数字时代下流量计检定数据共享技术的应用

邬红波

(中国石化股份有限公司 镇海炼化分公司,浙江 宁波 315207)

近几年,流量计作为重要的贸易计量方式,应用的范围越来越广,为了保障用于贸易结算的流量计准确可靠,必须定期检定流量计,通过检定对其日常的计量性能做出判断,各类流量计的检定都是通过流量标准装置实现的。流量计的检定控制系统是一个独立运行的系统,如何实现流量计基础信息与检定数据的互联互通,是数字时代下计量管理必须思考的问题。创建计量数据共享机制,不仅可以实现快速检定,还可通过数据分析,实现对流量计的长期监管和对流量标准装置稳定性的监测。本文结合流量计检定规程和数字时代的发展要求,探讨实现流量计检定数据共享的解决方案。

1 流量标准装置简述

流量标准装置按工作原理可分为静态质量法、静态容积法和标准表法装置,由于受标准表准确度等级条件的限制,标准表法只能检定准确度等级要求不高的仪表,本文以某炼化企业静态质量法流量标准装置为例进行分析,静态质量法流量标准装置组成如图1所示。

图1 静态质量法流量标准装置流程示意

检定用的纯净水通过水泵打压,依次流经稳压罐、被检流量计台位、标准表组、换向器、称重容器。检定校准时,纯净水经换向器收集至称重容器,由电子天平称重,比较被检表与电子天平读数,便可获得被检表准确度。

流量标准装置的计量检定控制系统包括软件和硬件两部分: 硬件部分是以PLC为基础,采用上下位机结构,上位机采用工业级DELL PC站作为人机交互监控界面,下位机采用SIEMENS S7-300 PLC系统作为过程控制单元,上下位机间采用工业以太网互联;软件部分按照国家最新颁布的计量检定规程编写算法和数据报表并安装于下位机中,可用于速度式流量计、容积式流量计、质量流量计、电磁流量计、涡街流量计、涡轮流量计、超声流量计等的检定校准。

2 现状与问题

流量检定装置是判断流量计性能的基础,目前流量计检定大部分都是通过检定员查看铭牌,手工录入出厂编号、型号规格、测量范围、流量系数等被检流量计的基本信息;检定完成后生成的检定记录和检定证书在检定控制系统中保存与打印。检定结果与计量管理系统中的设备信息以及其他应用系统互不关联,检定记录和证书不能直接推送至应用系统,形成信息孤岛,不符合企业信息化管理与设备完整性管理的要求。

流量计在运行过程中,受工艺操作、运行环境、仪表性能的影响,测量的准确性受到一定程度的制约,开展数据分析是计量数据管理的重要手段,由于没有数据共享,分析时往往要在不同系统中核查,影响了分析的时效性与准确性。

随着数字时代的来临,数据共享逐渐成为计量技术发展的趋势,采用平台技术与数据标准接口衔接等方式,可实现流量计检定数据的多渠道推送和数据深化应用。

3 检定系统总体架构

流量检定数据共享遵循“数据+平台+应用”的信息化技术要求,实现数据的全面感知与实时共享,消除信息孤岛,通过 “云、边、端”工业互联网平台架构,标准的插件式接口,搭建了计量检定控制系统与计量管理系统数据共享架构[1-2],如图2所示。

图2 计量检定控制系统与计量管理系统数据共享架构示意

4 流量检定数据共享机制

流量标准装置的计量检定控制系统是流量检定数据共享的基础,不仅包含标准装置的基础信息,还包含流量计检定过程及检定结果的信息,构建检定控制系统与计量管理系统的信息共享机制,实现数据互联互通,可以开展设备运行的可靠性与测量数据的准确性动态分析,是计量设备全生命周期管理的重要内容,也是实现智能计量的基础。

4.1 计量器具台账的建立与检定计划的生成

目前,大部分炼化企业已通过计量管理系统建立计量器具台账,但还没有生成统一标识码对设备进行分类管理,部分企业计量管理系统也已实现检定计划的信息化管理,依据周期检定与临时检定需求在该系统中下达检定任务,检定部门依据计划对送检的计量器具开展检定。

该系统设置到期检定与检定委托提醒功能,对于新采购的流量计,抽检合格后入库,同时在该系统中建立计量器具台账,对于故障维修后的流量计,通过临时检定计划进入流量计检定流程。以该企业为例,内部各单位的分工设置包括: 计量专业部门对企业计量器具实行统一管理,各运行部负责本单位计量器具的使用、维护及管理工作;物资采购部门负责计量器具采购、抽检和入库验收;检定站负责计量器具的检定/校准以及对故障计量器具的维修。各单位在计量管理系统中发起委托并将计量器具送至检定站,由检定站负责接收。

4.2 数据采集

计量器具二维码唯一标识的推行,使计量器具基本信息采集方式有了根本性的改变,检定时只要通过手机或其他移动终端上的检定软件App,扫描器具上的“二维码”,就可以完成信息的读取[3],所读取的信息包含: 器具类别、器具位号、器具出厂编号、测量范围、准确度等级等,并通过“5G”无线网络实时上传至检定控制系统,实现信息溯源。通过该方式,流量标准装置可以方便地采集到被检流量计的基本信息,并自动将信息代入流量计检定记录的相应字段中生成流量计基础数据。

4.3 检定数据的传输

检定员根据检定规程或生产实际需要完成检定点设置后,流量标准装置进行自动检定,检定过程的数据,在检定结束后自动生成标准格式的数据记录,步骤如下:

1)检定数据和检定记录、证书通过接口存放于系统服务器的数据摆渡区,计量管理系统定期从数据摆渡区取回数据和文档,存放入计量管理系统检定流程中的检定记录确认界面,点击台账更新后,检定证书自动保存在计量器具台账中,便于查询。

2)为了便于追踪和分析贸易流量计的计量性能,计量管理系统还存储检定过程的各项数据,通过查阅仪表各流量点的误差、重复性等数据,分析仪表的性能与贸易交接计量数据的准确性,为计量纠纷的处理提供技术支持。流量计检定记录中的各项数据以表单形式保存,通过数据摆渡区接口存放在计量管理系统的流量计检定数据库中,供随时提取。

每台流量计经过长期运行,累积了大量的检定数据,通过分析流量计的计量性能变化趋势,对于计量流量计长周期运行性能的评估,确定检定周期间隔和日常维护都有较高的应用价值。当流量计在实际运行中遇到问题时,也可从检定数据的角度帮助分析差异原因,起到事半功倍的效果。

5 流量检定数据应用及效果

5.1 检定装置的质量控制

目前,对于流量标准装置的定期核查[4],多以性能稳定、高精度的质量流量计作为核查标准。由于检定控制系统中各种配套设备及流量标准装置运行的稳定性对检定结果影响较大,构成了一个较为复杂的系统,单一的定期核查方法很难发现部分问题,而且该方法间隔比较长,一旦发现问题,要追溯比较困难,所以通过在检定过程中获取的各种数据开展大数据分析,保证检校结果质量具有重要意义。静态质量法与标准表法流量检定装置一般采用共用检测管路设计,如果以流量计标准表法核查静态质量法标准装置可以达到事半功倍的效果。

本文介绍的静态质量法流量标准装置和标准表法标准装置采用共用检测管路,分别在DN25,DN40,DN50,DN80,DN100,DN150,DN200,DN250,DN300共9条独立检定管线上配置了准确度等级为0.2%的进口电磁流量计和准确度为0.05%的高精度科里奥利质量流量计作为标准表。以下以管径DN80为例,介绍利用质量法流量标准装置对电磁流量计的校准,检定结果如图3所示。

图3 DN80上电磁流量计的检定结果示意

由图3可知,选用的电磁流量计的准确度满足误差为0.2%的要求。

在积累装置性能的基础上有效设置平均值控制图和标准差控制图的控制限,并对数据进行判定,均未出现异常数据点,表明质量法流量标准装置是可控的。

5.2 共享数据的应用

对于日常贸易交接数据管理,大部分炼化企业都会将数据采集到计量管理系统中实现自动比对和超差报警以监控流量计的运行状态[5]。当出现异常时,可随时调用流量计检定数据,以检定角度分析的结果作为差异分析的原因之一。

以该炼化企业92号汽油管输流量计出厂计量为例,采用流量计量表与油罐计量数据进行比对,2022-01-09—2022-02-28期间连续22笔数据比对,比对差异正偏差的有19笔,占86.3%,油罐计量和流量计计量比对差率如图4所示。

图4 油罐计量和流量计计量数据比对差率示意

发现差异后,技术人员调用最近一次该流量计的检定数据,查看常用流量点附近示值误差正常。排查示值误差原因外,发现因工艺操作变化引起输送压力变化,原设置的压力补偿方法错误,调整后比对差异正常。

计量检定数据的溯源与测量结果的比对,是测量过程管控的重要内容,只有在数据共享机制下,才能实现数据的互联互通,把各项关键数据存放计量管理系统的数据中心,实现数据的集中管理,才能实现跨系统间敏捷控制与回归分析,提高计量数据分析的唯一性和实时性。

6 结束语

基于“数据+平台+应用”的信息化技术,搭建了流量标准装置与计量管理系统数据共享架构,通过检定数据共享,该方式大幅提高了流量计的检定效率。随着数字时代的来临,运用大数据、云计算、AR/VR等技术构建智能计量云平台,实现“云抄表”“云送检”等智能计量管控模式,是计量管理与信息化的深度融合的最好阐述,进一步拓展检定业务与计量数据的服务能力。