无线蒸汽流量采集系统在石油仓储企业中的应用

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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中化兴中石油转运（舟山）兴中库区为确保生产作业，油库采用蒸汽伴热的方式来保持储罐和管道内的油品温度，蒸汽由１台２０ｔ锅炉、２台１０ｔ锅炉组成的锅炉系统生产。近年来，该公司按照精益化管理的思路，加大了能源计量的管理要求，为了对蒸汽系统进行科学管控，提升蒸汽效率，需要对蒸汽的使用情况进行准确测量与统计分析。之前库区蒸汽管网采用了靶式流量计进行流量数据的采集，再依靠人工抄表进行数据汇总统计，但由于靶式流量计容易受到蒸汽管线内“水锤”现象冲击，故障十分频繁，而且人工抄表的方式效率低、实时性差，统计分析效果并不明显。

为此，库区通过安装新型蒸汽流量计，运用无线传输技术，建立了蒸汽流量采集系统，并实时上传到上位机软件进行统计分析，形成报表。系统的建成为公司的能源管理提供了实时可靠的数据支持，同时实现了对库区蒸汽系统的实时监控，有利于蒸汽使用的管控，促进节能降耗。

１系统整体结构设计

蒸汽流量采集系统在罐区所有保温罐罐前、锅炉总管出口和分包线上安装了共５２台蒸汽流量计，采用智能无线技术，分４个区域将流量计采集的数据传输到该区域的无线网关，再上传到上位机，通过人机界面将各类数据进行展现。无线流量采集系统工作原理如图１所示。

１．１一体化蒸汽流量计

通过深入调研，选用了３０５１ＳＦＣ系列一体化多参数孔板流量计。该流量计精度为１．２５％，量程比为１４∶１，具有精度高、量程比宽、稳定性好的特点。可以在线检测温度、压力及流量３个在线变量，同时在表头中自动完成温压密度补偿，显示质量流量及热量，特别适用于蒸汽计量系统。由于采用了整体铸造工艺和一体化安装的形式，该流量计具有较高的耐冲击性能，有效解决了蒸汽对设备的冲击及水锤问题。

１．２智能无线适配器

每台３０５１ＳＦＣ流量计配置了１个ＴＨＵＭ７７５智能无线适配器，成为１个无线节点。无线适配器ＴＨＵＭ（ｔｈｅｈａｒｔｕｐｇｒａｄｅｍｏｄｕｌｅ）是基于微处理器的智能设备，是专门为有线ＨＡＲＴ仪表开发的天线，可以同时将仪表的４个过程参数变量和设备诊断信息转换为ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ无线信号输出，与标准的ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ无线网关相通信。无线适配器与４～２０ｍＡ回路连接，从回路取电，但不对回路产生任何影响，即使适配器发生故障，回路电流也保持不变，无需电池。

１．３智能无线网关

无线网关在无线数据系统中起到中间转换的作用，它是连接现场仪表和上位机的纽带，实现了网络管理、数据管理和设备管理的三大功能。该系统中无线网关选用了１４２０智能无线网关，每个网关管理其辖区范围内的无线节点，zui多可以管理１００个无线节点。无线网关可以根据位置分布自动建立网格架构网络，一旦网络建立，会自动查找如何绕过固定或者临时障碍的zui佳方法，实现高安全性和可靠性的无线数据采集，并利用标准接口将收集的工艺参数和设备状态数据准确可靠地送入上位机，以实现对现场流量计和工艺参数的监控，其作为现场智能无线仪表和上位机人机界面的接口，支持Ｍｏｄｂｕｓ和ＯＰＣ协议。智能无线网关具备安全性能高、可扩展、传输数据可靠等特点，采用２．４ＧＨｚ的公用频段，通信路径冗余，数据可靠性大于９９％。

２无线技术的应用优势

现场无线蒸汽流量计使用的无线网络具有自组织、自适应、自修复的特点，在通信路径被干扰时，网络无线设备能够自动重新选择其他冗余路径进行通信，保证了各类参数的正常通信。因此，无线技术应用于蒸汽流量测量具有极大的优势。

１）节省施工安装成本。由于库区面积较大，需要安装的蒸汽流量计数量多、分布散、距离远，如果利用有线数据传输技术，则所需通信电缆数量极大，电缆敷设的施工费用也极高；而采用无线技术，无需通信电缆连接，可以大幅节省电缆材料和施工的人工成本。此外，由于利用无线网关直接进行数据传输，无需另外采购自控系统硬件设备，

也节省了大量安装费用。

２）加快项目建设进度。无线技术现场施工简单，只需要将无线适配器安装到一体化蒸汽流量计上，无需人工干预，自动组建网络，比使用有线方式节约了大量施工时间，项目进度得到大幅提前。

３）维护简单。由于流量计和无线网关都具有故障报警自诊断功能，一旦设备出现故障情况，在上位机上就会出现报警提示，维修人员可以直接发现故障点并进行处理。另外由于没有控制柜、电缆等中间数采设备和材料，大幅简化了故障确认程序，方便了日常维护。而且无线网络有很好的扩展兼容性，如需要增加测量点，只要安装好无线适配器，就能自动加入到智能网络中。

３能源管理软件的设计

基于现场设备通过无线网关汇总的所有基础数据，定制开发了能源管理软件，系统运用Ｃｉｍｐｌｉｃｉｔｙ组态软件进行上位机监控界面设计，绘制图形界面。

管理人员能利用系统对整个库区的蒸汽能耗、锅炉效能进行实时查看、汇总统计和分析。

１）根据蒸汽流量数据主画面，可以清晰准确地看到每个保温罐罐前蒸汽流量计的运行状态以及设备采集到的瞬时流量、累积热量、温度、压力等实时参数，方便库区管理人员确认储罐蒸汽使用状况，及时关闭需关却未关的蒸汽阀门，节省蒸汽使用，实现了降本增效的目的。

２）按照库区生产情况，蒸汽作业主要配合库区出油作业，储罐出油前需蒸汽加热，出油后结束蒸汽作业。因此，为利于财务核算，需分客户分批次对作业耗能进行统计。系统通过后台统计，可以将每次作业的蒸汽能耗数据进行计算，因而可以清楚地看到每个保温罐的zui近一次作业能耗和本月的总能耗。

３）系统除了可以实时查看各类数据，还可以对所采集的历史数据进行回顾，可以检查单个设备详细的具体参数，包括运行状态、温度状态、蒸汽温度、瞬时流量、压力、瞬时热量、批次热量等１５项参数。此外，还可以直观地看到瞬时流量、累积热量、蒸汽温度、蒸汽压力等参数的历史趋势曲线。根据这些历史数据，公司管理层可以对蒸汽历史运行状

况进行回溯，并对操作人员的工作进行考核。

４）除了能源管理软件外，为便于财务人员直接对数据进行分析，系统特别开发了Ｅｘｃｅｌ数据导出报表，在能耗报表中，既可以查询当前总能耗或总流量及损耗值，也可以查询每个设备当月能耗或流量，还可以查询每个设备多个批次的能耗数据。

系统保存了大量的过程数据，为今后的汇总统计、对比分析及成本核算提供了大量的数据支撑。

无线蒸汽流量采集系统建设周期短、投资小、运行稳定，维护工作简单。公司各级管理人员利用办公网络，可以实时查看整个蒸汽系统的运行状况，并通过数据统计和分析，检查管网设备完好率，优化了蒸汽管控策略，实现了企业节能减排、降本增效的可持续发展。该系统在兴中库区的成功应用表明，无线蒸汽流量采集系统特别适用于库区面积大［１０］，仪表数量多、距离远的大型石油仓储企业。

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