油气计量器具远程校准的现状及可行性分析
大庆油田设计院有限公司 施展
0 引言
远程校准是由校准人员通过网络等技术手段，从异地实时远程操作标准装置完成校准过程，并远程获得校准数据的一组操作，由于其成本低、效率高等优势，近年来得到了快速发展。远程校准仍需具备传统校准的基本要素，包括标准装置、被校准仪器以及数据采集和处理。
目前，国内一些科研机构在时间-频率远程校准方面已开展一定程度的研究，实现了标准器和被校准仪器的异地远程校准。有学者对标准器与被校准仪器异地远程校准给出了详细说明，但目前异地远程校准只限于时间-频率远程校准。有学者提出了一种基于自动控制的远程校准技术，该技术结合“物联网[+]”智能分层测配注水系统模式，是远程校准技术发展的重要方向。在油气计量器具远程校准领域还未有深入研究，仅在天然气流量计的远程校准方面有了一些应用。
在国外，远程校准技术的部分项目已进入实用阶段，取得多项科研成果和自主知识产权。目前，英国国家物理实验室（NPL）能够开展射频阻抗测量系统等4项远程校准项目，美国国家标准与技术研究院（NIST）可开展测量网络等4项远程校准项目，德国联邦物理技术研究院（PTB）可开展三坐标测量机校准和监测等6项远程校准项目，日本国家计量院（NMIJ）可开展长度等10项远程校准项目。其中，大部分远程校准仅限于静态领域，对油气计量器具远程校准领域的研究较少。
本文对涉及油气计量领域的重点企业以及在远程校准技术方面有突出研究成果的权威机构的远程校准技术现状进行具体剖析研究，总结优点与不足并提出未来构想，以期为油气计量器具远程校准技术的长远发展提供一定的借鉴和指导。
1 国内油气计量器具远程校准技术现状
国内相关计量检定机构建成了天然气流量计远程检定设施，将多个检定站的天然气流量计检定业务集中到一起，全部实现了远程检定，并在计量测试中心建立了远程校准控制室进行统一管理。现场人员只需安装好流量计，检定员在远程控制室便可实现流程切换、流量调节、检定等操作，可实现的功能包括：
（1）流量计安装好后，检定系统会进行准备就绪提醒，防止检定员误操作。
（2）检定操作站分为操作员站和工程师站，不同权限的登录账号只能登录所属的检定操作站，操作员站只具备流程切换及流量调节权限，供现场普通员工使用，工程师站具备流程切换、流量调节以及检定操作权限，没有检定资质的普通人员无法登录。
（3）远程控制室安装有墙壁大屏幕，能显示多项界面：可以显示现场的实时检定参数，包括流量、温度和压力；可以显示现场流程图，能看到阀门的打开和闭合；能够展示不同流量计每一个周期的检定结果，并形成分析曲线；可以展示每一天的检定流量计数量，形成业务分析柱状图；可根据不同检定员的工作量，展示检定员排名情况。
（4）通过专线网络传输数据和现场视频，视频存储在运营商的服务器中，计划能够存储3个月，服务器存满后，新的视频将会覆盖最早的视频。现场还配备了视频监控车，可以在现场控制室操作监控车，监控车视频通过无线局域网传输到现场监控室。然而视频监控车高度较高，无法穿过比其低矮的管线，从而无法实现全流程监控。
（5）远程控制室与现场控制室之间使用视频软件互相沟通，两边各配备了一台平板计算机，并安装有流量卡，检定过程中有问题可随时沟通解决。
（6）远程检定出具检定证书，检定管理软件可以出具电子证书，电子证书包含被检流量计的所有计量信息和检定数据，与纸质证书内容相同。
在油计量器具远程校准方面，国内还没有成熟的应用先例。
2 国外油气计量器具远程校准技术现状
2.1 NIST
美国科罗拉多工程实验室（CEESI）建有一套量程为16200 m3/h 的气体流量标准。该标准在CEESI内部被称为“A 基准”。CEESI还有另一套校准设备，其量程高达2580000 m3/h。NIST计划通过远程校准技术首先实现对“A基准”的远程校准。成功后，再将量程为2580000 m3/h的流量标准用同样的方法纳入NIST 的校准体系。
为实现远程校准，NIST安装了另一套适用于数据远程传输的传感器。这套新设备的传感器将定期溯源至NIST 相应的最高标准，传感器会连接至高速广域网结点。除对数据和控制信息进行远程传输外，NIST还对设备的运行情况进行实时的声像监视，校准人员在远离被校准仪表的场所也能实时观察设备的运行状况，与现场操作人员对话，并可随时读取数据，改变设备的参数设置。NIST建设这套远程校准系统的目的是使检定人员远在华盛顿也可实现CEESI校准操作，这本质上是数据的远程传输。
2.2 NPL
NPL与Fluke合作开展了多功能校验仪的远程校准服务，可以在线鉴定校准结果、提供校准合格证书。NPL将传递标准邮寄至现场实验室。NPL可通过网络执行校准操作，校准数据传输回NPL后，可以使用NPL的分析系统处理校准结果。NPL按照客户校准需求提供不同的校准程序，现场实验室需要按照校准程序安装、调试标准装置和被校准仪器。现场实验室操作人员通过网络与NPL通信接受NPL校准人员指导，现场实验室还需安装网络摄像机，校准过程实施情况可通过网络实时传输到NPL校准人员控制中心，方便NPL实验室检查校准过程的有效性，视频能够保存至服务器，以备核查时追溯。
2.3 NMIJ
NMIJ计划采用发送传递标准和通信设备的方式校准压力和温度仪表。校准过程的实时画面和校准数据通过网络发送回NMIJ，校准人员无需到达现场。然而，现场的校准需要实验室人员来操作，传递标准需要经过长时间的往返运输，对现场人员校准资质和传递标准的工作稳定性都提出了较高要求。
3 可行性分析
目前，国内外在油气计量器具远程校准领域均未实现标准器与被校准仪器的异地远程校准。涉及对现场被校准计量器具远程操作的情况多发生在企业内部校准中，在外部计量检定机构提供校准服务的情况下，远程控制功能在计量管理与量值传递两方面都存在问题，还需不断完善相关规章制度和检定规程/校准规范来给予支持。下文针对不同类型的油气计量器具作具体的远程校准可行性分析。
3.1 辅助计量器具
辅助计量器具包括温度、压力、密度计量器具。
这些计量器具通常会被送至计量检定/校准机构或由检定/校准人员携带标准装置到现场进行检定/校准，以目前的技术手段无法实现被校器具和标准装置的异地远程校准，在没有稳定可靠的传递标准和具备专业操作技能及检定/校准资质的现场人员的情况下，无法保证远程校准的质量，在这种情况下开展辅助计量器具的远程校准是不现实的。
3.2 工作计量器具
3.2.1天然气流量计
在目前天然气流量计远程校准模式中，标准装置和被校仪表处于同一场所，远程控制室和现场控制室能完成和展示的功能相同，严格意义上来说，这只是数据和信号的一种远程传输。通常情况下，天然气流量计用户会将流量计送至计量检定机构进行检定，待检定完成后再取回，只有在流量计需要调整系数时才通知用户或厂家，这种模式下的检定各方之间已形成了默认的机制，无论是在现场进行检定控制还是通过远程检定，只要满足相关检定规程的要求，就可以出具检定证书，在检定方式上不存在争议。另一方面，检定站、检定装置和现场员工都属于计量站，这样在现场调度、工作安排、检定管理等方面就省去了很多官方层面的步骤，使远程检定工作能较为顺利地开展。虽然这种远程校准不具有通用性，然而在现有技术手段下，综合其应用效果来看，一定程度上达到了节约时间、成本、人力的目标，其实现的一些功能（如远程控制室大屏幕展示、现场视频监控车、设立操作权限）比较贴近检定工作的实际情况，对于未来油气计量器具远程校准的研究有一定的借鉴意义。
3.2.2 油气流量计
对于油气流量计的远程校准来说，存在诸多限制因素。（1）与天然气流量计远程校准情况相同，标准装置和被校准仪表在目前的技术条件下仍需放置在同一场所，所谓的“远程校准”只是数据的远程传输。（2）油气流量计多为在线实流检定，其所处站库与计量检定机构是两家单位，因管理层面因素，检定员无法进行远程控制，设备的校准操作仍需要现场人员进行。（3）被校准流量计和标准设备均为现场站库所有，校准各方长期以来一直采取传统的检定方式，在油气流量计远程校准技术尚未成熟的情况下，不具备制定相关标准、法规的条件，在没有明确的条文规定或允许的前提下更改检定方式很难实现。（4）油气流量计多为在线实流检定，想要实现远程校准，就需要在每个原油交接计量站安装远程校准设备，如果采取移动式运输，现场设备的安装、拆卸、调试会带来很大的工作量，在增加检定成本的同时，也会因为各种外部因素对检定时效性产生影响。（5）数据的准确及时传输依靠良好的网络，网络未覆盖或信号较差的地区可能不具备远程校准的条件。
3.3 标准计量器具
标准计量器具中只有体积管放置在计量站库，因此本文只对体积管作具体分析。体积管是油气流量计的标准计量器具，通常由检定/校准人员到现场操作标准装置进行检定/校准。由于被校体积管和标准装置必须相连，现阶段能够实现的体积管远程校准仍需要标准装置和被校准体积管处于同一场所。在这种情况下，除需考虑体积管与油气流量计远程校准面临的共性限制因素外，还需考虑体积管在校准过程中较为繁琐的操作步骤，而现场人员不具备可靠的专业技术和解决问题的能力。综合考虑，目前暂不具备开展体积管远程校准的条件。
4 结语
油气计量器具的检定对于油气生产、运输、销售企业来说格外重要，远程校准作为新兴热门技术，其在油气流量计检定中的应用对于提高检定效率、确保检定及时性有着积极意义。随着科学技术的进步，特别是量子信息技术的发展和计量管理措施的不断完善，相信在不远的将来，远程校准技术在油气计量器具领域会有进一步的突破，最终实现推广应用。