基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天然氣流量計(jì)檢定工藝智能控制系統(tǒng)

溫 凱 韓 旭 李 燦 牛錦皓 周 雷 徐洪濤

1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）城市油氣輸配技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司西氣東輸分公司

3.國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司（福建）應(yīng)急維修有限責(zé)任公司

0 引言

隨著國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司成立，形成了X+1+X的供氣格局，我國(guó)天然氣流量交接點(diǎn)和交接量大幅增加。為保證雙方的利益，交接流量計(jì)需要定期到國(guó)家流量計(jì)檢定站送檢。根據(jù)《天然氣流量量值溯源體系2020年發(fā)展規(guī)劃》，我國(guó)計(jì)劃在多個(gè)地區(qū)建設(shè)天然氣大流量計(jì)量檢定站[1]。天然氣計(jì)量檢定站是天然氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)中一類(lèi)特殊的站場(chǎng)，該類(lèi)站場(chǎng)大多依托干線(xiàn)管道建設(shè)，內(nèi)部工藝流程包括進(jìn)氣排氣管線(xiàn)、過(guò)濾分離系統(tǒng)、壓力流量控制系統(tǒng)、流量量值核查比對(duì)系統(tǒng)、各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置、檢定臺(tái)位、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)、ESD緊急截?cái)嘞到y(tǒng)、安全切斷系統(tǒng)和放空排污等子系統(tǒng)。為了滿(mǎn)足各種類(lèi)型流量計(jì)的檢定工作，站內(nèi)檢定臺(tái)位前的壓力需要實(shí)現(xiàn)4～10 MPa的連續(xù)調(diào)節(jié)；經(jīng)過(guò)檢定臺(tái)位的流量需要實(shí)現(xiàn)10～10 000 m3/h的工況范圍；流量和壓力的調(diào)節(jié)完全由站內(nèi)工藝實(shí)現(xiàn)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成流量、壓力的精確調(diào)節(jié)，偏差在被檢定點(diǎn)的5%范圍內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)表與被檢表在要求流量點(diǎn)的比對(duì)，工作人員需嚴(yán)格按照檢定流程進(jìn)行一系列工藝操作，包括站內(nèi)外流程切換、進(jìn)站壓力的穩(wěn)定、檢定流量調(diào)節(jié)、流態(tài)穩(wěn)定、報(bào)表生成等諸多繁瑣的操作。這些步驟均由檢定員手動(dòng)完成，其中檢定流量調(diào)節(jié)是耗時(shí)最多的步驟之一，且受檢定員工作經(jīng)驗(yàn)與操作習(xí)慣影響較大。

從檢定站工藝流程設(shè)計(jì)出發(fā)，宋春紅等[2]對(duì)站內(nèi)工藝的流程、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)以及流量計(jì)檢定操作步驟等方面展開(kāi)分析。徐明等[3]以武漢分站的檢定系統(tǒng)為例，介紹了高壓活塞體積法（High Pressure Poston Prover，HPPP）原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置?；趯?shí)流檢定工藝流程，王海向[4]通過(guò)對(duì)檢定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了天然氣流量計(jì)檢定站場(chǎng)的工作級(jí)與被檢臺(tái)位儀表數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與分析，站場(chǎng)自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。針對(duì)齊河天然氣計(jì)量檢定流程，張春杰等[5]通過(guò)FLUENT對(duì)天然氣流量計(jì)檢定站場(chǎng)調(diào)節(jié)閥與截?cái)嚅y部分CFD的建模分析，探討了天然氣流量計(jì)檢定流量和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度之間的關(guān)系。陳群堯等[6]將國(guó)內(nèi)外檢定實(shí)驗(yàn)室工藝進(jìn)行對(duì)比，指出了國(guó)內(nèi)天然氣流量計(jì)檢定水平改進(jìn)提高的方向，通過(guò)對(duì)檢定工藝過(guò)程的分析研究，實(shí)現(xiàn)了檢定站的工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化操作。

作為出具流量計(jì)準(zhǔn)確量化證書(shū)的大流量檢定站，其檢定結(jié)果是否準(zhǔn)確是實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中最為關(guān)注的問(wèn)題。因此，檢定誤差、不確定度分析和量值溯源等也是研究的方向之一。張學(xué)騰[7]說(shuō)明了檢定介質(zhì)物性的變化會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。于洋等[8]則研究了實(shí)際檢定過(guò)程中的工藝參數(shù)會(huì)使儀表的性能偏離。針對(duì)腰輪流量計(jì)，石廣宇[9]分析了該流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的操作注意事項(xiàng)。

由于各檢定站系統(tǒng)配置、工藝流程以及上下游狀況存在差異，需要通過(guò)對(duì)站場(chǎng)水力系統(tǒng)建模來(lái)分析站內(nèi)管路的流動(dòng)特性。天然氣管網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型由管道的質(zhì)量、動(dòng)量和能量方程、設(shè)備方程以及節(jié)點(diǎn)方程構(gòu)成，常用的數(shù)值方法包括有限差分法[10]和有限容積法[11]。此外，傳遞函數(shù)模型[12]、狀態(tài)空間模型[13]以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[14]等由其他領(lǐng)域引入的新方法也被應(yīng)用在天然氣管網(wǎng)仿真中。Vidovi等[15-16]利用擬電路法分別對(duì)壓氣站和減壓計(jì)量站進(jìn)行了建模分析。以上文獻(xiàn)表明長(zhǎng)距離輸送的天然氣管網(wǎng)仿真技術(shù)已經(jīng)較為成熟了，但是對(duì)于類(lèi)似檢定站這種由大量短管和各類(lèi)設(shè)備構(gòu)成的站場(chǎng)管網(wǎng)的仿真研究相對(duì)較少。

天然氣流量計(jì)的檢定過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)工業(yè)控制過(guò)程，即檢定管路是被控對(duì)象，調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行器，流量計(jì)是測(cè)量器。由于檢定管路系統(tǒng)的強(qiáng)非線(xiàn)性和時(shí)滯性，使得常規(guī)的線(xiàn)性控制方法應(yīng)用效果不佳。韓巍等[17]以智能化為背景，以自動(dòng)化為核心提出一套新型流量計(jì)檢定系統(tǒng)，避免重復(fù)操作。吳澤梁等[18]基于PID控制算法對(duì)檢定過(guò)程的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表法的檢定過(guò)程進(jìn)行控制。徐寶昌等[19]從氣體管道的傳遞函數(shù)模型出發(fā)，結(jié)合調(diào)節(jié)閥的控制特性，對(duì)檢定過(guò)程的最優(yōu)控制邏輯問(wèn)題進(jìn)行了探討。黃維和等[20]針對(duì)檢定質(zhì)量要求，討論了中高壓天然氣計(jì)量多氣源檢定系統(tǒng)。這些研究都在通過(guò)控制邏輯設(shè)計(jì)和優(yōu)秀控制軟件的應(yīng)用，提高站場(chǎng)自動(dòng)化程度，減小檢定任務(wù)的操作復(fù)雜性。

近年來(lái)，人工智能與數(shù)據(jù)科學(xué)的快速發(fā)展，給世人展示了智能化理論與方法在復(fù)雜系統(tǒng)規(guī)律挖掘、自主推理、動(dòng)態(tài)決策等方面的巨大潛力，將帶來(lái)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)自主分析與主動(dòng)決策的革命性變革，并已在電網(wǎng)、交通、物流等領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。油氣儲(chǔ)運(yùn)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家也對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在本行業(yè)的應(yīng)用展開(kāi)了討論。黃維和院士在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，提出以數(shù)字孿生體為平臺(tái)，以人工智能為手段，為業(yè)務(wù)運(yùn)行提供支持，以適應(yīng)油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)智能化發(fā)展，同時(shí)明確了油氣管道與人工智能結(jié)合的框架形式。宮敬等[21]進(jìn)一步從工藝層面梳理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、工藝流程、機(jī)理模型、數(shù)字孿生體和自主決策在管網(wǎng)智能化中的邏輯關(guān)系。吳長(zhǎng)春等[22]剖析了油氣管道行業(yè)智慧管道的內(nèi)涵與外延，指出開(kāi)展智慧管道研究應(yīng)當(dāng)以需求為導(dǎo)向，在工藝系統(tǒng)的智慧運(yùn)行等方面融合多源數(shù)據(jù)，滾動(dòng)發(fā)展、持續(xù)改進(jìn)的研究原則。經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)“智能管道、智慧管網(wǎng)”的認(rèn)識(shí)和研究思路逐漸清晰，在強(qiáng)調(diào)新技術(shù)整合進(jìn)入管道運(yùn)行管理的同時(shí)，也不斷加強(qiáng)工藝和管網(wǎng)控制本身的智能化需求。

目前的流量計(jì)檢定過(guò)程，人員經(jīng)驗(yàn)對(duì)檢定速度與精度影響較大。檢定過(guò)程對(duì)流量控制準(zhǔn)確度要求高，檢定員通過(guò)SCADA系統(tǒng)手動(dòng)修正控制參數(shù)的檢定模式，已經(jīng)成為檢定站檢定能力瓶頸。借助智能化的檢定手段提升系統(tǒng)的檢定速度，成為緩解檢定壓力、保障安全生產(chǎn)的可行方法。采用機(jī)理分析同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，筆者以廣州天然氣大流量檢定站為例，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建立檢定站水力系統(tǒng)的仿真神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。研究檢定工況與控制方案之間的關(guān)系，建立流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)站控系統(tǒng)，形成一套完整的智能檢定APP，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

1 檢定工藝與操作流程

1.1 站場(chǎng)工藝簡(jiǎn)介

國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站廣州分站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)廣州站）是依托西氣東輸二線(xiàn)建設(shè)的實(shí)流檢定站，設(shè)有工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的兩類(lèi)檢定系統(tǒng)。廣州站為“兩進(jìn)兩出”流程，即有兩路來(lái)氣與兩路回氣，分別是廣深支干線(xiàn)和廣州城市燃?xì)?，操作壓力跨?.2～9.8 MPa。可對(duì)DN600 mm口徑下各類(lèi)流量計(jì)進(jìn)行檢定。

筆者主要研究了工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行實(shí)流檢定。上游來(lái)氣通過(guò)壓力保護(hù)及調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)壓力穩(wěn)定，連續(xù)通過(guò)工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置與檢定臺(tái)位，并由流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量控制，最后由背壓調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行出站壓力調(diào)節(jié)，主要工藝流程如圖1所示。

作為檢定站流量調(diào)節(jié)的核心單元，流量調(diào)節(jié)閥組FV6102L 、FV6202L 、FV6302L和FV6402L對(duì)整個(gè)調(diào)節(jié)控制過(guò)程起到?jīng)Q定性作用（圖2）。

1.2 操作原則與要求

廣州站流量計(jì)檢定采用標(biāo)準(zhǔn)表法，即將待檢表與標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)安裝，通過(guò)對(duì)比兩者在同等條件下流量計(jì)量的示數(shù)偏差，給出被檢表的準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)，并根據(jù)需求進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)。用于對(duì)比的流量點(diǎn)稱(chēng)為流量計(jì)檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)由檢定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)給出，由被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)決定，具體原則如表1所示。

表1 待檢流量點(diǎn)原則表

檢定站在設(shè)計(jì)手冊(cè)中一般給出對(duì)應(yīng)的操作原則：

1）該檢定站共設(shè)有DN50 mm～DN600 mm共7路檢定臺(tái)位，根據(jù)待檢定流量計(jì)的口徑選擇檢定臺(tái)位。

2）工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)管路用于放置核查超聲流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)，共設(shè)有8路，最大檢定流量可以到達(dá)12 000 m3/h。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的量程、下一檢定點(diǎn)以及當(dāng)前檢定流量，確定工作級(jí)管路的組合方式。

3）以口徑不一的4個(gè)等百分比閥作為流量調(diào)節(jié)閥組，根據(jù)被檢表的要求確定相應(yīng)的流量點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)閥組各個(gè)閥門(mén)的開(kāi)度和旁通選擇，完成被檢表檢定流量的調(diào)節(jié)。

4）采用從大流量點(diǎn)往小流量點(diǎn)調(diào)節(jié)，先降低流量，再切換標(biāo)準(zhǔn)表，防止標(biāo)準(zhǔn)表超量程損壞。

2 仿真模型與控制器搭建

流量計(jì)需要按照檢定規(guī)程要求的流量點(diǎn)從大到小的順序依次檢定。對(duì)于不同的檢定流量點(diǎn)，需要檢定員根據(jù)氣源變化、標(biāo)準(zhǔn)管路組合、檢定臺(tái)位和調(diào)節(jié)閥狀態(tài)等多種因素綜合考慮，確定4路調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度值，使過(guò)表流量穩(wěn)定在檢定點(diǎn)的±5%偏差范圍內(nèi)。廣州站采用巧妙的工藝設(shè)計(jì)，通過(guò)旁通和調(diào)節(jié)支路球閥的開(kāi)關(guān)組合實(shí)現(xiàn)同一調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)和旁通支路的切換，實(shí)現(xiàn)更加靈活流量調(diào)節(jié)。

對(duì)于檢定站這種復(fù)雜水力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各參數(shù)之間的關(guān)系很復(fù)雜，很難利用傳統(tǒng)數(shù)值方法進(jìn)行模型構(gòu)建。同時(shí)對(duì)于日常檢定工作來(lái)說(shuō)，其關(guān)注的重點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)使得檢定流量達(dá)到設(shè)定流量點(diǎn)，而并非全站各點(diǎn)的水力參數(shù)數(shù)值，所以對(duì)整個(gè)站內(nèi)管網(wǎng)進(jìn)行水熱力建模，再用數(shù)值算法進(jìn)行管網(wǎng)求解顯然是不合理的。針對(duì)本文所關(guān)注的智能調(diào)閥問(wèn)題，本質(zhì)是根據(jù)站場(chǎng)當(dāng)前各點(diǎn)參數(shù)情況，尋找檢定流量與四個(gè)閥門(mén)開(kāi)度之間的關(guān)系。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有擬合多元變量任意函數(shù)關(guān)系的能力，因此，本文利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)該水力系統(tǒng)閥門(mén)與流量之間的復(fù)雜非線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行建模。

2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

作為目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)對(duì)各類(lèi)復(fù)雜非線(xiàn)性關(guān)系的擬合。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)是不需要知道輸入輸出變量所滿(mǎn)足的機(jī)理模型，而是通過(guò)大量的樣本數(shù)據(jù)自行擬合。對(duì)于所研究的天然氣流量計(jì)檢定系統(tǒng)建模問(wèn)題，采用如下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖3）。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輸入層、隱含層和輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為n、l、m，x、y、h分別表示輸入層、輸出層與隱藏層。wik和wkj分別表示輸入層到隱含層和隱含層到輸出層的權(quán)值矩陣。

隱含層和輸出層各節(jié)點(diǎn)的輸出可表示為：

式中hk表示隱藏層矩陣；xi表示輸入層矩陣；yj表示輸出層矩陣。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)核心原理就是通過(guò)數(shù)據(jù)正向計(jì)算結(jié)果，和利用模型計(jì)算與樣本結(jié)果的誤差的修正權(quán)值矩陣，連續(xù)迭代使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的誤差到達(dá)容許的限值，構(gòu)建輸入輸出的映射關(guān)系。

2.2 仿真模型建立

檢定站的仿真模型是個(gè)正向模型，其目的是對(duì)操作指令進(jìn)行可行性驗(yàn)證。仿真模型需要根據(jù)控制器提供開(kāi)閥方案，來(lái)判斷該方案的檢定流量是否滿(mǎn)足需求。廣州檢定站站內(nèi)管網(wǎng)是個(gè)復(fù)雜的水力系統(tǒng)，過(guò)待檢表的流量受多因素影響。FV6102L～FV6402L這4個(gè)調(diào)節(jié)閥直接控制檢定流量，且由于各個(gè)閥門(mén)口徑以及流通特性不同，流量對(duì)其敏感性也不同。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表通路以及檢定臺(tái)位的選擇會(huì)改變站內(nèi)管路水力特性，也對(duì)檢定流量有影響。此外，檢定站采用實(shí)流檢定工藝，進(jìn)站壓力隨時(shí)間變化，也是影響檢定流量的重要因素。如果采用傳統(tǒng)數(shù)值仿真方法對(duì)檢定站進(jìn)行建模，需要對(duì)每個(gè)閥門(mén)、每段管路以及各個(gè)元件之間的連接關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，不僅建模復(fù)雜，計(jì)算量大，同時(shí)受限于各類(lèi)參數(shù)的不確定性，其建模精度也無(wú)法保證。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于此類(lèi)復(fù)雜的非線(xiàn)性映射關(guān)系有著較好的適用性，同時(shí)對(duì)于廣州站這樣一個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的檢定站，存在著大量的歷史檢定數(shù)據(jù)，可供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。從現(xiàn)場(chǎng)站控系統(tǒng)獲得DN100 mm流量計(jì)檢定過(guò)程歷史數(shù)據(jù)，剔除錯(cuò)誤值和重復(fù)值，并以現(xiàn)場(chǎng)檢定流程導(dǎo)通作為零時(shí)刻，每隔3秒取一次現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)，得到15 120組數(shù)據(jù)，其流量范圍為0 ～ 1 800 m3/h（圖 4）。

根據(jù)上文分析，將FV6102L～FV6402L閥門(mén)狀態(tài)和站場(chǎng)工藝參數(shù)條件作為輸入，檢定流量作為輸出，構(gòu)建檢定站神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真模型（圖5）。利用樣本數(shù)據(jù)總量的70%作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練訓(xùn)練數(shù)據(jù)，剩下的30%一半作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，一半為網(wǎng)絡(luò)有效性的測(cè)試數(shù)據(jù)。

所用計(jì)算機(jī)CPU配置為AMD 3600，內(nèi)存為16 GB，系統(tǒng)為Windows 10，訓(xùn)練結(jié)果如圖6所示，訓(xùn)練時(shí)間為362 s。以相關(guān)系數(shù)R作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，R越接近1，其訓(xùn)練效果越好。回歸系數(shù)（R值）超過(guò)0.99，擬合效果較好。從數(shù)據(jù)集中均勻選取2 000個(gè)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證（圖7）。從圖7可以看出，仿真檢定流量與實(shí)際檢定流量基本一致，證明了該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真模型的準(zhǔn)確性。

2.3 控制器建立

天然氣流量計(jì)檢定控制器的功能是根據(jù)當(dāng)前工況和目標(biāo)流量，給出4個(gè)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，該控制器模型是2.2節(jié)仿真模型的逆模型。閥門(mén)組合和進(jìn)站壓力作為工況判斷參數(shù)與檢定流量（目標(biāo)流量）作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，而4個(gè)閥的開(kāi)度作為輸出，構(gòu)建控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖8）。

與仿真神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程類(lèi)似，控制網(wǎng)絡(luò)也采用樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，花費(fèi)時(shí)間612 s，結(jié)果如圖9所示，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全部數(shù)據(jù)的R值為0.985 92，說(shuō)明擬合效果較好。從數(shù)據(jù)集中均勻選取2 000個(gè)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證（圖10），控制器給出方案與實(shí)際方案也基本一致，證明了該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的可用性。

2.4 仿真與控制模型有效性分析

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天然氣流量計(jì)檢定站仿真與控制模型的泛化能力與參與訓(xùn)練的樣本涉及的工況范圍有關(guān)。對(duì)于樣本集所包含的工況或相似工況，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以實(shí)現(xiàn)較好的預(yù)測(cè)精度。而對(duì)于未參與訓(xùn)練的新工況，此種數(shù)據(jù)模型的預(yù)測(cè)精度會(huì)降低。當(dāng)前工況由站內(nèi)工藝流程與上下游變化兩部分決定。站內(nèi)工藝根據(jù)待檢表口徑進(jìn)行切換，本文以DN100 mm流量計(jì)檢定為例，對(duì)檢定過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)與控制，驗(yàn)證了該方法的可行性。對(duì)于其他口徑流量計(jì)的檢定過(guò)程，更換其對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練樣本，采用相同方法重新訓(xùn)練模型即可。此外，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的偏差對(duì)比，可以對(duì)當(dāng)前模型的有效性進(jìn)行分析，當(dāng)相對(duì)偏差超過(guò)5%，需更新訓(xùn)練樣本，更新當(dāng)前模型，以解決上下游變化而導(dǎo)致的模型失準(zhǔn)問(wèn)題。

3 智能檢定軟件

智能檢定軟件是將智能調(diào)閥算法應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢定過(guò)程中的一個(gè)軟件客戶(hù)端（圖11），該軟件安裝于檢定站的控制服務(wù)器，與站場(chǎng)原有站控系統(tǒng)和檢定客戶(hù)端通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)站場(chǎng)儀表閥門(mén)數(shù)據(jù)的采集與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢定過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成檢定客戶(hù)端下達(dá)的檢定流量點(diǎn)智能調(diào)節(jié)。

智能檢定軟件啟動(dòng)后，首先檢查站場(chǎng)流程工作狀態(tài)，并根據(jù)檢定需求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況自動(dòng)做出提示。在站場(chǎng)安全邏輯的約束下，在檢定客戶(hù)端下達(dá)檢定流量指令后，軟件可以立即算出開(kāi)閥方案，并自動(dòng)下達(dá)到站場(chǎng)實(shí)際調(diào)節(jié)閥。流量調(diào)節(jié)完成后，保持30 s后，檢查當(dāng)前流量點(diǎn)與目標(biāo)偏差，滿(mǎn)足要求則給出開(kāi)始檢定指令。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，天然氣流量計(jì)智能檢定軟件以及與之匹配的仿真模型可以在工作條件下正常運(yùn)行，可以根據(jù)輸入的待檢流量計(jì)參數(shù)（量程，分界流量，精度等級(jí)），自動(dòng)判斷需要檢定的流量點(diǎn)，并且選擇流量點(diǎn)后，可以自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)表管路的選擇以及四個(gè)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閥方案，對(duì)于DN100 mm口徑流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)如圖12所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

油氣行業(yè)智能化是當(dāng)前趨勢(shì)，通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)人員工作經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換成程序化模型應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)現(xiàn)天然氣流量計(jì)檢定過(guò)程中流量調(diào)節(jié)的效率。對(duì)站內(nèi)工藝流程進(jìn)行了分析，研究了其流量控制原理，設(shè)計(jì)出一套適用于天然氣流量計(jì)的智能檢定調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。通過(guò)梳理檢定臺(tái)位、標(biāo)準(zhǔn)表和流量調(diào)節(jié)閥的選用原則實(shí)現(xiàn)了流程的自動(dòng)判斷。通過(guò)分析站內(nèi)管路水力特性，確定了檢定流量影響因素。利用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建了檢定站工藝仿真模型與控制器。同時(shí)，將仿真模型與控制器接入檢定站站控系統(tǒng)，形成完整的智能檢定控制系統(tǒng)，最終通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了本系統(tǒng)的實(shí)用性。