浅谈天然气管道测试技术

王楠

中图分类号：U473.2+4

摘要：天然气管作为一种输送设备在石油、石化和化工等行业中得到了广泛应用。由于天然气站场和阀室间隔距离长、仪表数量多、所以现场仪表维护工作量大，文章针对天然气管道控制系统的测试及故障诊断，就UKE744过程校准仪在HART技术、SCADA系统、故障诊断中的应用进行了论述。

关键词：天然管道；FLUKE744；故障诊断；测试技术

随着科学技术的进步，仪表产品的更新换代，仪表维护与校验日益智能化，天然气管控制系大量采用了先进的控制技术和高度智能化、网络化、数字化的现场仪表，特别是在大型天然气管道集输企业，确保这些仪表控制系统的可靠运行尤为重要。因此，采用Fluke744过程校验仪，在天然气管仪表校验工作中起着不可替代的作用。

1基于HART技术的应用

Fluke744过程校验仪是一种由电池供电的便携式综合性校验仪器,它可以对电气和物理参数进行测量和输出,并在与HART变送器一起使用时提供基本的HART通讯功能。可以使用该校准器对在过程仪表上执行的工作进行校准、验证、记录并排除故障。利用FLUKE744，只需要按照图1所示的变送器校准典型配置图，连接好各接线，然后启动FLUKE744的自动校准程序即可。自动校准的具体步骤如下。

图1 变送器校准典型配置

①将被校变送器切换至维护或离线方式，断开变送器供电电源；

②将变送器内部压力泄放后打开接线盒，按图1所示，进行线路的连接；

③按要求对FLUKE744作基本设定后，启动测试校验程序；

④根据需要，利用Asleft校正程序调整变送器；

⑤连接软件，打印校验数据记录；

⑥恢复变送器压力，检测各压力管路与接线。

在自动校准过程中，需要注意测量或输出值旁的※表示信号不稳定，可查阅FLUKE744用户手册进行FLUKE744的详细操作。在基于HART通信的多变送器系统中，FLUKE744优越性更强。

2在SCADA系统中的应用

在天然气管道SCADA系统中，现场仪表参数的远程监控与诊断是SCADA系统可靠运行的基础。在天然气管道控制系统中，一般都采用了大量的智能变送器来采集现场的压力与温度参数。这些参数的合理性以及进入PLC系统通道可靠性的检查与监视，是自控专业管理人员日常进行的基础工作。

接入控制系统的现场仪表参数主要采用4～20mA标准信号，由模拟输入模块以及PLC程序对其进行A／D、D／A转换后，进人控制回路并参与具体的功能控制。但在日常运行中，可能发生各种故障，导致现场采集数据的失准。这种情况下，一般是对现场仪表、中间接线电缆和控制模块进行逐项检查，排除故障。现场仪表与电缆均有很多常规测试方法来检验其状态，但是针对模块每一个输入／输出点的检测方法不多。FLUKE744为我们提供了一种便利的测试方法。下面以Quantum系列模拟输入模块为例来说明此方法。

Quantum系列PLC的140AC103000模块，可接人8路4～20mA电流信号输入。一般可采用模拟毫安源方式直接检查模块输入点的状态。其具体步骤是断开模块输入点接线，从两端接入FLUKE744，选择mA源方式下的SourcemA，通过PLC程序或其它监视设备，直接读取压力或温度等数据(注意：Quantum系列PLC模块数据转换量程为0～4095)。

此外，还可以利用FLUKE744模拟变送器，检查整个链路以及模块输入输出是否正常。

断开变送器接线，从两端接人FLUKE744，选择mA源方式下的SimulateTransmitter。此时，FLUKE744输出一个可变电阻供调整所需的电流，相当于代替两线制变送器。因此，在天然气管道控制系统中，在需要对系统内仪表参数进行诊断，检查PLC控制系统输入输出通道是否正常时，FLUKE744有很大的优越性。

3在故障诊断方面的应用

RTU（Remote Terminal Unit）是一种安装在远程现场的测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。它将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式传到中央计算机，同时还将从中央计算机发送来得数据转换成命令，实现对设备的功能控制。

某油田管线实现了阀室计算机网络无人值守监控系统。该系统从首站到末站近500公里线路上共分布了21座油田管线阀室，自然环境十分恶劣。平时油田管线阀室无人值守，管线情况、各阀室内温度、压力等数据的检查只能靠人工巡视。但由于地域宽阔、自然条件差，一次巡视往往要用大半天的时间才能完成，而且设备故障不能及时发现，为此对涉及21个管线阀室站进行了监控系统的改造。

此系统是典型的SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）系统，即监测监控及数据采集系统。系统采用YUMA- RTU系列远程测控终端等硬件设备和工业监控组态软件构成。系统大致分为中控室的服务器、工程师站和操作员站、各油田管线阀室的RTU（远程测控终端）、通讯网络系统和现场一次测控仪表部分。

（1）中控室的硬、软件配置

中控室通过通讯系统采集现场油田管线阀室的RTU上传数据，并将这些参数进行在线实时显示、存储、处理分析、报表打印，并根据运行工况将调度命令下发给RTU，完成对整个阀室的优化调度。

中控室硬件：

两台冗余备份的工业控制计算机服务器；管理员站；操作员站；操作台；报表打印机；RTU控制柜；控制器、电源模块、通讯模块（包括GPRS/CDMA和卫星通讯模块）、主站RTU模块等。

中控室软件：

操作系统软件：操作系统选用Windows2000 server。

监控系统软件：选用GRACE/MCGS工业组态应用、监控、仿真和其它冗余等软件

（2）RTU的硬件配置及构成

该系统采用以计算机为核心的监控和数据采集系统。在调度中心设置SCADA控制系统，并设置了一套主站RTU，该系统下挂由远程终端装置（RTU）构成的21座阀室的21个远端控制系统。因此可在调度中心控制室完成对21座阀室的控制系统的诊断、监控和数据采集的任务

在输气管道的计量分输站场，大量自动调节型阀门的可靠运行保障了整个管道的输气安全以及下游用户的用气安全。一旦发生故障或失灵，将极有可能造成管网超压或用户减产。因此，这些阀f1自控功能的测试、检查与故障诊断技术显得尤为重要。某分输站的调压阀采用的是荷兰MOKVELD生产的轴流式调节阀，并配套使用意大利BIFFI公司的电动执行器。其调压原则严格按照典型PID调节方式进行，站控室监测其阀位变化以及压力调节的质量。2006年，该站2调压阀的阀位意外故障，不能实现远程自动调节和实时监控，现场采取以下步骤进行测试处理。

①检查接线端子43(+)、44(一)之间是否为24V控制信号输入；

②断开阀门阀位的反馈信号端20(+)、19(一)；

③开关阀门，用FLUKE744连续测试阀门控制板输出的正常阀位信号(4～20mA)；

④在控制室RTu接线端子侧，利用FLUKE744的mA源模拟阀位信号，监控MMI(人机界面)显示阀位。

经过以上测试，我们可以推断是控制电缆部分线芯故障，导致数据不能传输。经测绝缘、校验开挖，确以为埋地电缆故障。更换电缆后系统恢复正常。

4结束语

FLUKE744过程校准仪独创性地将多功能校准器和HART手操器功能结合于一台坚固的便携式仪器中，给我们带来了一种全新的过程仪表校准方法。不仅提高了天然气管道的安全性和稳定性，而且为管道的科学高效运营提供了平台和基础。

参考文献

[1] 张增战，FLUKE744过程校验仪在仪表校验中的应用[J]内蒙古石油化工，2010.03

[2] 邵猛，浅谈天然气功管道施工质量控制措施[J]城市建设，2011.03

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。