天然气自动计量系统稳定性因素与改进措施

刘 晓

(山西压缩天然气集团有限公司，山西 太原 030006)

天然气自动计量系统稳定性因素与改进措施

刘 晓

(山西压缩天然气集团有限公司，山西 太原 030006)

结合天然气自动计量系统的构成部分，对影响天然气自动计量系统的主要因素进行了研究，并从接地和接线方式的规范化、施工规范、系统操作规范化等方面提出了天然气自动计量系统的优化措施，以确保该系统安全稳定地运行。

天然气自动计量系统，单元，稳定性，规范

0 引言

天然气自动计量系统是一种高度集成和智能化的现代电路仪表系统，该系统仪表主要构成有涡轮流量计、超声波流量计、智能变送器等，随着天然气使用的普及，天然气自动计量系统的应用也越来越广泛。而智能仪表技术、计算机网络技术、自动化控制技术的发展也进一步促进了天然气自动计量系统的推广，更降低成本的硬件投入和维护费用，让其成为现代天然气工业发展的重要基础设备，其计量的数据的准确性和工作效率在一定程度上保证了天然气工业的平稳发展。但是由于多种原因，例如设计未能充分考虑使用情境，不合理施工方法等原因极大的影响了天然气自动计量系统的稳定性，为此我们展开分析，找出天然气自动计量系统优化方案。

1 天然气自动计量系统的构成

1.1 信息采集和变换单元

信息采集由功能各异的仪表构成，主要的目的就是通过不同功能的仪表来搜集天然气生产、集输整个流程中的有用信息以及各项工艺参数，利用整个流程中的温度、流量、压力等。通过传感器的搜集将检测到的结果转化成可以量化和数字储存的数字信号或者模拟信号。该处理单元可以是单一仪表也可以多个仪表组合完成，常见的组合电表有EJA压力变送器、3051压力变送器等。

1.2 通讯和连接单元

该单元的主要作用是实现信号采集和变换单元与控制室之间的连接，实现数据的传输过程，从而实现天然气自动计量系统的通讯功能。主要的构成有通讯转换模块、数模转换、数据采集等，现场常使用大量的PCI多串口卡、频率计数、RS-485卡等。

1.3 流量数据计算和处理单元

其主要的目的是对通讯和连接单元传输过来的各类数据信息进行处理，从而实现自动化的控制的目的。主要的构成部分为储存设备、运算设备、流量计算等，现场多采用流量计算仪、工业控制计算机、RTU等，通常被设置在中央控制室中，与通讯设备相连接。

2 影响天然气自动计量系统的主要因素

天然气自动计量系统是高度集成化和智能化的仪表系统，其使用的稳定性有着极其重要的作用，但是由于多方面的原因会影响其稳定性，导致其应用无法达到设计的标准和要求。这里以忻州某分输站为例探索当前计量管理体系中存在的问题。常见的影响因素有以下几个方面。

2.1 信息采集和变换单元

信息采集和变换单元是搜集天然气生产、集输整个流程信息的设备，所以要面对复杂多变的使用环境，因此这个变换单元经常会受到外界自然环境的影响，如果未能及时的检修和维护，就会出现以下几个问题：

1)在仪表设计选型的时候未能考虑到以后的使用环境的影响，所以会导致设备出现老化、进水或者腐蚀而影响其正常使用。

2)部分管道中的天然气中经常含有水和油污，所以导致这类仪表运行的时候极易发生故障损害。

3)部分采集流量表的度数低于现场工作的最大值，导致流量计无法测量最大数值，或者被高数值的指针冲击导致发生故障。

4)未能合理的接地或者采取充分的防雷措施，导致雷击或者电涌的出现引发仪表故障。

2.2 通信和连接单元

通信和连接单元通常会设置到控制室内，并通过通信线路进行连接，控制电源和通信线路通常采用挖沟掩埋、穿管敷设和沿电缆沟等方式完成。由于特殊的工作环境因此其蕴含的主要因素有：

1)通信和采集模块由于缺乏必要的防雷和防电涌措施，因此容易导致受到雷击和电涌的影响；

2)由于没有必要的屏蔽和防护措施，因此外界电缆会导致通信信号产生电磁噪声，影响数据的准确性；

3)通信电缆的辐射过程由于最初的施工工艺的影响或者二次施工的不当导致损坏，而损坏部位也会因为受到潮湿和风化的影响出现信号偏差和不稳定的现象，有时候问题还可能影响到现场电表和控制仪器的安全性；

4)通信线路未能按照标准和规范进行接地，导致系统不稳定,所以无法正常工作。

2.3 流量数据计算和处理单元

该功能单元除了基本的硬件设备外还包含了软件系统，因此影响该功能单元稳定性的因素也包含了两个方面的因素。主要问题集中在以下几个方面：

1)流量计算机、PLC、工业控制处理器等缺乏必要的防雷和防电涌措施，导致容易受到雷击和过电的影响造成损害，影响整体的安全稳定；

2)系统电源因为雷击和防电涌保护不当导致系统容易发生故障损坏；

3)软件系统的设计缺陷导致实际应用无法正常的实现系统功能的需求；

4)系统需要实时的从通信和连接单元获取通信数据，因此网络通讯模组的故障也容易导致系统不稳定，甚至无法获取数据；

5)计算机、PLC以及其他联网的系统会受到公共网络中计算机病毒的影响，导致出现系统故障甚至瘫痪；

6)现场仪表众多，并行串口类型也非常的复杂，由于系统升级或者软件的更新都有可能带来兼容性的问题，导致采集模块和驱动无法与更新的系统兼容，引发使用故障。

3 天然气自动计量系统的优化措施

通过上文的分析我们可以知道，影响天然气自动计量系统稳定性的各项因素，其中以雷击等自然天气的影响为主，所以优化措施的重点也应该以极端恶劣天气的改善为主，为此我们提出了以下几个重要的改进和优化措施，并以此来提高天然气自动计量系统工作的稳定性。

3.1 对雷击的防护措施

输电站和采气站必须面临的问题就是防雷击的保护措施，因此雷击的综合治理是天然气自动计量系统稳定性分析的重点。为此我们需要结合国家电力等有关部门对此类防雷击的规范化和标准化要求进行改进，结合详细的技术操作规范对采气站和输气站周边的环境进行详细的勘察，设计针对性的防雷措施和方法，综合考虑电缆的敷设、防电涌安装等。尤其是较容易发生雷击过电的部门和系统，例如主电源系统、通信处理系统、信号传输、避雷针和底线等，需要采取保护措施。

3.2 接地和接线方式的规范化

接地和接线方式的合理是解决当前天然气自动计量系统稳定性的重要环节，特别是在处理部分容易受到电磁场影响的系统和设备时，更加需要注意电路连接的合理性。首先要检查周围建筑物是否存在带电金属物的等电位连接，并检查建筑屋顶或者外部的连接方式，然后完成规范的接线。同时对接地方式要进行一定的检测，因为合理的接地方式能有效的抵抗雷电电磁干扰以及直击雷泻放等。必要的时候可以使用低阻抗、高效率以及其他非金属接地保护材料，同时注意公共接地点的选择，提高整个系统的电位稳定。

3.3 施工规范

要严格的按照设计的规范和标准完成施工过程，避免因为施工不当引起的系统问题。为此可以从以下几个方面来实现：1)通信线路与强电场和强电磁场之间的防护措施；2)电缆铺设要满足要求。埋地敷设电缆深度大于70 cm，并上下敷设厚度为100 mm的沙子，覆盖宽度不得低于电缆边缘50 mm；3)接地保护必须满足标准，接地电阻必须满足要求，例如PLC的接地电阻不能超过4 Ω；4)防雷防电涌安装必须满足要求，同样保障接地安全，接地电阻不能超过1 Ω。

3.4 系统操作的规范化

天然气自动计量系统在应用于工业生产和集输之前都要经过严格的检验，而提高操作和检收的规范化也是提高天然气自动计量系统稳定性的重要方法。为此我们需要严格的监督装配和施工的各个环节，从而减少系统操作对系统运行的影响。首先电缆和电气设备之间的距离不得低于1.5 m，对于设置了屏蔽措施的电缆，距离不得低于0.8 m。其次是要提高系统内部各个仪表和流量计的检修和维护工作，同时要注意检修工作的操作得当，提高检修操作的规范化，方式操作不当引起的仪表损坏。

4 结语

天然气自动计量系统的快速发展给天然气企业提供了很大的便利，但是也由于各种原因影响到其运行的稳定性，我们从设计和施工的角度出发，分析了潜在的危险因子，并提出了对应性的措施，为此类设备的运行和管理提供了参考。

[1] 廖德云,张 智,王存伟.影响天然气自动计量系统稳定性因素的探讨[J].石油化工自动化,2013(2):62-64.

[2] 袁 萍.基于元胞自动机的创新扩散模型在我国天然气消费预测中的应用研究[D].重庆：重庆师范大学,2011.

[3] 杨春霞.原油集输处理工艺控制技术改造研究[D].成都：西南石油大学,2007.

[4] 蒋 辉,林媛媛,曹斯亮.天然气超声波计量系统性能的影响因素[J].油气储运,2012(1):53-56,85.

[5] 杨 红.影响标准孔板流量计计量精度因素的定量分析研究[D].重庆：西南石油大学,2012.

[6] 杨锦成.微型燃气轮机冷热电联供系统集成与性能仿真研究[D].上海：上海交通大学,2009.

On stability factors for automatic metrology system of natural gas and its improvement measures

Liu Xiao

(ShanxiCompressedNaturalGasGroupCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

Combining with the components of the automatic metrology system of natural gas, researches the main factors influencing the system, and points out the optimal measures for the system from the regulation for grounding and connection modes, construction regulation, and regulation for system operation, so as to ensure the stable and safe operation of the system.

automatic metrology system of natural gas, unit, stability, regulation

1009-6825(2015)28-0136-03

2015-07-28

刘 晓(1985- )，男，助理工程师

TE863

A