CN115077665A - 城市管网气体超声流量计故障诊断的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，故障诊断的系统包括数据采集诊断系统、气体超声流量计和无线通讯模块，所述无线通讯模块安装于气体超声流量计上，所述数据采集诊断系统通过线路与气体超声流量计和无线通讯模块连接。本发明对燃气检测时，不需要现场被测气体组分、温度和压力等数据用来计算准确的理论声速的情况下，仅仅利用现场采集到的声速数据进行归一化处理，就可获得能够与理论声速相近并符合声速诊断要求的基准数据，实现对气体超声流量计运行状态的诊断，降低了检测成本。
Description
技术领域
本发明涉及燃气计量技术领域，具体为城市管网气体超声流量计故障诊断的系统和方法。
背景技术
燃气公司出处于日常维护运营的考虑，会对流量计的运行状况做一个预判，目前常用的气体超声流量计的故障诊断方式，首先是通过信噪比、增益控制值、使用率等诊断信息进行的流量计自身诊断，不同的流量计制造商可以确定自家生产的流量计正常工作状态下的信噪比、增益控制值、使用率，超出正常范围可以做故障报警处理。
但作为气体超声流量计故障诊断用的黄金变量--声速，在城市燃气中却无法被有效采用；这是因为城市燃气管网压力很低，压缩因子对计量的影响微乎其微，而当前气质组分分析仪的价格相对昂贵，如果在燃气不同检测点均安装气质组分分析仪，必然会对燃气公司造成巨额成本的支出，本发明提供城市管网气体超声流量计故障诊断的系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供城市管网气体超声流量计故障诊断的系统和方法，以解决上述背景技术中提出的气体超声流量计故障诊断的气质组分分析仪价格昂贵，造成成本支出高问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，故障诊断的系统包括数据采集诊断系统、气体超声流量计和无线通讯模块，所述无线通讯模块安装于气体超声流量计上，所述数据采集诊断系统通过线路与气体超声流量计和无线通讯模块连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述数据采集诊断系统由数据采集单元、数据诊断单元和数据解析单元组成。
作为本发明的一种优选实施方式，所述气体超声流量计内部设有换能器、测量声道和信号处理单元，所述信号处理单元与数据采集诊断系统的数据采集单元通过线路连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述无线通讯模块为网络通讯模块，所述无线通讯模块通过网络与城市燃气管网管理部门的后台主机远程连接。
具体的诊断步骤如下：
S1.气体测量：通过气体超声流量计内的测量声道对气体的超声流量进行测量且通过换能器将声能进行转换且将转换后的数据传输至信号处理单元，再由信号处理单元将信号传输至数据采集诊断系统；
S2.数据诊断：通过数据采集诊断系统的数据采集单元接收采集的数据，得到实测声速，在已知天然气组分、温度、压力的情况下，数据诊断单元会根据热力学计算公式及天然气的物性参数，计算得到天然气在当前工况条件下的理论声速，最后，通过数据解析单元将理论声速和实测声速进行一致性核验；
S3.数据传输：数据诊断后，核验数据通过无线通讯模块通过网络传输至城市燃气管网管理部门的后台主机，进行存储和备份。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在没有昂贵的气体组分分析仪条件下，不需要现场被测气体组分、温度和压力等数据用来计算准确的理论声速的情况下，仅仅利用现场采集到的声速数据进行归一化处理，就可获得能够与理论声速相近并符合声速诊断要求的基准数据，实现对气体超声流量计运行状态的诊断，降低了检测成本，有效的解决了由于气体组分分析仪价格昂贵，造成燃气公司成本支出的问题。
附图说明
图1为本发明的诊断整体流程图；
图2为本发明实施例中天然气Gulf Coast归一化理论声速与压力、温度关系曲线图；
图3为本发明实施例中天然气Amarillo归一化理论声速与压力、温度关系曲线图；
图4为本发明实施例中天然气Ekofisk归一化理论声速与压力、温度关系曲线图；
图5为本发明实施例中天然气High N2归一化理论声速与压力、温度关系曲线图；
图6为本发明实施例中天然气High CO2归一化理论声速与压力、温度关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：
城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，故障诊断的系统包括数据采集诊断系统、气体超声流量计和无线通讯模块，无线通讯模块安装于气体超声流量计上，数据采集诊断系统通过线路与气体超声流量计和无线通讯模块连接，本发明主要对燃气诊断的方式，主要采用归一化气体测量的方式，通过热力学计算公式及天然气的物性参数，计算得到天然气在当前工况条件下的理论声速，通过理论声速与实测声速的一致性核验，实现对气体超声流量计在使用过程中的在线检验，声速核查不仅能够判断气体超声流量计自身工作是否正常，还可以判断参与运算的温度、压力和气质组分是否准确。
数据采集诊断系统由数据采集单元、数据诊断单元和数据解析单元组成，数据采集诊断系统，是整个诊断的核心环节，通过数据采集单元接收气体超声流量计测量的数据，数据诊断单元，主要是通过热力学计算公式及天然气的物性参数，计算得到天然气在当前工况条件下的理论声速，数据解析单元，是将实测声速与理论声速进行对比解析，从而达到数据核验的目的，实现对声速的诊断。
气体超声流量计内部设有换能器、测量声道和信号处理单元，信号处理单元与数据采集诊断系统的数据采集单元通过线路连接，信号处理单元作为气体超声流量计的数据采集单元和传输单元，气体超声流量计，通过超声监测的方式，对流动的燃气进行声波测量，利用换能器进行能量转换，由于信号处理单元进行数据采集和整理，最后由信号处理单元将实测声速传输至数据采集诊断系统的数据采集单元进行核验。
无线通讯模块为网络通讯模块，无线通讯模块通过网络与城市燃气管网管理部门的后台主机远程连接，无线通讯模块主要实现数据的远程传输，借助网络将诊断后的数据远程传输至城市燃气管网管理部门的后台主机，工作人员可以根据诊断的数据进行分析，从而达到远程监测维护的目的。
故障诊断的系统的具体诊断步骤如下：
S1.气体测量：通过气体超声流量计内的测量声道对气体的超声流量进行测量且通过换能器将声能进行转换且将转换后的数据传输至信号处理单元，再由信号处理单元将信号传输至数据采集诊断系统；
S2.数据诊断：通过数据采集诊断系统的数据采集单元接收采集的数据，得到实测声速，在已知天然气组分、温度、压力的情况下，数据诊断单元会根据热力学计算公式及天然气的物性参数，计算得到天然气在当前工况条件下的理论声速，最后，通过数据解析单元将理论声速和实测声速进行一致性核验；
S3.数据传输：数据诊断后，核验数据通过无线通讯模块通过网络传输至城市燃气管网管理部门的后台主机，进行存储和备份。
上述S2中，理论声速通过数据采集诊断系统的计算得出，由于声波在介质中的传播是由一个特定的速度来表征，天然气的声速C是与天然气的温度T、密度ρ和组份y有关的函数，可以表示为C＝f(T，ρ，y)，由于密度ρ和压力P可以根据天然气的状态方程相互计算，因而天然气的声速C也可以表示为温度T、压力P及组份y有关的函数：C＝f(T，P，y)。
由于天然气声速的计算一般采用国家标准《GB/T 30500-2014气体超声流量计使用中检验--声速检验法》或美国天然气协会的《AGA10天然气和其它相关烃类气体的声速》报告进行，以下按照国标GB/T 30500-2014分别对Gulf Coast、Amarillo、Ekofisk、HighN2、High CO2五种天然气组成进行计算对比：
条件限定如下：
①温度T、压力P下的天然气理论声速为C；
②温度20℃、压力1个大气压下的天然气理论声速为C0；
③则最终获得归一化理论声速为C/C0。
以下是上述五种天然气的组分表：
通过上表数据结合函数计算公式得知，参照图2～图6，归一化理论声速各关系曲线间最大偏差为0.6％，如果以均值曲线作为基准，由于组分变化引起的归一化理论声速关系曲线的变化不确定度在±0.3％以内。
综合上述，在城市管网的实际应用中，假设气体超声流量计的计算声速为C1，采集到的温度值为T1、压力值为P1，可以根据基准归一化理论声速，计算得出此气体超声流量计，假设当前温度20℃、压力1个大气压时的计算声速C2；将C2上传到计量管理系统中后，可以由系统对管辖范围内的所有流量计上传的C2进行大数据横向分析，超出±0.3％的被列为可能故障流量计，再结合上传上来的其他诊断信息，可以有效的提高诊断率。
图2～图6中，曲线分布由左至右的压力值依次为0.10Mpa、0.20Mpa、0.30Mpa、0.40Mpa、0.50Mpa、0.60Mpa、0.70Mpa、0.80Mpa、0.90Mpa、1.00Mpa、1.10Mpa、1.20Mpa、1.30Mpa、1.40Mpa、1.50Mpa、1.60Mpa。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，其特征在于：故障诊断的系统包括数据采集诊断系统、气体超声流量计和无线通讯模块，所述无线通讯模块安装于气体超声流量计上，所述数据采集诊断系统通过线路与气体超声流量计和无线通讯模块连接。
2.根据权利要求1所述的城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，其特征在于：所述数据采集诊断系统由数据采集单元、数据诊断单元和数据解析单元组成。
3.根据权利要求1所述的城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，其特征在于：所述气体超声流量计内部设有换能器、测量声道和信号处理单元，所述信号处理单元与数据采集诊断系统的数据采集单元通过线路连接。
4.根据权利要求1所述的城市管网气体超声流量计故障诊断的系统，其特征在于：所述无线通讯模块为网络通讯模块，所述无线通讯模块通过网络与城市燃气管网管理部门的后台主机远程连接。
5.根据权利要求1-4所述的城市管网气体超声流量计故障诊断的方法，其特征在于：具体的诊断步骤如下：
S1.气体测量：通过气体超声流量计内的测量声道对气体的超声流量进行测量且通过换能器将声能进行转换且将转换后的数据传输至信号处理单元，再由信号处理单元将信号传输至数据采集诊断系统；
S2.数据诊断：通过数据采集诊断系统的数据采集单元接收采集的数据，得到实测声速，在已知天然气组分、温度、压力的情况下，数据诊断单元会根据热力学计算公式及天然气的物性参数，计算得到天然气在当前工况条件下的理论声速，最后，通过数据解析单元将理论声速和实测声速进行一致性核验；
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