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天然气计量检定智能化技术探索与展望

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：吴涛

[导读] 摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，天然的应用越来越广泛。

        中石油昆仑燃气有限公司福建分公司福建 350300
        摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，天然的应用越来越广泛。针对天然气检定过程流量精确调节及质量精密管控的实际问题，研发了一套适用于多气源工况条件的中高压天然气计量智能检定系统，打破了原检定过程工控与数据处理系统之间的通信障碍，将多系统数据与指令融合互联、实时交互，实现了检定设备的全智能控制。该系统建立了标准装置质量控制系统平台，通过风险预测实时评估标准装置偏差变化趋势及影响；拓展了流量仪表性能评价业务，通过建立多维度数学分析模型，对流量计进行全生命周期运行状况分析、评价；通过重构检定作业模式，实现数据中心操作站控系统远程全流程操作；探索采用防爆AGV运输车、防爆机械臂、定制视觉测量系统实现仪表的智能拆装。此外，从在线检定校准技术、计量技术智能化升级、计量科技产业化平台3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；智能化技术；展望
        引言
        然气交接计量监控系统是一种智能全补偿流量计算机系统，其配置依据GB/T21446—2008标准，采用REAL系统可实现包括流量计算、天然气组成、发热量、渐进系数、雷诺系数、压缩因子等相关参数计算的所有功能，具有自动实时采集数据、自动实时处理数据、按照标准自动实时计算天然气流量并对流量数据自动进行累计归档，同时对计量系统设置的基本参数、计算参数、历史事件等进行存储和管理，具备MES数据接口，在天然气公司结算量出现异常情况下能够及时进行跟踪，对进厂天然气结算量监测起着重要作用。
        1量检定自控系统
        计量检定自控系统包括站控系统、检定系统、数据中心以及检定管理平台等，是智能化建设的重要载体。站控系统用于现场工艺控制，包括检定相关参数采集、工艺及控制阀门、关键点参数，报警提示。检定系统主要包括检定服务器、检定操作工作站，负责对检定数据进行处理、计算、量值确认、报表，与站控系统实时通讯。数据中心主要由串口服务器、工业计算机、FF总线采集器等设备组成，负责对计量检定标准流量计、核查流量计、差压变送器、温度变送器、压力变送器以及被检流量计流量、温度、压力、在线色谱分析仪等的现场测量信号的采集、处理，对站控系统及检定数据进行存储、处理、计算、量值确认。检定管理平台采用“互联网+”技术实现流量计检定全过程管理，包括合同签订及下达、流量计堆栈系统收发、客户服务、证书流转等环节管理等。以上系统遵照信息安全相关要求，部署在企业内网，通过传输服务器外网端口实现内外网数据交换，满足各类用户在内、外网环境下按照授权访问，通过多级防护保证系统安全。
        2天然气计量检定智能化探索
        2.1物联网及智能算法技术
        基于物联网及智能算法技术，研发了一套适用于多气源工况条件的中高压天然气智能检定系统，打破了原有通信壁垒，使数据自下而上传输，指令自上而下下达，实现了多系统间数据采集、存储、计算、分析、控制等的互联共享。检定任务通过智能检定系统下达并触发各系统协同工作，现场设备采集检定所需数据并汇入数据库，智能控制器与实体工艺系统的数字孪生体主动在数据库中搜寻所需数据，经过计算分析所接受的指令形成最佳控制策略提交智能检定系统，使系统自主控制现场工艺调整及检定作业全过程。

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        2.2基于大数据的生产计划排程与动态调整
        智能检定管理平台能够统一管理南京、广州、武汉三地检定业务，包括检定计划制定安排、合同办理、样品收发、检定校准作业操作、检定校准证书流转等业务的过程管理。该系统具备在线系统、APP系统及微信公众号3种形式，可通过在线展示、文件导出、模板打印等多种方式实现数据的输出。在制定检定计划时，检定管理平台将根据库存流量计数量和类型，自动匹配提出结合送检时间、流量计技术参数核算后的最优拆装量方案，实现基于大数据的生产计划排程与动态调整。在样品收发环节，采用立体仓库的智能堆栈系统，流量计输送至入库缓存区，人工完成组盘后，物料码绑定，系统分配库位，通过货型检测的物料由堆垛机搬运至指定货位。立体仓库系统中采用负载均衡，先进先出的策略优化仓储管理，使整个流量计仓储的运作流程、信息处理等达到迅速、准确、及时的效果，入出库管理、盘库、报表等工作量变得简单快捷，减少人工操作出现的错误率，完成检定收发环节的双向追溯和跟踪。检定管理平台与智能堆栈系统交互，全面提升了分站管理工作的系统化、规范化、自动化水平，提高了工作效率和管理水平，避免了重复劳动，间接降低了劳动成本。
        3天然气计量检定智能化展望
        （1）在线检定校准技术。可以预见，在不远的将来，将进一步建立融合边缘计算与云端计算的一体化平台，采用大平台、虚拟化应用模式提高大数据处理能力。通过整合仪表生产商的计量仪表设备数字模型、设计单位设计的工艺及计量仪表参数、工程施工方给出的装置信息、计量检定机构的检定及校准数据、生产现场产生的实时工况数据，实现在线核查仪表运行状态，横向类比同型号计量仪表状态，纵向比较仪表输出结果变化趋势，进而给出在线检定、校准结果。（2）计量技术智能化升级。随着物联网、5G及数字化仪表等技术的发展，使得现场在用仪表可实时回传数据及报警信息，数据中心可应用人工智能、专家经验及大数据分析手段开展针对多维度、多类型、多周期海量数据的应用分析，指导国家计量技术的规划、规范制定及工作部署等，使之有的放矢，精准高效。大数据与人工智能的应用将为计量管理提供可靠依据，为决策制定提供有效支持。（3）计量科技产业化平台。建立以计量标准建设为主体，以量传溯源体系为基本架构的国家天然气计量智能化服务平台。借助科研院所、高等院校、企（事）业单位等资源，营造开放、共享的计量研究实验环境，研究具有天然气特点的量值传递技术及产业关键领域关键参数的智能化、数字化技术，开发智能化计量标准、测试仪表，研究基于服务产品全生命周期的大数据计量技术，进一步提升数据交互速度，强化测试仪表的自诊断能力。
        结语
        该系统完善了进厂天然气交接计量监测、比对设施和手段，确保了计量表的准确计量，丰富了天然气交接计量监测系统的管理功能，系统开发了时钟同步功能，完善了历史报表查询功能、历史趋势记录功能，开发了实时报警功能、历史数据转存备份功能以及计算天然气发热量等功能，并根据生产需要形成各种报表，方便用户实时核对计量数据，为指导生产、计量统计、事件追溯提供了科学、有效的依据。天然气计量交接监测系统实施投用后，天然气交接计量误差得到了进一步有效控制，确保了交接计量数据更加准确，天然气计量监测系统更加科学合理，提高了工作效率和管理水平，减少了交接计量误差。
        参考文献：
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        ［3］徐波，李博，宋小晖，等.油气管道智能化运行解决方案的思考［J］．油气储运，2018（7）：721．
        ［4］段艳杰，吕宜生，张杰，等.深度学习在控制领域的研究现状与展望［J］．自动化学报，2017（5）：643．
        ［5］董绍华，张河苇.基于大数据的全生命周期智能管网解决方案［J］．油气储运，2017（1）：28．