導(dǎo)語：天然氣廠站工藝設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:探討智能調(diào)壓調(diào)流設(shè)備在天然氣廠站工藝設(shè)計中的應(yīng)用及設(shè)計思路，依據(jù)GB50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》，根據(jù)上下游壓差，給出現(xiàn)階段以電動調(diào)節(jié)閥為主的調(diào)壓調(diào)流工藝流程(安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+電動調(diào)節(jié)閥，監(jiān)控調(diào)壓器+電動調(diào)節(jié)閥)。結(jié)合北京市某高壓A調(diào)壓站的智能設(shè)備方案實例，給出該調(diào)壓站智能化設(shè)計思路。提出遠(yuǎn)程調(diào)控功能的實現(xiàn)階段。

關(guān)鍵詞:智能燃?xì)?天然氣廠站;智能調(diào)壓調(diào)流;電動調(diào)節(jié)閥

1概述

智慧燃?xì)獾慕ㄔO(shè)，不僅是一個綜合的信息化軟件體系提升過程，也是一個基礎(chǔ)的硬件設(shè)施提升過程，智能燃?xì)庠O(shè)備的應(yīng)用是智慧燃?xì)饨ㄔO(shè)過程中非常重要的一環(huán)，也是智慧燃?xì)饨ㄔO(shè)的基礎(chǔ)。智能燃?xì)夤芫W(wǎng)主要包括更透徹感知各項運(yùn)行參數(shù)、更高效暢通的通信、管網(wǎng)的完整性管理、更精準(zhǔn)的調(diào)控、對生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的邏輯分析以及智慧的決策等。城市天然氣廠站作為城市燃?xì)廨斉涞闹匾?jié)點，承擔(dān)著承接上游氣源，調(diào)節(jié)和分輸給下游管網(wǎng)、用戶的重要功能，其智能化建設(shè)必然是城市智慧燃?xì)獾闹匾画h(huán)。通過對某高壓A調(diào)壓站的智能化設(shè)計思路的解析，剖析城市天然氣廠站工藝設(shè)計中對智能設(shè)備的設(shè)計和應(yīng)用思路，以研究現(xiàn)階段廠站設(shè)計智能化需求及可實現(xiàn)的功能，為城市燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施的智能化設(shè)計和燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的智能化發(fā)展提供參考。

2現(xiàn)階段智能設(shè)備的應(yīng)用

自2013年，北京某燃?xì)馄髽I(yè)根據(jù)實際情況啟動了各壓力級制調(diào)壓站的遠(yuǎn)程調(diào)控改造。經(jīng)過設(shè)備調(diào)試和運(yùn)行，獲得大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)度部門通過對這些數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，認(rèn)為智能化遠(yuǎn)程調(diào)控設(shè)備主要實現(xiàn)了以下4方面。①在調(diào)壓模式下對供氣壓力可較準(zhǔn)確控制，滿足對供氣壓力要求嚴(yán)格的用戶需求;②在調(diào)流模式下實現(xiàn)負(fù)荷集中區(qū)域的調(diào)壓站按設(shè)定流量運(yùn)行，解決超流問題，避免造成調(diào)壓、計量設(shè)備損壞，在多氣源和多氣質(zhì)條件下，實現(xiàn)調(diào)壓站及時、合理的流量調(diào)配;③通過單路調(diào)壓器、調(diào)節(jié)閥獨(dú)立調(diào)控方式，探索多路調(diào)壓器流量均衡控制的可行性;④通過低流模式的實際運(yùn)行，初步實現(xiàn)夏季貿(mào)易計量站在低峰時段的流量準(zhǔn)確計量。目前的遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流只是實現(xiàn)了一定程度的單體、局部的有限智能控制，要實現(xiàn)全網(wǎng)的智能調(diào)節(jié)還有很長的路要走，智能管網(wǎng)集中了調(diào)度人員長期以來經(jīng)過優(yōu)化的調(diào)控和應(yīng)急處置工作經(jīng)驗，據(jù)此需要建立一個大型分析計算軟件，從而根據(jù)不同的工況乃至突發(fā)事件選擇最優(yōu)調(diào)度方案，并迅捷實施。參考國內(nèi)某大型能源企業(yè)對于智能調(diào)壓的建設(shè)方案，可知其調(diào)壓裝置在初期僅考慮了調(diào)壓功能。但隨著下游用戶的增加，對流量控制的需求逐漸明顯，調(diào)壓調(diào)流模式應(yīng)運(yùn)而生。目前，大多數(shù)長輸管道分輸站或末站實現(xiàn)壓力流量控制的方案有兩種，分別為安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+電動調(diào)節(jié)閥、雙切斷(2個安全切斷閥串聯(lián))+電動調(diào)節(jié)閥。這兩種方案都是利用電動調(diào)節(jié)閥及相應(yīng)的控制環(huán)節(jié)，通過調(diào)節(jié)閥門的開度來控制流量的變化進(jìn)而控制流體的壓力和流速等參數(shù)。

3調(diào)壓站智能調(diào)壓、調(diào)流設(shè)備的工藝設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備水平和應(yīng)用經(jīng)驗，設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥是現(xiàn)階段實現(xiàn)智能調(diào)壓、調(diào)流的主要手段。調(diào)壓系統(tǒng)的安全設(shè)備的設(shè)置可參考GB50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》第8．4．3條第2款:當(dāng)上游最大操作壓力大于下游最大操作壓力1．6MPa以上，以及上游最大操作壓力大于下游管道和設(shè)備強(qiáng)度試驗壓力時，單個的(第一級)壓力安全設(shè)備還應(yīng)同時加上第二個安全設(shè)備。根據(jù)以上條款，現(xiàn)階段以電動調(diào)節(jié)閥為主的調(diào)壓、調(diào)流工藝流程根據(jù)上下游壓差可分為以下兩種［1］。①安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+電動調(diào)節(jié)閥此工藝適用于上下游壓差＞1．6MPa的工況。該壓力流量控制系統(tǒng)包括:安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、電動調(diào)節(jié)閥、專用壓力流量控制器、壓力變送器、壓力表及相關(guān)設(shè)備、異徑管、管路附件等。安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、電動調(diào)節(jié)閥為相互獨(dú)立的設(shè)備，按照從上游至下游的順序，串聯(lián)在一起組成安全監(jiān)控式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用以PLC(帶PID調(diào)節(jié)模塊)為基礎(chǔ)組成獨(dú)立的壓力流量控制器，對廠站出站壓力、流量進(jìn)行控制。其中，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓器的壓力檢測點均獨(dú)立設(shè)在電動調(diào)節(jié)閥的下游且與電動調(diào)節(jié)閥的壓力檢測點鄰近布置。a．供氣流量低于流量上限設(shè)定值當(dāng)供氣流量低于流量上限設(shè)定值時，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓器處于全開位置。專用壓力流量控制器和電動調(diào)節(jié)閥處于壓力調(diào)節(jié)狀態(tài)。此時，專用壓力流量控制器和電動調(diào)節(jié)閥的作用是控制下游的供氣壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)。b．供氣流量接近或超過流量上限值當(dāng)供氣流量接近或超過流量上限值時，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓器處于全開位置，專用壓力流量控制器和電動調(diào)節(jié)閥處于流量控制狀態(tài)。專用壓力流量控制器輸出控制信號，減小調(diào)節(jié)閥開度，控制供氣流量不超過流量上限值。c．電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障導(dǎo)致下游供氣壓力超過壓力上限值達(dá)到一定范圍時，監(jiān)控調(diào)壓器(第一級安全設(shè)備)自動投入工作，以維持下游供氣壓力在一個安全、合理范圍。此時，系統(tǒng)處于自力式壓力調(diào)節(jié)狀態(tài)，不能控制供氣流量。故障時電動調(diào)節(jié)閥的閥位狀態(tài)可根據(jù)需要選擇，全開或維持故障前閥位。d．電動調(diào)節(jié)閥、監(jiān)控調(diào)壓器均出現(xiàn)故障電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障后，監(jiān)控調(diào)壓器也出現(xiàn)故障，不能控制下游壓力時，安全切斷閥(第二級安全設(shè)備)自動切斷該回路氣源，并由站控系統(tǒng)開啟備用回路，關(guān)閉故障回路，以確保連續(xù)供氣及下游管道、設(shè)備的安全。②監(jiān)控調(diào)壓器+電動調(diào)節(jié)閥此工藝適用于上下游壓差≤1．6MPa的工況。當(dāng)調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)出口壓力變化不大時，可采用監(jiān)控調(diào)壓器(或安全切斷閥)+電動調(diào)節(jié)閥的一級安全設(shè)備的模式。對于以上兩種方式，均要求電動調(diào)節(jié)閥的壓力流量控制系統(tǒng)應(yīng)能向站控系統(tǒng)傳遞本系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如壓力、閥門開度等狀態(tài)信息。其控制器應(yīng)具有就地顯示功能，能夠顯示壓力流量控制系統(tǒng)實時的工作狀態(tài)、故障信息(如:調(diào)節(jié)閥開度、壓力信號錯誤、設(shè)備故障等)，并能顯示設(shè)定值。控制器能夠預(yù)先設(shè)定壓力上限值、一定時間內(nèi)流量上限值(即限制流量曲線)，并根據(jù)預(yù)設(shè)流量上限值對流量進(jìn)行控制，保持實際供氣流量不超過流量上限值?？刂破饔辛己玫恼{(diào)節(jié)特性輸出，能夠控制出口壓力，限制最大流量。壓力和流量控制的切換過程要求十分平穩(wěn)，不能使被調(diào)節(jié)對象出現(xiàn)大的擾動。電動調(diào)節(jié)閥的智能控制精度，對其所在支路的流量信號反饋十分敏感，為了更好地發(fā)揮電動調(diào)節(jié)閥自我調(diào)節(jié)的智能化功能，應(yīng)將流量計的流量信號直接反饋至電動調(diào)節(jié)閥，以供電動調(diào)節(jié)閥實時精確地調(diào)節(jié)燃?xì)獾牧髁?、壓力?］。因此在設(shè)計調(diào)壓流程中，應(yīng)將流量計串聯(lián)在有電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)壓支路中，以達(dá)到流量信號與電動調(diào)節(jié)閥一一對應(yīng)的效果。這樣設(shè)置，不但實現(xiàn)了調(diào)壓站對于上、下游管網(wǎng)負(fù)荷的實時反應(yīng)和主動調(diào)整，同時也可解決傳統(tǒng)工作調(diào)壓器多支路流量不均導(dǎo)致的“偏流”問題。這一效果已得到運(yùn)行試驗的初步證明。在流量計與電動調(diào)節(jié)閥串聯(lián)設(shè)置的設(shè)計中，還應(yīng)該注意燃?xì)饬鲬B(tài)對流量計的影響。由于電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)需要流量數(shù)據(jù)反饋信息，進(jìn)而使燃?xì)饬髁吭跇O大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。所以流量計的計量精度與范圍，對于實現(xiàn)精確的實時調(diào)壓調(diào)流具有重要意義。現(xiàn)階段計量精度較高、計量范圍較大的流量計多為超聲波形式。超聲波流量計是通過檢測流體流動時對超聲束(或超聲脈沖)的作用來測量流量的，其測量精度對流體的流態(tài)較敏感。另一方面，流量計所在支路串聯(lián)的電動調(diào)節(jié)閥在工作時對于流量信號會實時作出反饋動作，這必然會對支路內(nèi)的燃?xì)饬鲬B(tài)產(chǎn)生干擾，在實際應(yīng)用中應(yīng)對這一現(xiàn)象采取措施，穩(wěn)定流態(tài)以提高超聲波流量計的計量精度。

4某高壓A調(diào)壓站的智能化設(shè)計思路

以北京某燃?xì)馄髽I(yè)的高壓A調(diào)壓站為例，其進(jìn)口設(shè)計壓力4．0MPa，經(jīng)站內(nèi)過濾、計量、調(diào)壓，分別輸出次高壓A和中壓A燃?xì)?，設(shè)計壓力分別為1．0MPa和0．4MPa。站內(nèi)設(shè)2級調(diào)壓，4．0MPa燃?xì)庀冉y(tǒng)一調(diào)至1．0MPa后，一路出站輸向次高壓A管網(wǎng)，另一路由1．0MPa繼續(xù)調(diào)至0．4MPa，輸送至中壓A管網(wǎng)。其中高壓A調(diào)至次高壓A的工藝流程設(shè)置3路調(diào)壓工藝裝置2用1備，每路調(diào)壓工藝裝置配置安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+電動調(diào)節(jié)閥，并串聯(lián)一臺超聲波流量計。這種設(shè)置不但在多路調(diào)壓并行的情況下避免了偏流問題，同時可以在不同的管網(wǎng)負(fù)荷下，根據(jù)調(diào)度要求切換運(yùn)行模式，以實現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)、安全的管網(wǎng)工況。對于電動調(diào)節(jié)閥與超聲波流量計串聯(lián)設(shè)置對后者的干擾問題，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗和作者團(tuán)隊的深入研究，本站采用π形彎的方式進(jìn)行降噪，即利用4個三通拼接成一個π形［3］。在不同的方案中，可根據(jù)現(xiàn)場條件、場地大小形狀及檢修通道的布置來考慮π形彎是以平行還是垂直于地面的方式布置。π形彎布置［3］見圖1。圖1π形彎布置5遠(yuǎn)程調(diào)控功能的實現(xiàn)現(xiàn)階段北京某燃?xì)馄髽I(yè)的智能化建設(shè)正在由“只監(jiān)不控”向“可監(jiān)可控”過渡，根據(jù)調(diào)壓廠站的運(yùn)行需求和調(diào)度定位，其遠(yuǎn)程調(diào)控功能的實現(xiàn)可大致分為以下3個階段。①調(diào)壓站遠(yuǎn)程切斷根據(jù)現(xiàn)階段智能燃?xì)饨ㄔO(shè)的進(jìn)度及可行性，以及調(diào)壓站室外進(jìn)出口管道上電動閥門地下設(shè)置操作不便，存在安全隱患，將其進(jìn)出口管道上的電動閥門移至地上設(shè)置，操作權(quán)限按相關(guān)生產(chǎn)運(yùn)營管理規(guī)定。調(diào)壓站進(jìn)出口管道上電動閥門距調(diào)壓站的距離應(yīng)符合GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。②調(diào)壓站無人值守、遠(yuǎn)程控制若做到調(diào)壓廠站完全無人值守自動化運(yùn)行，還需將局部手動閥門更換為電動閥門并配以相應(yīng)的自控系統(tǒng)。工藝專業(yè)的自動化設(shè)計，是要求將主要工藝流程上的手動球閥及其導(dǎo)壓管上的球閥替換為可遠(yuǎn)程開閉的電動閥門。同時為了降低成本、提高運(yùn)行安全，保留計量儀表前管段閥門為手動型，同時在運(yùn)行中保持其常開狀態(tài)。所有電動閥門均應(yīng)具有遠(yuǎn)程控制、開關(guān)就地顯示及狀態(tài)遠(yuǎn)傳、記錄功能。北京某燃?xì)馄髽I(yè)將投入運(yùn)行首個無人值守自動化高壓A調(diào)壓站，以上設(shè)計思路也將得到實踐的檢驗。具體運(yùn)行效果及可達(dá)到的智能化調(diào)度程度，考驗著工藝專業(yè)設(shè)計者對于智能設(shè)備應(yīng)用的理解及設(shè)計思路，同時對于城市燃?xì)膺\(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)的智能化建設(shè)也提出了更高的要求。③更透徹的感知現(xiàn)階段的智能設(shè)備技術(shù)和解決方案還無法滿足天然氣調(diào)壓廠站更加智能、安全地運(yùn)行，如工藝放散系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和放散量分析、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備小型化和采集精確化、供電系統(tǒng)的發(fā)電方式和利用效率升級、遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的無線帶寬擴(kuò)展以及調(diào)壓站管理系統(tǒng)的人工智能提升等。這些領(lǐng)域都是現(xiàn)階段廠站智能設(shè)計中面臨的現(xiàn)實問題，也是相關(guān)單位在設(shè)備智能化研究的努力方向。

作者:龔明 趙夢 楊炯 田勝 單位:1.北京市煤氣熱力工程設(shè)計院有限公司 2.北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司工程建設(shè)管理分公司