yù)測計量設(shè)備運(yùn)行趨勢，針對于計量設(shè)備的更新?lián)Q代做好有計劃的更換，可以使管網(wǎng)建設(shè)更加高效、便捷、智能化。

作者簡介：

蘇祥偉（1986-），男，山東棗莊人，高級工程師，碩士，就職于浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司，研究方向是天然氣計量。

俞舟平（1988-），男，浙江杭州人，工程師，碩士，就職于浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司，研究方向是天然氣計量。

俞   寬（1994-），男，浙江紹興人，工程師，學(xué)士，就職于浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司，研究方向是天然氣計量。

洪   嘯（1992-），男，浙江金華人，助理工程師，學(xué)士，就職于浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司，研究方向是天然氣計量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金浩哲. 基于不平衡度的加氫空冷系統(tǒng)失效分析及優(yōu)化研究[D]. 杭州: 浙江理工大學(xué).

[2] 于國軍. 天然氣交接計量監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J]. 計量技術(shù), 2017 (5) : 37 - 40.

[3] 韓斌. 計量管理中計量儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J]. 中國高新區(qū), 2019 (14) : 19.

[4] 史新云. 降低天然氣管道交接計量誤差的技術(shù)探討[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2019, 39 (20) : 243 - 244.

摘自《自動化博覽》2022年11月刊