付　強(qiáng)

摘要 對(duì)壓氣站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了介紹，并針對(duì)可能性進(jìn)行了理論分析。

關(guān)鍵詞 遠(yuǎn)程控制；就地控制模式；遠(yuǎn)程控制模式；壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)；SCADA 系統(tǒng)

中圖分類號(hào) TE 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2009）04-0039-02

0 引言

壓氣站遠(yuǎn)程控制，顧名思義，是通過遠(yuǎn)程信號(hào)對(duì)壓氣站機(jī)組及其他控制設(shè)備進(jìn)行控制，包括機(jī)組的起停和閥門的動(dòng)作等。現(xiàn)在國外很多天然氣公司都實(shí)現(xiàn)了“遠(yuǎn)程控制，無人操作，有人值守”的先進(jìn)管理模式，在這方面有很多值得我們來借鑒。在國內(nèi)目前還沒有一座壓氣站實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程控制，下面就以離心式壓縮機(jī)壓氣站為例進(jìn)行一下遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)理論的分析。

1 機(jī)組遠(yuǎn)程控制部分

1.1 機(jī)組控制模式

機(jī)組控制系統(tǒng)可以分為就地控制模式和站遠(yuǎn)程控制模式兩種。

1.2 兩種控制模式的特點(diǎn)

就地控制模式是通過機(jī)組控制柜來進(jìn)行起停機(jī)及機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)整等操作，可以在壓縮機(jī)廠房內(nèi)或控制室來進(jìn)行，其特點(diǎn)是操作時(shí)對(duì)機(jī)組各種突發(fā)狀況可以及時(shí)反應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。但是對(duì)操作人員要求比較高，必須熟悉機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的詳細(xì)步驟及機(jī)組啟動(dòng)的所有邏輯關(guān)系。在單機(jī)組啟動(dòng)及操作時(shí)使用就地控制模式操作起來比較方便、直觀，但是涉及到雙機(jī)聯(lián)控或三機(jī)聯(lián)控時(shí)，則需要考慮機(jī)組的喘振余度等問題。尤其是在啟動(dòng)第二臺(tái)機(jī)組或第三臺(tái)機(jī)組時(shí)，需要對(duì)已啟動(dòng)的機(jī)組喘振余度進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控、調(diào)整轉(zhuǎn)速，避免因喘振造成機(jī)組停機(jī)或新啟動(dòng)的機(jī)組喘振余度過低，防喘閥無法關(guān)閉，不能進(jìn)行加載，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)進(jìn)口天然氣溫度過高而停機(jī)。

站遠(yuǎn)程控制模式是通過機(jī)組上位機(jī)程序來對(duì)三臺(tái)機(jī)組進(jìn)行聯(lián)控，操作時(shí)簡單、方便，由啟動(dòng)程序自動(dòng)執(zhí)行機(jī)組的啟動(dòng)過程，還可以通過設(shè)定進(jìn)出口壓力或流量來使機(jī)組直接達(dá)到需要的運(yùn)行狀態(tài)。多臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)在機(jī)組的喘振余量控制上也全部由上位機(jī)來自動(dòng)調(diào)整，幾臺(tái)機(jī)組的喘振余量控制在相同的范圍。

1.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的方式

調(diào)控中心（DCC）對(duì)壓氣站的遠(yuǎn)程控制是通過SCADA系統(tǒng)向SCS 下達(dá)啟機(jī)、停機(jī)、緊急停機(jī)、站緊急關(guān)閉等控制命令及設(shè)定站入口壓力/ 站出口壓力/ 站排量的控制參數(shù)，由SCS 向壓縮機(jī)組聯(lián)控盤（SCP）下達(dá)命令，再由SCP 對(duì)機(jī)組控制盤（UCP）下達(dá)執(zhí)行命令，UCP 自動(dòng)完成對(duì)機(jī)組的控制。

2 輔助系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制

壓縮機(jī)組的輔助系統(tǒng)是機(jī)組控制的一個(gè)重要組成部分，包括燃料氣系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等組成。密封氣系統(tǒng)分為主密封氣。

2.1 燃料氣調(diào)壓、計(jì)量橇的控制

燃料氣系統(tǒng)主要包括調(diào)壓橇、計(jì)量橇、機(jī)組燃料氣閥等設(shè)備，除機(jī)組燃料氣閥受機(jī)組程序控制外，調(diào)壓橇、計(jì)量橇屬于較獨(dú)立的設(shè)備，可以通過站控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制內(nèi)部的電動(dòng)球閥開關(guān)、快速截?cái)嚅y關(guān)閉等工作；可通過手動(dòng)對(duì)調(diào)壓閥后的壓力設(shè)定實(shí)現(xiàn)三條支路互為備用的功能。燃料氣調(diào)壓站和計(jì)量站的數(shù)據(jù)采集、控制以及燃料氣流量計(jì)算由站控系統(tǒng)完成。

調(diào)壓橇主、副加熱器、調(diào)壓閥、電動(dòng)球閥的控制可由站控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行控制，根據(jù)需要可以納入DCC 的遠(yuǎn)程控制?？焖偾袛嚅y一旦關(guān)閉后，無法遠(yuǎn)控開啟，需要人員到現(xiàn)場手動(dòng)復(fù)位。

2.2 壓縮機(jī)密封氣供應(yīng)控制

壓縮機(jī)的密封氣可以大致分為兩個(gè)部分：主密封氣和輔助密封氣。主密封氣是機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)后由壓縮機(jī)出口引出的壓縮天然氣作為主密封氣，對(duì)控制的要求比較低。輔助密封氣是在機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)，壓縮機(jī)出口天然氣壓力達(dá)不到密封壓力要求，而采用的另一種外供密封氣。輔助密封氣在控制及操作上面相對(duì)難度較大，因?yàn)橐坏┦д`就會(huì)造成機(jī)組啟動(dòng)失敗或者對(duì)迷宮密封系統(tǒng)造成損壞。

目前有部分壓氣站采用氮?dú)庾鳛檩o助密封氣，采用氮?dú)饣蛱烊粴庾雒芊鈿鈺r(shí)的切換是通過站控系統(tǒng)上的一個(gè)手動(dòng)按鈕進(jìn)行切換的。同時(shí)，在采用氮?dú)庾雒芊鈿鈺r(shí)，氮?dú)馄拷M的出口閥需人工到現(xiàn)場進(jìn)行操作，無法實(shí)現(xiàn)DCC 遠(yuǎn)程控制。

另外，做為密封用的氮?dú)?，是由氮?dú)馄拷M（一個(gè)瓶組由12 個(gè)氮?dú)馄繕?gòu)成）組成，一組氮?dú)馄拷M的氣體容量約為480升，順利（正常）啟動(dòng)、停機(jī)機(jī)組一次約消耗一組氮?dú)?。在機(jī)組啟動(dòng)過程中由于故障不能使機(jī)組順利啟動(dòng)，或者由于機(jī)組故障造成機(jī)組緊急停機(jī)，如果做密封氣的天然氣的壓力高于5.5Mpa 時(shí)，則可用天然氣做密封氣，否則必須立即切換至氮?dú)庾雒芊鈿?，并保?5 分鐘的后潤滑期間的氮?dú)夤?yīng)。此時(shí)氮?dú)獾南牧枯^大，一組氮?dú)鈱o法滿足要求，由人工手動(dòng)更換氮?dú)馄拷M。

針對(duì)這種情況，府谷壓氣站采用的方式是在輔助密封氣管線上安裝了兩臺(tái)小型壓縮機(jī)，用壓縮空氣作為動(dòng)力，受機(jī)組程序控制，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)需要密封氣時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)，對(duì)輔助密封氣管線內(nèi)的天然氣進(jìn)行增壓。設(shè)備工作正常時(shí)，能夠承擔(dān)兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)啟停機(jī)時(shí)密封氣的需求。在進(jìn)出口差壓低于482KPA時(shí)啟動(dòng)，在進(jìn)出口差壓達(dá)到520KPA 時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)踐證明，這種方式可以有效地解決機(jī)組輔助密封氣的遠(yuǎn)程控制問題。投用時(shí)間已超過2 年，一直能夠正常工作。

2.3 空氣系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制

空氣壓縮機(jī)由變配電間供電，出于對(duì)空氣壓縮機(jī)的保護(hù)考慮，空氣壓縮機(jī)的供電抽屜可以提供電流過大導(dǎo)致熱繼電器保護(hù)斷開，或供電系統(tǒng)中斷保護(hù)控制。

要實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮機(jī)的啟、?？刂疲€可以增加空氣壓縮機(jī)的控制功能。此遠(yuǎn)程控制需SCS 和DCC 手動(dòng)下令控制。如因電源切換停機(jī)可由SCS、DCC 手動(dòng)啟動(dòng)，如果是保護(hù)停機(jī)，由現(xiàn)場人員處理恢復(fù)。

2.4 供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制

機(jī)組馬達(dá)控制中心（MCC）給機(jī)組輔助潤滑油泵（后備潤滑油泵電源由電池組提供）、冷卻風(fēng)扇、油箱加熱器等提供電源。MCC 由市電提供電源，當(dāng)市電中斷時(shí)，由備用柴油發(fā)電機(jī)提供電源。MCC 柜的電源開關(guān)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，可以將潤滑油泵、冷卻風(fēng)扇等手動(dòng)投用或停止，也可根據(jù)機(jī)組程序設(shè)定的工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)啟、停。

需將此開關(guān)位置狀態(tài)上傳SCS、DCC。在MCC 開關(guān)機(jī)械故障未能吸合或由于電流過大熱繼電器斷開的情況下，由UCP 執(zhí)行相關(guān)報(bào)警，由現(xiàn)場人員處理恢復(fù)。

2.5 火災(zāi)檢測系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制

壓縮機(jī)組的火災(zāi)檢測系統(tǒng)大致由三個(gè)部分組成：

1）壓縮機(jī)組內(nèi)的火災(zāi)檢測系統(tǒng)。包括機(jī)罩內(nèi)的可燃?xì)怏w探頭、火災(zāi)檢測探頭（與機(jī)組的二氧化碳消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)）。壓縮機(jī)組內(nèi)部的火災(zāi)檢測系統(tǒng)信息可以通過機(jī)組控制系統(tǒng)信息查看，其他火災(zāi)檢測系統(tǒng)可以上傳到SCS、DCC。2）壓縮機(jī)廠房內(nèi)的火災(zāi)檢測探頭。3）機(jī)組兩側(cè)的可燃?xì)怏w探頭。

3 工藝站場區(qū)遠(yuǎn)程控制

工藝站場區(qū)相對(duì)壓縮機(jī)組設(shè)備比較簡單，主要設(shè)備有GOV 閥門、分離器、過濾器、流量計(jì)、電動(dòng)球閥等設(shè)備。GOV 閥門是氣（高壓天然氣）液聯(lián)動(dòng)作為動(dòng)力的球閥，

可以在汽缸進(jìn)出氣管線上加裝電磁閥，通過SCS、DCC 控制電器閥的開啟關(guān)閉來達(dá)到控制GOV 閥門動(dòng)作的目的。分離器和過濾器作用都是分離天然氣中的雜質(zhì)，這樣就涉及到定期排污的問題?？梢钥紤]在分離器和過濾器下端安裝集液罐或疏水閥。安裝集液罐時(shí)下端加裝一個(gè)電動(dòng)球閥與排污管相連接，可以通過SCS、DCC 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制電動(dòng)球閥動(dòng)作，達(dá)到排污的目的。安裝疏水閥時(shí)直接與排污管線相連接，可以達(dá)到自動(dòng)排污的目的。

流量計(jì)參數(shù)上傳至SCS、DCC，除每年定期校驗(yàn)、保養(yǎng)之外，不需要其他操作。

4 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、無人操作在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題通過上面的介紹，在硬件和理論上已經(jīng)可以初步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、無人操作，但是在實(shí)際生產(chǎn)工作中，會(huì)遇到各種不同的問題，而這些問題的存在，也會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)程控制、無人操作無法實(shí)現(xiàn)。

4.1 壓縮機(jī)組在遠(yuǎn)程控制中可能存在的問題

4.1.1 進(jìn)出口閥啟動(dòng)失效

機(jī)組進(jìn)出口閥門通常使用的是氣動(dòng)軸流閥或氣動(dòng)球閥。氣動(dòng)球閥的波差式結(jié)構(gòu)決定了一旦汽缸內(nèi)的動(dòng)力氣源供氣量不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)閥門動(dòng)作停滯或超時(shí)的情況。在北方冬季氣溫寒冷的時(shí)候氣動(dòng)球閥的動(dòng)力氣管線很容易結(jié)冰，導(dǎo)致動(dòng)力氣供應(yīng)不足，出現(xiàn)閥門動(dòng)作失敗，造成機(jī)組無法啟動(dòng)。

4.1.2 防喘閥故障

防喘閥通常為氣動(dòng)碟閥，其控制原理是機(jī)組控制程序發(fā)出的4MA ～ 20MA 信號(hào)，通過氣電轉(zhuǎn)換器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)，再通過防喘閥上的指揮器控制汽缸內(nèi)進(jìn)氣量，從而調(diào)整碟板動(dòng)作開度，達(dá)到控制要求。

防喘閥的控制結(jié)構(gòu)是通氣關(guān)閥，也就是說當(dāng)氣源關(guān)閉時(shí)，防喘閥會(huì)自動(dòng)全開。這樣就出現(xiàn)了一個(gè)可能性，在冬季氣溫寒冷導(dǎo)致引壓管內(nèi)結(jié)冰堵塞或氣電轉(zhuǎn)換器、指揮器失效時(shí)，防喘閥會(huì)自動(dòng)打開，造成壓縮機(jī)進(jìn)出口天然氣循環(huán)，無法正常向下游輸氣。如果只是單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，只會(huì)造成輸氣暫時(shí)中斷及進(jìn)出口天然氣溫度高報(bào)警，最大的影響是機(jī)組非鎖定停機(jī)。而當(dāng)多臺(tái)機(jī)組通過SCP 聯(lián)控時(shí)，一臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)防喘閥打開的情況，其他機(jī)組仍然按照SCP 控制設(shè)定好的站總流量或總出口壓力運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致其他的機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速提高，直至機(jī)組超速，有可能對(duì)壓縮機(jī)組的葉輪或軸承造成損壞。

防喘閥的閥位反饋系統(tǒng)也容易出現(xiàn)故障。閥位反饋系統(tǒng)是將防喘閥的閥位開度信息反饋到機(jī)組控制系統(tǒng)中的設(shè)備，可以通過“ZERO”和“SPAN”兩了旋鈕對(duì)閥位信息的零點(diǎn)和量程進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整結(jié)果對(duì)實(shí)際的閥位開度沒有影響。旋鈕內(nèi)部是通過改變電阻的大小來調(diào)整輸出電流，從而調(diào)整閥位的信息。當(dāng)投用一段時(shí)間后，雖然閥位反饋系統(tǒng)能夠正常工作，但是受溫度的影響逐漸增大，尤其是在晝夜溫差超過15℃的時(shí)候，在白天設(shè)定好的閥位反饋信息，很有可能在后半夜發(fā)生變化，量程或零點(diǎn)逐漸漂移，當(dāng)漂移值超過±3.5% 時(shí)，機(jī)組會(huì)出現(xiàn)閥位不當(dāng)?shù)膱?bào)警。

4.1.3 燃機(jī)空氣入口濾芯故障

燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)需要由空氣入口吸入空氣，為了避免雜質(zhì)、灰塵等進(jìn)入燃機(jī)內(nèi)部，因此在空氣入口安裝有空氣濾芯?？諝鉃V芯的使用壽命和工作狀況與壓氣站所處周邊環(huán)境及天氣情況有很大的關(guān)系。如果周邊環(huán)境中粉塵較多、經(jīng)常有沙塵暴天氣或站場附近有較多的楊樹、柳樹，則空氣濾芯的使用壽命會(huì)大幅度降低；如果天氣較潮濕，春秋季空氣濾芯受潮后更容易吸附灰塵、柳絮等；冬季則會(huì)在空氣濾芯外部結(jié)霜，會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)使空氣入口差壓達(dá)到報(bào)警值或停機(jī)值。

4.1.4 可燃?xì)怏w探頭故障

陜京管道壓縮機(jī)組兩側(cè)所用的可燃?xì)怏w探頭多為DETRONIC 光學(xué)式可燃?xì)怏w檢測探頭，該探頭工作可靠性高，使用壽命也較長。但是有一個(gè)最大的缺陷，就是對(duì)環(huán)境要求較高，一旦內(nèi)部的兩個(gè)光學(xué)鏡片所積灰塵過多或因天氣潮濕導(dǎo)致鏡片上有水汽，則探頭就會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，通常為負(fù)值，而當(dāng)數(shù)值超過-3 時(shí)，探頭會(huì)出現(xiàn)故障報(bào)警。

4.2 輔助系統(tǒng)在遠(yuǎn)程控制中可能存在的問題

輔助系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障的是空氣系統(tǒng)。站內(nèi)氣動(dòng)閥門、隔離氣、密封氣壓縮機(jī)動(dòng)力氣等設(shè)備所需的壓縮空氣都是通過空氣壓縮機(jī)來提供的。空氣壓縮機(jī)作為站內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)必須保證不間斷的運(yùn)行，否則會(huì)造成機(jī)組停機(jī)。通常站內(nèi)有兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)，一用一備。當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)另外一臺(tái)立刻自動(dòng)啟動(dòng)?？扇绻坏┱緝?nèi)外部供電出現(xiàn)故障，出現(xiàn)瞬間閃斷或斷電（發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)），空氣壓縮機(jī)無法自動(dòng)重起，需要人員到現(xiàn)場手動(dòng)閉合開關(guān)，重新啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)。上面描述的幾種故障在壓氣站內(nèi)都是比較常見的，在現(xiàn)有人員值班、巡檢的工作模式下可以很快的進(jìn)行處理，并不影響機(jī)組的正常啟動(dòng)、運(yùn)行。但是如果控制模式改為DCC 控制，出現(xiàn)故障時(shí)由調(diào)控中心發(fā)現(xiàn)報(bào)警、分析報(bào)警，之后再通知站內(nèi)維護(hù)人員處理故障，在整個(gè)工作流程上會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，有可能將普通的報(bào)警延誤成為故障停機(jī)。而且以現(xiàn)在調(diào)控中心的工作安排，兩個(gè)人一班，監(jiān)控一整條輸氣管線、數(shù)個(gè)壓氣站，近百個(gè)監(jiān)控畫面，在工作量上也是無法完成的。而如果增加值班人員數(shù)量，也就變成了將壓氣站內(nèi)的值班人員工作地點(diǎn)換到調(diào)控中心，對(duì)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)并沒有多大意義。

5 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)階段，我們還沒有能力完全實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程控制，無人操作，有人值守”的管理模式，即使加大投入資金、更換設(shè)備，這種方式也不能夠完全的普及。但是我們可以針對(duì)這些存在的問題進(jìn)行部分的改造，提高壓氣站的自動(dòng)化控制水平，降低人員風(fēng)險(xiǎn)，從而為日后真正實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程控制，無人操作，有人值守”打下良好的基礎(chǔ)。