质量流量计远程智能诊断系统的开发与应用

2019-01-03崔广伟

石油化工自动化 2018年6期

关键词：诊断系统校验零点

崔广伟

(中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300271)

天津石化在进出公司、部际间设置了86台质量流量计，用于原油、成品油、液化气、石脑油等管输物料产品的交接与监督计量，同时应用iFix采集软件实现了质量流量计流量、温度、压力等常规参数的采集与监测。在现场实际应用过程中，发现存在如下问题：

1) 上位机只采集温度、压力、密度、累计量等常规参数的运行，监控模式很难发现运行中的零漂、气化等深层次问题。

2) 常规参数检查、运行组态、零点调整等操作，只能通过手抄器或专用软件到现场挂接操作，耗时耗力，效率低。

3) 流量计关键参数变化或被人为修改时不易发现，导致最终交接计量数据出现偏差，引起计量纠纷。

4) 目前使用的数据采集系统无法采集到流量计自身报警信息，导致报警发现及处理严重滞后，给生产运行及交接计量带来严重影响，且信息无法追溯。

5) 质量流量计每年拆装检费用较高，且回装后容易造成计量失真的情况。

6) 当工艺变化时，往往影响质量流量计准确计量，但该问题很难被发现。

7) 质量流量计在全生命周期的健康趋势无法判断，给生产经营造成比较大的影响。

为了有效解决上述问题，该公司借助信息化、智能化、大数据分析等技术，建立质量流量计远程智能诊断系统(MMS)，完善质量流量计采集参数，实现所有仪表刚性、驱动增益、线圈电压、活零点等影响计量准确性的220个关键参数在线实时智能诊断，系统能够监测到零漂、气化、报警等深层的关键异常信息，建立起质量流量计全生命周期运行监测管理档案，通过深化应用，取得了良好效果。

1 远程智能诊断系统架构及特点

1.1 网络结构

远程智能诊断系统网络结构如图1所示。

1) 现场采集。该系统下设11个iFix SCADA现场采集站，质量流量计按照菊花链连接方式形成RS-485通信总线，并将Modbus RTU协议转换为标准Modbus TCP协议，实现了数据采集与监控。

2) 采集站集成。各采集站之间通过单模光纤网络连接，在中心控制室增设系统服务器，实现了现场质量流量计集中管理与深度智能诊断监测。

图1 远程智能诊断系统网络结构示意

1.2 系统流程及特点

该系统数据服务器通过局域网络采集质量流量计实时数据，整合了高级诊断算法和分类存储历史数据，提供了可视化的窗口处理过程信息，系统流程如图2所示。该系统特点如下。

1) 数据采集参数多。系统实时采集每台质量流量计220多点关键参数信息，包括常规参数、报警参数、设备状态参数等，为上层应用程序深度诊断提供强大的基础数据支撑。

2) 网络结构优化。充分考虑现场仪表分布特点，合理规范部署数据采集网络结构，通信协议实现由Modbus RTU至Modbus TCP转变，方便多主机快速获取仪表数据。

3) 诊断分析算法精准。实时诊断分析运算质量流量计测量管振动频率、左右检测线圈电压、驱动增益、活零点、气化情况等信息，运行状态及故障判断更加精准快速。

4) 人机界面友好。实时数据显示、历史数据查询、历史报警查询、参数变化查询、报告查询、仪表参数设置、运行数据分析、实时趋势、历史趋势、仪表高级诊断功能、运行诊断、零点验证、零点标定、智能仪表自校验(SMV)、大数据全生命周期诊断、安全管理、设备管理等。

5) 多系统联动。系统生成的报警信息，操作人员可以派单至巡检系统，同时将巡检情况回传至诊断系统，真正实现闭环管理。

图2 远程智能诊断系统流程示意

2 远程智能诊断系统功能应用

2.1 工艺流程及仪表状态监测

工艺流程及仪表状态监测包括以下方面：

1) 应用系统中“流程总览”画面，可以通过 “甲烷、干气”、“成品油出厂”、 “石脑油”等工艺流程，分别监测每台流量计的运行状况，并通过不同颜色变化，直观显示报警状态信息，为操作人员监控提供依据。

2) 主辅计量数据比对。近几年中石化总部及该公司陆续推行主辅计量比对工作，为了确保交接计量数据准确，在管线上下游分别设置了同型号质量流量计用以开展实时比对监测。主辅流量计的差值可在工艺流程图上显示，通过点选查看主辅流量计更为详细的诊断信息，准确判断哪台流量计异常。主辅流量计差率的计算公式为：主辅流量计差率=辅流量计流量-主流量计流量)/主流量计流量，当该值大于界面上的设定值时，会出现报警颜色提示。

2.2 工艺运行分析

物料在输送过程中，易出现气化等异常工艺情况，导致交接计量数据不准确，影响供需双方的计量结算。该系统实现了对工艺影响因素的运算分析功能，通过对质量流量计运行过程中流量、密度、温度、左右检测线圈电压、驱动增益等诊断信息分析和计算，评估工艺对批量数据不确定度的影响。通过计算给出一个批量时间内的轻微工艺影响因素和严重工艺影响因素的累积量和总累计量之间的比例关系，同时计算出工艺影响系数A.L.(%)、平均密度、平均温度、累计总量。通过A.L.(%)可以判断输送过程中工艺影响因素对流量测量的可信度。通过工艺运行分析对不同交接计量应用建模，以确保准确计量。工艺运行分析情况如图3所示。

图3 工艺运行分析示意

2.3 仪表健康状态在线自诊断

应用大数据分析，在该系统设置“智能自校验”、“零点验证”、“零点标定”、“全生命周期分析”等几项健康状态自诊断功能，通过应用该功能，操作人员不必到现场逐台获取相应数据。该系统能够实时获取详细数据进行仪表智能自校验，并将诊断结果呈现给操作人员。这样既可以提高维护效率和减少劳动成本，又可以延长质量流量计的使用寿命，使质量流量计运行始终处于最佳工作状态。

2.3.1智能自校验

智能自校验实现了对流量计标定系数的在线自校验和核查，并能检测流量计是否磨损、腐蚀和介质挂壁问题以及整个流量计系统硬件诊断功能。可以在流量计测量过程中，实现质量流量计刚性法的自校验功能，校验时间只需2 min，并给出自校验报告。当出现计量纠纷时，不需要马上拆下来进行离线检定，只需通过自校验来确认质量流量计的精度和健康情况，即可以节省维护成本，也为仪表预维护提供依据。

2.3.2零点验证与标定

1) 零点验证。仪表零点值是影响计量准确性的重要指标，该系统提供仪表零点核查功能，可实时获取到测量管振动频率、左检测线圈电压、右检测线圈电压、驱动增益、活零点等信息，开展零点验证核查。活零点是在一定时间范围内用平均值和流量计的零点稳定性指标进行比较，如果零点核查通过，说明目前是一个好的零点，不需要标定零点；如果零点核查通不过，需要标定零点。

2) 零点标定。符合操作条件下，系统连续三次采集和比较计算“调零”的零点偏置，最终将结果和流量计的零点稳定性指标进行比较，如果在零点稳定性指标内，则说明零点标定通过，如果在零点稳定性指标外，则提示零点标定没通过，需要再次标定零点。

2.3.3全生命周期管理

全生命周期分析中的刚性数据及零点数据依据仪表变化事件、“刚性”参数及“调零”参数变化事件的发生而采集并存储，为每台质量流量计全生命周期管理提供详实数据。

2.4 状态报警

该系统提供了强大的系统报警功能。在基于以上诊断识别出异常信息时，该系统中会产生详细的报警信息，同时根据事先设定好的接收人员，自动将报警以短信形式推送至相关人员手机，操作人员可以通过派单形式下发至巡检人员进行现场巡检，自动记录巡检内容。

2.4.1关键参数变化报警

系统自动跟踪核查系统内每台仪表参数的变化情况，变更时间、变更前后值，如果超出设定值，提示报警信息。

2.4.2报警处理

该系统采集全部仪表报警信息，并提供了对应的报警代码解释信息。通过报警代码，即可获知仪表出现哪些更深层次的问题。

2.4.3报警专家库指导派单

该系统不仅具备仪表报警功能，同时还增加了巡检派单功能。根据仪表报警情况、专家库处理意见，操作人员可参考以上帮助信息，对现场保运人员进行巡检派单。相比老式报警监控系统，专家库的支持以及定向巡检可更加精准找到仪表故障点。

3 应用效果

质量流量计远程智能诊断系统实现了对该公司现场86台质量流量计远程集中监控管理，应用大数据实时智能诊断运算分析给出了量化结果。

1) 应用该系统对质量流量计进行实时在线诊断核查，可以取消原部际间质量流量计检定工作。每年可以为公司节约拆装检定费用约40万元，另外可以避免拆装、运输过程中对表体及准确度造成的影响，同时降低了人员劳动强度。

2) 2017年8月21日15时，系统中W136号仪表连续出现传感器/变送器通信失败，变送器初始化，驱动超出量程，驱动增益低等4个关键报警信息。经排查为核心处理器故障，成功避免交接双方出现计量纠纷。

3) 2017年10月5日在应用系统开展诊断监测过程中，发现炼油部供烯烃部重石脑油质量流量计驱动增益和密度剧烈波动，经过系统诊断运算，发现输送过程中存在流量过小而产生3.64%严重气化现象，确定其管线处于不满管状态。为此及时通知调度调整工艺及阀门开度，成功避免了计量结算争议，确保计量数据精准。

4) 2017年12月19日，通过诊断系统发现化工部供中沙(天津)石化公司抽余油流量计密度由680 kg/m3增到730 kg/m3，系统连续报警“驱动增益超出量程”、“左检测线圈超限错误”，同时与下游表比对出现0.3%允差指标，最大时达到0.74%。经拆检发现流量计出现严重挂壁，经清洗后恢复正常。