微流遙調技術在城市燃氣調壓站中的應用

摘 要

摘要：介紹了微流遙調系統(tǒng)的工作原理、功能特點，并與其他遙調系統(tǒng)進行了對比，結果表明微流遙調系統(tǒng)在燃氣調壓站中應用具有很好的遠程調壓性能，給城市燃氣調度管理帶來極大的方便
摘要：介紹了微流遙調系統(tǒng)的工作原理、功能特點，并與其他遙調系統(tǒng)進行了對比，結果表明微流遙調系統(tǒng)在燃氣調壓站中應用具有很好的遠程調壓性能，給城市燃氣調度管理帶來極大的方便。
關鍵詞：微流遙調；CS遙調系統(tǒng)；SCADA系統(tǒng)；調壓站
1 概述
    燃氣調壓站是城市燃氣輸配系統(tǒng)的重要組成部分，燃氣調壓站的運行是否正常直接影響到城市燃氣的安全穩(wěn)定運行[1]。目前，深圳市運行的燃氣輸配系統(tǒng)包括設計壓力為1.6MPa的次高壓和0.2MPa的中壓管網(wǎng)，燃氣調壓站主要包括門站2座、次高壓-中壓調壓站19座。從運行情況來看，由于下游用戶數(shù)量發(fā)展快速以及用戶用氣量波動較大，容易出現(xiàn)用氣高峰時段超出設計流量和用氣低峰時段影響流量計計量準確度等問題，需要經(jīng)常人工調整調壓器出口壓力。這不僅增加了操作人員的工作量和人力成本，而且在緊急狀況下，人員不能及時到達存在很大的安全隱患。再者，隨著城市燃氣管網(wǎng)的規(guī)模持續(xù)發(fā)展，人工操控調壓站也無法實現(xiàn)輸配管網(wǎng)優(yōu)化運行。
    為了更好地優(yōu)化城市燃氣調度管理，深圳市燃氣集團在國內率先采用微流遙調技術應用于城市燃氣次高壓-中壓調壓站。本文主要從微流遙調系統(tǒng)的功能特點、應用效果等方面進行介紹和分析，為城市燃氣行業(yè)現(xiàn)代化調度管理提供寶貴技術經(jīng)驗。
2 微流遙調系統(tǒng)
    微流遙調系統(tǒng)是由調度中心SCADA調壓子系統(tǒng)、PLC站控調壓系統(tǒng)和現(xiàn)場調壓控制系統(tǒng)3部分組成，操作人員可以在上述3系統(tǒng)上對遙調系統(tǒng)進行操作。
2.1 工作原理
   微流遙調系統(tǒng)主要包括微流閥、P&I控制器、PLC、SCADA遙調界面和上、下限導閥等設備。該系統(tǒng)應用了機械式的比例一積分控制器(簡稱P&I控制器)，其自帶自動調節(jié)功能控制微流閥開關，從而控制工作調壓器的出口壓力，如圖1。

    當控制器在本控(Local)位置時，控制器確定調壓器出口壓力的指針停于什么位置，其控制器的自動控制功能自動調節(jié)至指定出口壓力，其原理是控制器內的機械式的比例-積分功能自動操作，計算指針與出口壓力反饋指針的誤差，自動輸出0-15psig壓力至微流閥(零壓時微流閥為全關，3psig為剛開啟，15psig微流閥為全開)，最終使出口壓力反饋指針與確定指針對齊一致。當然控制器內的比例-積分參數(shù)可以應不同的調壓系統(tǒng)管路做出簡單調校，選擇出一個參數(shù)值使得調壓系統(tǒng)的出口壓力最為穩(wěn)定。當控制器在遙控(Remote)位置時，指針跟隨儀表間PLC輸出的4-20mA控制信號而改變確定指針的位置，從而令出口壓力跟隨PLC的編程調壓曲線而改變。
2.2 功能特點
    該系統(tǒng)包括自動壓力跟蹤、遙調功能、PLC站控、本地控制和上、下限壓力保護等功能。
 

    遙調壓力模式、PLC站控調壓模式和自動壓力跟蹤模式操作程序如圖2，權限優(yōu)先順序為：站控模式＞遙調壓力模式＞自動壓力跟蹤模式，即當處于PLC站控模式時，遠程調壓操作和自動壓力跟蹤功能都將失效；當處于遠程調壓模式時，不可進行PLC站控調壓，否則遠程調壓功能失效；當處于自動壓力跟蹤模式時，其他兩種功能操作都不可進行，任何一種操作都會導致自動壓力跟蹤功能失效。
    (1) 自動壓力跟蹤模式
    站控人員在PLC上設定24小時的調壓站出站壓力曲線，如圖3所示，PLC按時間把出口壓力傳送到P&I控制器，P&I控制器自動調節(jié)微流閥開度，從而使調壓站出口壓力控制在新設定值，整個過程無需人工干預即可按照預先設定的壓力曲線進行調壓。
 

    該功能可以預輸入最多4條壓力曲線，在不同的季節(jié)或者時間段選擇不同的壓力自動跟蹤曲線。
    (2) SCADA遠程調壓模式
    調度員啟動SCADA壓力遙調功能，如圖4，在SCADA接口界面設定調壓站的出口壓力，SCADA把設定出口壓力傳送至站控PLC。然后，PLC把設定的壓力傳至P&I控制器，最后P&I通過改變微流閥開度來調節(jié)壓力。
 

    該功能是遙調系統(tǒng)最重要功能之一，調度員通過SCADA系統(tǒng)操作可以改變管網(wǎng)壓力及調壓站的操作。
    (3) PLC站控功能模式
    站控人員可在PLC上設定調壓站的出口壓力，PLC把設定出口壓力傳至P&I控制器，P&I通過改變微流閥門開度來調節(jié)壓力。該功能主要是為了日常運行維護以及調試PLC的設定。
    (4) 本控功能模式
    在遠程調壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，場站人員在P&L控制器上可直接對調壓站出口壓力進行設置。
    (5) 上、下限壓力保護
    微流遙調系統(tǒng)通過增設壓力上、下限導閥，加強運行的可靠性，以防止出現(xiàn)誤操作或者設備故障導致下游壓力過高或者過低的現(xiàn)象。
3 遠程調壓系統(tǒng)比較
    目前，在國內城市燃氣企業(yè)中使用遠程調壓技術的較少，只有部分城市燃氣企業(yè)在城市門站中使用遠程調壓。國內常用的遠程調壓系統(tǒng)主要有電動壓力遙調系統(tǒng)和氣動(CS)壓力遙調系統(tǒng)。
    (1) 電動壓力遙調
電動執(zhí)行機構直接控制方案，如圖5，即在指揮器的調節(jié)螺桿上安裝電動執(zhí)行機構，模擬人工手動調節(jié)指揮器的調節(jié)螺桿產(chǎn)生的動作，即可達到遙控設定調壓器的出口壓力值[2]。
 

    優(yōu)點：a.系統(tǒng)組成簡單，不需氣包， 占地面積較小。b.不需氣體介質，漏點少。c.壓力可調范圍寬。
    缺點：a.機械磨損大，容易造成機械故障和調節(jié)精度下降；維護量較大，維修成本較高。b.完全的機械作用，不適合連續(xù)的頻繁調節(jié)。C.控制電機的安全性要求較高，如果電機出現(xiàn)故障，可能引起失調或超調，甚至會引起停氣等嚴重后果。d.1套電動調壓裝置只能控制1臺調壓器工作[3]。
    (2) 氣動(CS)壓力遙調
    CS壓力遙調通過導壓管引入外部壓力，通過控制一個氣包的進、出口電磁閥來調節(jié)氣包內的壓力，進而可以控制指揮器噴嘴噴出的燃氣壓力，最終控制調壓器的出口壓力，如圖6[2]。
 

    優(yōu)點：a.既適合連續(xù)的頻繁調節(jié)，也適合間歇調節(jié)。b.1套氣動調壓裝置可同時控制2～3臺調壓器。c.進氣安全閥和出氣安全閥可有效保障CS系統(tǒng)氣包在壓力允許的調節(jié)范圍內正常工作。e.無須停氣改造。
    缺點：a.受到CS系統(tǒng)氣包的壓力限制，壓力可調范圍較窄；b.需設置氣包，占地面積較大。c.需引介質氣體，系統(tǒng)組成部件較多，漏點也相對較多；d、調壓精度相對較低[3]。
    (3) 微流壓力遙調
    優(yōu)點：a.響應速度快；b.調壓精度高；C.安全可靠性好；d.調壓范圍寬；e.一臺P&I控制器可以同時控制多臺調壓路。
    缺點：a.需要停氣作業(yè)，設備安裝需要1～2周時間；b.在門站中應用，調壓響應速度快可能會導致上游過流量閥切斷。
    評價一個壓力遙調系統(tǒng)的優(yōu)劣，應該要考慮整體系統(tǒng)的安全可靠性，自動調節(jié)、響應速度、升降壓梯幅度和調壓系統(tǒng)精度，以及系統(tǒng)對場站日常自動壓力調壓功能、調度中心遙調場站輸配網(wǎng)絡之供求調度、輸配網(wǎng)絡危急搶險之應用及工作人員現(xiàn)場操作應用等。從上述三種遙調方式優(yōu)缺點對比來看，微流遙調系統(tǒng)由于其調壓精度高、調壓響應速度快，在城市燃氣次高壓-中壓、中-低壓調壓站中應用較好。
4 微流遙調應用
    微流遙調系統(tǒng)在深圳市燃氣輸配系統(tǒng)中主要應用在次高壓-中壓調壓站中，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
4.1 升壓或者降壓
    深圳市燃氣管網(wǎng)目前主要有次高壓和中壓管網(wǎng)，居民和工業(yè)用戶均由中壓管網(wǎng)供氣。調度中心在SCADA上對次高壓-中壓調壓站進行遠程調壓，當用氣處于波峰時，提高調壓站出口壓力；當用氣處于波谷時，降低調壓站出口壓力；通過遠程調壓有效的解決用氣供需矛盾，提高區(qū)域用氣的安全性。
4.2 流量分配
    流量分配主要是指通過遠程調節(jié)次高壓.中壓調壓站出口壓力，使得各調壓站流量保持平衡，避免某些調壓站流量過大超過設計流量，或者流量太小低于流量計最低計量流量，給管網(wǎng)運行帶來風險。
    目前深圳市中壓管網(wǎng)已經(jīng)連成一張網(wǎng)，運用管網(wǎng)仿真和實際測試，確定各季節(jié)時段調壓站出口壓力。在調度中心SCADA系統(tǒng)上使用遙調系統(tǒng)自動壓力跟蹤模式或遠程調壓模式可以保證各調壓站流量均勻分配，保證管網(wǎng)安全穩(wěn)定供氣。
4.3 緊急處置
    當遇到臺風、洪水、地震等，或天然氣管網(wǎng)設備出現(xiàn)重大異常時需要關閉調壓站的，根據(jù)不同的工況，可以采取不同的緊急處置措施[4]。處置措施通常包括緊急切斷和最優(yōu)修復，緊急切斷一般采用解除下限設置功能關閉調壓器，其切斷指令的下達可利用現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)來實現(xiàn)。
5 結論
    本文對微流遠程調壓系統(tǒng)進行了分析介紹，并與其他遠程調壓系統(tǒng)進行比較，主要得出以下結論：
    微流遠程調壓系統(tǒng)調壓速度快、調壓精度高，在城市燃氣輸配系統(tǒng)調壓站應用具有很好的效果，不僅可以優(yōu)化調度管理，而且可以對企業(yè)節(jié)省人力成本。
參考文獻：
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[2] 金永功.指揮器控制式調壓器的壓力遙調[J]上海煤氣，2007(03)：14-15.
[3] 王文想等.壓力遙調系統(tǒng)在燃氣輸配的應用[J]煤氣與熱力2010，30(5)：A27-A32，
[4] 高學玲.遠程調壓與調流在天然氣管網(wǎng)的安全應用[J].上海煤氣，2010，17-20.
 
(本文作者：霍小亮 卓凡 陳珩 深圳市燃氣集團股份有限公司 廣東深圳 518055)