天然气计量检定智能化技术探索与展望

王涛

摘要：随着人工智能、大数据和物联网技术的迅速发展，主要国际管道公司开始建设数字孪生体和工业互联网，天然气计量检定跟踪技术发展趋势，探索智能化计量检定研究，实现智能技术与计量检定的融合。另外，从在线实流检定校准、计量技术升级等方面对天然气计量检定智能化技术进行了展望。

关键词：天然气;计量检定;智能化

在天然气的实流检定过程中，诸如流程切换、流量调节、检定操作等，主要由检定员手动进行，检定结果也受检定员工作经验与操作习惯影响。中高压天然气计量检定系统复杂程度高，流量调节精度要求高，难以精确控制天然气实时流量，处理时滞调节不能快速达到预期流量。检定过程应具有稳定准确的流量，传统的手动调节需在多个工艺系统和阀门之间不断调整，即便操作人员经验丰富，在长期的操作过程中依然存在工艺调节错误、超流量、超流速的风险。

一、检定智能化研究与应用

1. 基于站控系统，建立工艺模拟仿真模型，利用物理模型、历史数据再现真实的生产状态，集成多物理量的仿真过程，在系统内完成映射，直观形象地对工艺流程进行数字化管理，从而控制阀门开关逻辑并将调节命令下达至调节阀进行动作。对检定系统进行智能化升级，完成标准装置自动确认、自动核查检定数据有效性、检定任务自动启动、流量点自动计算及设定、流量压力温度稳定性自动判断、检定结果智能判断等工作，实现检定全过程的实时监控，以及智能分析处理检定结果。

2. 基于数字孪生体的智能检测。研究设定合理的约束条件，利用水力仿真软件应用工艺管线布置、配置运行数据、设备技术参数以及检定数据，建立工艺管网水力分析的稳态模型;建立一种用于设计和调节压力、流量的智能控制器，并利用历史数据验证，开发实时数据学习的自动学习算法、用于优化检定系统过程控制的分析预测方法，使得水力仿真与智能控制器的预测模型精准匹配，并快速验证方案优劣，比较分析最佳方案。检定任务需求下达给数字孪生体，通过仿真模型多次迭代，快速将最优指令下达给站控系统智能切换逻辑，按照检定校准规程进行检定或校准。

3. 根据大量数据和动态调整生产计划。智能检定和控制管理平台可以统一管理检定工作，包括组织制定检定计划、合同处理、样品接收、检定和校准操作、流转检定和校准证书等。该系统包括一个在线系统、一个APP系统和一个微信公众号，可以通过在线演示、文件导出、模型打印等三种方式输出数据。系统结合控制时间和流量计参数计算出的最佳流量计组队和安装方案，实现大数据得检定校准计划安排与实时调整。样品接收发送部分采用立体仓库匹配智能堆放系统，实现流量计的自动输送和自动堆垛，减少人工操作所导致的错误，完成检定样品的自动收发环节。

4. 完整性计量标准技术。（1）定期比对计量器具。对于标准计量器具，每周抽取温度变送器送实验室进行比较，每周通过压力变送器进行在线比较，每天在线比对色谱仪的分析结果，并结合设备的不确定性进行合理比较。（2）在线核查计量标准。作为评价数据分析技术测量标准的有益试验，工作层标准智能控制系统的受控制图方法采用在线评价技术。分析流量计的历史数据，使用控制图法构建动态报警阈值模型，根据测量标准的不确定性定义控制阈值，实时检测测量标准流量计的变化。如果超过了动态警告限制，则当检测限制要求加强质量监视、确保检定或校准状态时，被报警有问题的管路将停用。在此基础上，可以实时检测标准装置的偏差和趋势，提高其检测价值水平，实时保证测量标准的准确性和可靠性。

二、天然气计量误差产生的原因

1. 由于安装不到位，出现了流量安装条件与检定规程规定发生了较大偏差。流量计的合理安装实际上是非常重要的，在实际中，安装条件因现场情况不同而异。在天然气使用过程中， 频繁波动的流量、量程超标和脉动流等问题也会造成误差。脉動流主要是由于管道中的气体压力和流速突然波动形成的， 如果节流装置中有脉动流存在， 在计量过程中， 就会出现较大的误差。例如，由于安装台位布置不同，或多或少存在流量计安装在不合理位置的地方，因此流量计的安装不到位可能导致流量计计量产生较大的误差。

2. 天然气从地层开采出来经过了过滤、除尘和分离等处理措施， 但依然存在处理不彻底的情况，固液杂质残留在流速突变和管道截面收缩等位置， 容易出现测量误差。另外， 这些杂质还会冲刷腐蚀管内壁等位置， 造成实际尺寸与设计数据不符，造成测量精度降低。另外， 天然气的含水量也会对计量误差造成一定的影响。

3. 配套计量仪表引起的误差。天然气计量系统配套的压力、温度、组分检测仪表都会引入一定的不确定度，合成流量计自身的计量不确定度，会使整个计量系统的不确定度等级明显降低。另外，天然气管道内存在的节流装置或凸入物，流量调整器的安装和选择不合适，也会导致计量误差。

三、天然气计量检定智能化展望

1. 在线验证和校准技术。今后，将开发一体化平台，利用大型平台和虚拟化应用程序模型来整合边缘计算和云计算，以提高数据处理能力。利用仪器制造商的先进仪器和数字设备、设计部门制定的工艺和仪器参数、项目实施人员提供的安装信息、校准数据，根据现场生产的运行情况，从而实现计量设备的在线验证和校准。

2. 计量技术的智能更新。随着物联网、5G技术和数字化现场仪器的发展，可以利用仪器实时发送数据和报警信息。数据中心利用人工智能、专家经验和大数据分析工具，实现大数据分析和人工智能的多维、多类型和多周期应用，为计量管理提供可靠的基础，为决策制定提供有效支持。

3. 计量技术产业化平台。建立一个基于计量标准和计量跟踪系统的国家天然气计量智能服务平台。利用科研机构、高等教育机构、企业等资源，创造一个开放共享的计量研究和实验环境，研究关键工业领域的天然气特性和测量参数，并基于服务产品的整个生命周期开发智能实验标准和检测仪器，改善数据交互，提高检测工具的自我诊断能力。

天然气计量检定的智能化研究和管理，不仅能够大大降低安全管理风险、智能管控风险、合规风险，还能显著提高检定机构的运行效率，节省了大量人力和物力资源。

参考文献：

[1] 韩巍，陈行川，郑传波，等 . 智能化流量计检定系统的应用初探 [J]. 工业计量，2018 （ 5） ： 80.

[2] 徐宝昌，黄冬 . 大流量天然气检定站最优逻辑控制方法研究 [J]. 计算机与应用化学，2014 （ 11） ： 51.