沈培璐

(中化興中石油轉(zhuǎn)運(舟山)有限公司，浙江 舟山 316000)

無線蒸汽流量采集系統(tǒng)在石油倉儲企業(yè)中的應(yīng)用

沈培璐

(中化興中石油轉(zhuǎn)運(舟山)有限公司，浙江 舟山 316000)

為了科學(xué)管控蒸汽系統(tǒng)，提升蒸汽效率，需要對蒸汽的使用情況進行準(zhǔn)確的測量與統(tǒng)計分析，通過安裝新型蒸汽流量計，運用無線傳輸技術(shù)，建立了蒸汽流量采集系統(tǒng)。設(shè)計了上位機能源管理軟件，對蒸汽管網(wǎng)運行狀況進行監(jiān)控，并開展統(tǒng)計分析、形成報表。應(yīng)用表明： 系統(tǒng)運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸可靠，為公司的能源管理提供了實時可靠的數(shù)據(jù)支持，有利于蒸汽使用的管控，促進節(jié)能降耗。

蒸汽能耗 流量測量 智能儀表 無線技術(shù)

中化興中石油轉(zhuǎn)運(舟山)有限公司興中庫區(qū)為確保生產(chǎn)作業(yè)[1]，油庫采用蒸汽伴熱的方式來保持儲罐和管道內(nèi)的油品溫度，蒸汽由1臺20 t鍋爐、2臺10 t鍋爐組成的鍋爐系統(tǒng)生產(chǎn)。近年來，該公司按照精益化管理的思路，加大了能源計量的管理要求，為了對蒸汽系統(tǒng)進行科學(xué)管控，提升蒸汽效率，需要對蒸汽的使用情況進行準(zhǔn)確測量[2]與統(tǒng)計分析。之前庫區(qū)蒸汽管網(wǎng)采用了靶式流量計進行流量數(shù)據(jù)的采集，再依靠人工抄表進行數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計，但由于靶式流量計容易受到蒸汽管線內(nèi)“水錘”現(xiàn)象沖擊，故障十分頻繁，而且人工抄表的方式效率低、實時性差，統(tǒng)計分析效果并不明顯。

為此，庫區(qū)通過安裝新型蒸汽流量計，運用無線傳輸技術(shù)，建立了蒸汽流量采集系統(tǒng)，并實時上傳到上位機軟件進行統(tǒng)計分析，形成報表。系統(tǒng)的建成為公司的能源管理提供了實時可靠的數(shù)據(jù)支持，同時實現(xiàn)了對庫區(qū)蒸汽系統(tǒng)的實時監(jiān)控，有利于蒸汽使用的管控，促進節(jié)能降耗。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

蒸汽流量采集系統(tǒng)在罐區(qū)所有保溫罐罐前、鍋爐總管出口和分包線上安裝了共52臺蒸汽流量計，采用智能無線技術(shù)，分4個區(qū)域?qū)⒘髁坑嫴杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)皆搮^(qū)域的無線網(wǎng)關(guān)，再上傳到上位機，通過人機界面將各類數(shù)據(jù)進行展現(xiàn)。無線流量采集系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

1.1 一體化蒸汽流量計

通過深入調(diào)研，選用了3051SFC系列一體化多參數(shù)孔板流量計。該流量計精度為1.25%，量程比為14∶1，具有精度高、量程比寬、穩(wěn)定性好的特點?？梢栽诰€檢測溫度、壓力及流量3個在線變量，同時在表頭中自動完成溫壓密度補償[3]，顯示質(zhì)量流量及熱量，特別適用于蒸汽計量系統(tǒng)。由于采用了整體鑄造工藝和一體化安裝的形式，該流量計具有較高的耐沖擊性能，有效解決了蒸汽對設(shè)備的沖擊及水錘問題。

圖1 無線流量采集系統(tǒng)原理示意

1.2 智能無線適配器

每臺3051SFC流量計配置了1個THUM775智能無線適配器，成為1個無線節(jié)點。無線適配器THUM(the hart upgrade module)是基于微處理器的智能設(shè)備，是專門為有線HART儀表開發(fā)的天線，可以同時將儀表的4個過程參數(shù)變量和設(shè)備診斷信息轉(zhuǎn)換為WirelessHART 無線信號輸出，與標(biāo)準(zhǔn)的WirelessHART 無線網(wǎng)關(guān)相通信。無線適配器與4～20 mA 回路連接，從回路取電，但不對回路產(chǎn)生任何影響，即使適配器發(fā)生故障，回路電流也保持不變，無需電池。

1.3 智能無線網(wǎng)關(guān)

無線網(wǎng)關(guān)在無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)中起到中間轉(zhuǎn)換的作用，它是連接現(xiàn)場儀表和上位機的紐帶，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)管理和設(shè)備管理的三大功能。該系統(tǒng)中無線網(wǎng)關(guān)選用了1420智能無線網(wǎng)關(guān)，每個網(wǎng)關(guān)管理其轄區(qū)范圍內(nèi)的無線節(jié)點，最多可以管理100個無線節(jié)點。無線網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)位置分布自動建立網(wǎng)格架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，一旦網(wǎng)絡(luò)建立，會自動查找如何繞過固定或者臨時障礙的最佳方法，實現(xiàn)高安全性和可靠性的無線數(shù)據(jù)采集，并利用標(biāo)準(zhǔn)接口將收集的工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠地送入上位機，以實現(xiàn)對現(xiàn)場流量計和工藝參數(shù)的監(jiān)控，其作為現(xiàn)場智能無線儀表和上位機人機界面的接口，支持Modbus和OPC協(xié)議。智能無線網(wǎng)關(guān)具備安全性能高、可擴展、傳輸數(shù)據(jù)可靠等特點，采用2.4 GHz的公用頻段，通信路徑冗余，數(shù)據(jù)可靠性大于99%[4]。

2 無線技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

現(xiàn)場無線蒸汽流量計使用的無線網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自適應(yīng)、自修復(fù)的特點，在通信路徑被干擾時，網(wǎng)絡(luò)無線設(shè)備能夠自動重新選擇其他冗余路徑進行通信，保證了各類參數(shù)的正常通信。因此，無線技術(shù)應(yīng)用于蒸汽流量測量具有極大的優(yōu)勢。

1) 節(jié)省施工安裝成本。由于庫區(qū)面積較大，需要安裝的蒸汽流量計數(shù)量多、分布散、距離遠，如果利用有線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，則所需通信電纜數(shù)量極大，電纜敷設(shè)的施工費用也極高[5]；而采用無線技術(shù)，無需通信電纜連接，可以大幅節(jié)省電纜材料和施工的人工成本[6]。此外，由于利用無線網(wǎng)關(guān)直接進行數(shù)據(jù)傳輸，無需另外采購自控系統(tǒng)硬件設(shè)備，也節(jié)省了大量安裝費用[7]。

2) 加快項目建設(shè)進度。無線技術(shù)現(xiàn)場施工簡單，只需要將無線適配器安裝到一體化蒸汽流量計上，無需人工干預(yù)，自動組建網(wǎng)絡(luò)，比使用有線方式節(jié)約了大量施工時間，項目進度得到大幅提前。

3) 維護簡單。由于流量計和無線網(wǎng)關(guān)都具有故障報警自診斷功能，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障情況，在上位機上就會出現(xiàn)報警提示，維修人員可以直接發(fā)現(xiàn)故障點并進行處理。另外由于沒有控制柜、電纜等中間數(shù)采設(shè)備和材料，大幅簡化了故障確認程序，方便了日常維護。而且無線網(wǎng)絡(luò)有很好的擴展兼容性，如需要增加測量點，只要安裝好無線適配器，就能自動加入到智能網(wǎng)絡(luò)中[8]。

3 能源管理軟件的設(shè)計

基于現(xiàn)場設(shè)備通過無線網(wǎng)關(guān)匯總的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，定制開發(fā)了能源管理軟件，系統(tǒng)運用Cimplicity組態(tài)軟件進行上位機監(jiān)控界面設(shè)計，繪制圖形界面。管理人員能利用系統(tǒng)對整個庫區(qū)的蒸汽能耗、鍋爐效能進行實時查看、匯總統(tǒng)計和分析。

1) 根據(jù)蒸汽流量數(shù)據(jù)主畫面，可以清晰準(zhǔn)確地看到每個保溫罐罐前蒸汽流量計的運行狀態(tài)以及設(shè)備采集到的瞬時流量、累積熱量、溫度、壓力等實時參數(shù)，方便庫區(qū)管理人員確認儲罐蒸汽使用狀況，及時關(guān)閉需關(guān)卻未關(guān)的蒸汽閥門，節(jié)省蒸汽使用，實現(xiàn)了降本增效的目的[9]。

2) 按照庫區(qū)生產(chǎn)情況，蒸汽作業(yè)主要配合庫區(qū)出油作業(yè)，儲罐出油前需蒸汽加熱，出油后結(jié)束蒸汽作業(yè)。因此，為利于財務(wù)核算，需分客戶分批次對作業(yè)耗能進行統(tǒng)計。系統(tǒng)通過后臺統(tǒng)計，可以將每次作業(yè)的蒸汽能耗數(shù)據(jù)進行計算，因而可以清楚地看到每個保溫罐的最近一次作業(yè)能耗和本月的總能耗。

3) 系統(tǒng)除了可以實時查看各類數(shù)據(jù)，還可以對所采集的歷史數(shù)據(jù)進行回顧，可以檢查單個設(shè)備詳細的具體參數(shù)，包括運行狀態(tài)、溫度狀態(tài)、蒸汽溫度、瞬時流量、壓力、瞬時熱量、批次熱量等15項參數(shù)。此外，還可以直觀地看到瞬時流量、累積熱量、蒸汽溫度、蒸汽壓力等參數(shù)的歷史趨勢曲線。根據(jù)這些歷史數(shù)據(jù)，公司管理層可以對蒸汽歷史運行狀況進行回溯，并對操作人員的工作進行考核。

4) 除了能源管理軟件外，為便于財務(wù)人員直接對數(shù)據(jù)進行分析，系統(tǒng)特別開發(fā)了Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)出報表，在能耗報表中，既可以查詢當(dāng)前總能耗或總流量及損耗值，也可以查詢每個設(shè)備當(dāng)月能耗或

流量，還可以查詢每個設(shè)備多個批次的能耗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)保存了大量的過程數(shù)據(jù)，為今后的匯總統(tǒng)計、對比分析及成本核算提供了大量的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

無線蒸汽流量采集系統(tǒng)建設(shè)周期短、投資小、運行穩(wěn)定，維護工作簡單。公司各級管理人員利用辦公網(wǎng)絡(luò)，可以實時查看整個蒸汽系統(tǒng)的運行狀況，并通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，檢查管網(wǎng)設(shè)備完好率，優(yōu)化了蒸汽管控策略，實現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排、降本增效的可持續(xù)發(fā)展。該系統(tǒng)在興中庫區(qū)的成功應(yīng)用表明，無線蒸汽流量采集系統(tǒng)特別適用于庫區(qū)面積大[10]，儀表數(shù)量多、距離遠的大型石油倉儲企業(yè)。

[1] 沈培璐，陳彬.基于管控一體化系統(tǒng)的第三方數(shù)據(jù)通信整合[J].化工自動化及儀表，2012，39(07)： 950-971.

[2] 龐強，苑明哲，鄒濤，等.蒸汽管網(wǎng)流量測量的在線修正方法與應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報，2013，34(01)： 45-50.

[3] 李鵬超.關(guān)于蒸汽流量計量的特點及提高計量準(zhǔn)確性的對策[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2011(04)： 84-86.

[4] 魏劍萍.無線溫度儀表檢測技術(shù)在油氣長輸管線上的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2013，49(03)： 51-54.

[5] 劉鵬，吳海峰，要艷靜，等.基于SCADA的遠程無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].石油化工自動化，2014，50(01)： 29-54.

[6] 劉路明，凌志浩，左蕓.用于過程工業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[J].化工自動化及儀表，2010，37(01)： 1-4.

[7] 吳鋒.智能無線儀表在大型乙烯項目罐區(qū)中的應(yīng)用[J].乙烯工業(yè)，2013，25(02)： 13-16.

[8] 周琦.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用[J].石油化工自動化，2010，46(03)： 51-54.

[9] 李宏朝，蘭文娟，李明勝，等.無線遠傳技術(shù)在油田生產(chǎn)管理的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2013，49(06)： 77-79.

[10] 柳永剛，李東生，韓麗云.無線遠傳技術(shù)在罐區(qū)監(jiān)控中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2014，50(01)： 32-34.

Application of Wireless Steam-flow Acquisition System in Oil Storage Companies

Shen Peilu

(Sinochem Xingzhong Oil Staging (Zhoushan) Co. Ltd.，Zhoushan，316000， China)

To manage and control steam consumption scientifically and to improve steam efficiency， it is required to measure and analyze the steam consumption accurately and statistically. Steam-flow acquisition system is established by installing new steam flow meter and using wireless transmission technology. Upper PC energy management software is designed. The running state of steam pipe network is monitored. The statistical analysis is conducted and reports are generated. The application results indicate the system runs stably and data transmission is reliable， which provides real-time and reliable data support for company’s energy management. The system benefits control of steam consumption and promotes energy saving and consumption decreasing.

steam consumption； flow measurement；intelligent instrument； wireless technology

沈培璐(1986—)，男，浙江舟山人，2011年畢業(yè)于中國計量學(xué)院測試計量技術(shù)及儀器專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中化興中石油轉(zhuǎn)運(舟山)有限公司，從事儀表自動化技術(shù)管理工作，任工程師。

TP274， TQ056.1+5

B

1007-7324(2015)01-0033-03

稿件收到日期： 2014-09-16，修改稿收到日期： 2014-11-20。