劉恒宇

（中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100600）

0 引言

中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心對(duì)天然氣資源的集中調(diào)配、集中管理有利于整體管網(wǎng)的靈活性，增強(qiáng)了對(duì)異常事件的應(yīng)對(duì)能力。通過(guò)遠(yuǎn)控改造項(xiàng)目的推進(jìn)，目前調(diào)控中心已經(jīng)完成了300座站場(chǎng)、近500個(gè)用戶(hù)的遠(yuǎn)控改造，遠(yuǎn)控改造率近90%。但如果調(diào)控中心在遠(yuǎn)控過(guò)程中對(duì)大部分分輸用戶(hù)采用手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)閥，這無(wú)疑會(huì)占用大量的工作資源，用戶(hù)及站場(chǎng)呼入的請(qǐng)求開(kāi)關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)電話也會(huì)在一定程度上影響應(yīng)急電話的呼入。因此，天然氣長(zhǎng)輸管道分輸站場(chǎng)用戶(hù)遠(yuǎn)控自動(dòng)分輸技術(shù)也開(kāi)始逐漸表現(xiàn)出其重要性，自動(dòng)分輸軟件技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用對(duì)減輕站場(chǎng)、中心的負(fù)擔(dān)和保障管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

1 天然氣長(zhǎng)輸管道分輸站場(chǎng)用戶(hù)分類(lèi)及特點(diǎn)

根據(jù)用戶(hù)是否中斷輸氣分為連續(xù)用戶(hù)和間斷用戶(hù)，又根據(jù)用戶(hù)是否需要調(diào)峰細(xì)分為：無(wú)需調(diào)峰連續(xù)用戶(hù)、需調(diào)峰連續(xù)用戶(hù)、無(wú)需調(diào)峰間斷用戶(hù)、需調(diào)峰間斷用戶(hù)、小用戶(hù)。各類(lèi)用戶(hù)特點(diǎn)為：① 無(wú)需調(diào)峰連續(xù)用戶(hù)主要指某些24小時(shí)不停產(chǎn)的工業(yè)用戶(hù)，其用氣量均勻，波動(dòng)較少，或用戶(hù)管網(wǎng)具備自我調(diào)峰能力。② 需調(diào)峰連續(xù)用戶(hù)指一些具有小時(shí)不均勻性的城市燃?xì)獾扔脩?hù)，其在用氣高峰期與用氣低谷期用氣量有顯著差異［1］，同時(shí)其內(nèi)部管網(wǎng)不具備對(duì)用氣不均勻性的調(diào)峰能力。③ 無(wú)需調(diào)峰間斷用戶(hù)包括某些夜間停產(chǎn)的工業(yè)用戶(hù)或天然氣調(diào)峰電廠，用氣量均勻或具備自我調(diào)峰能力，但每天存在一段時(shí)間無(wú)用氣需求的情況。④ 需調(diào)峰間斷用戶(hù)指CNG加氣母站等用戶(hù)，用氣量具有小時(shí)不均勻性，且每天存在一段時(shí)間無(wú)用氣需求的情況。⑤ 小用戶(hù)是指日用氣量低于2×104m3且每日用氣時(shí)間較長(zhǎng)的用戶(hù)，因?yàn)樾∮脩?hù)本身的特點(diǎn)，以及站場(chǎng)流量計(jì)存在計(jì)量下限，許多小用戶(hù)每晝夜開(kāi)關(guān)閥門(mén)次數(shù)高達(dá)十余次。

2 分輸控制系統(tǒng)

調(diào)壓撬分輸分為手動(dòng)模式（閥位調(diào)節(jié)）和比例積分微分（PID）自動(dòng)模式調(diào)節(jié)。PID自動(dòng)模式分為壓力自動(dòng)模式和流量自動(dòng)模式。在壓力模式下，將分輸路壓力調(diào)節(jié)閥下游的壓力值與站控機(jī)中所設(shè)定的壓力值相對(duì)比，若下游壓力高于設(shè)定值，工作調(diào)壓閥6104、6204號(hào)閥門(mén)開(kāi)度關(guān)小，反之則開(kāi)大［2］；在流量模式下，流量計(jì)算機(jī)會(huì)將流量計(jì)的流量取值與預(yù)設(shè)的流量設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，若實(shí)際流量高于設(shè)定值，工作調(diào)壓閥6104、6204號(hào)閥門(mén)開(kāi)度關(guān)小，反之則開(kāi)大。在流量模式下存在壓力保護(hù)，若出站區(qū)壓力變送器的壓力值高于預(yù)設(shè)的壓力保護(hù)值，調(diào)壓撬自動(dòng)轉(zhuǎn)入壓力調(diào)節(jié)模式，壓力設(shè)定值為當(dāng)前設(shè)定的保護(hù)值［3-8］。

3 自動(dòng)分輸邏輯分析

3.1 無(wú)需調(diào)峰連續(xù)用戶(hù)分輸邏輯

① 早上8:00，將用戶(hù)日指定量從管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PPS）錄入到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)（SCADA）系統(tǒng)中去。② 在流量調(diào)節(jié)模式下［9-11］，將日用氣量轉(zhuǎn)化為小時(shí)均量并進(jìn)行設(shè)定。

3.2 需調(diào)峰連續(xù)用戶(hù)分輸邏輯

① 早上8:00，將用戶(hù)日指定量從PPS中錄入到SCADA系統(tǒng)中去。② 將PID分輸模式設(shè)定為壓力調(diào)節(jié)模式，壓力設(shè)定值為預(yù)設(shè)值，不同用戶(hù)根據(jù)合同壓力不同有所差異。③ 次日凌晨2:00，根據(jù)用戶(hù)日指定量及當(dāng)日分輸累積量，自動(dòng)計(jì)算出后6小時(shí)的小時(shí)均量，將PID分輸模式設(shè)定為流量調(diào)節(jié)模式，流量設(shè)定值為小時(shí)均量。

3.3 無(wú)需調(diào)峰間斷用戶(hù)分輸邏輯

① 早上8:00，將用戶(hù)日指定量從PPS錄入到SCADA系統(tǒng)中去。② 到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，按順序打開(kāi)調(diào)壓撬后、前電動(dòng)球閥（6105號(hào)、6205號(hào)、6101號(hào)、6201號(hào)），預(yù)設(shè)時(shí)間為用戶(hù)一般用氣開(kāi)始時(shí)間，不同用戶(hù)有所差異。③ 將PID分輸模式設(shè)定為壓力調(diào)節(jié)模式，壓力設(shè)定值為預(yù)設(shè)值。④ 當(dāng)日累計(jì)量達(dá)到日指定量100%時(shí)按順序關(guān)閉工作調(diào)壓閥（6104號(hào)、6204號(hào)），調(diào)壓撬前、后電動(dòng)球閥。

3.4 需調(diào)峰間斷用戶(hù)及小用戶(hù)分輸邏輯

① 早上8:00，將用戶(hù)日指定量從PPS錄入到SCADA系統(tǒng)中去。② 到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，按順序打開(kāi)調(diào)壓撬后、前電動(dòng)球閥。③ 將PID分輸模式設(shè)定為壓力調(diào)節(jié)模式，壓力設(shè)定值為預(yù)設(shè)值。④ 當(dāng)日累計(jì)量達(dá)到日指定量的100%時(shí)按順序關(guān)閉工作調(diào)壓閥，調(diào)壓撬前、后電動(dòng)球閥。⑤ 用戶(hù)有可能因分輸壓力過(guò)高導(dǎo)致瞬時(shí)流量低于流量計(jì)計(jì)量下限，導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確，此時(shí)執(zhí)行下列邏輯：當(dāng)流量計(jì)反饋值小于或等于流量計(jì)計(jì)量下限的1.05倍時(shí)，按順序關(guān)閉調(diào)壓撬前、后電動(dòng)球閥，暫停分輸；當(dāng)出站區(qū)壓力變送器值降至離用戶(hù)合同要求的最低壓力（或與用戶(hù)協(xié)商后達(dá)成的協(xié)議最低壓力）還差0.1MPa時(shí)，按順序打開(kāi)調(diào)壓撬后、前電動(dòng)球閥，重新開(kāi)始分輸。分輸邏輯流程見(jiàn)圖1。

3.5 啟用停用計(jì)量、調(diào)壓支路邏輯

① 文中默認(rèn)第二路為備用路。備用路前后球閥（5201號(hào)、5202號(hào)、6201號(hào)、6205號(hào)）保持關(guān)閉狀態(tài)。若計(jì)量調(diào)壓支路多于兩路，如兩用一備、兩用兩備，可以此類(lèi)推。② 當(dāng)瞬時(shí)流量達(dá)到流量計(jì)最大量程的90%時(shí)，啟用備用計(jì)量支路，打開(kāi)備用計(jì)量支路前后電動(dòng)球閥［12］。③ 啟用多條計(jì)量支路時(shí)，若瞬時(shí)流量低于流量計(jì)最大量程與啟用計(jì)量支路數(shù)乘積的30%時(shí)，關(guān)閉其中一路計(jì)量支路，關(guān)閉流量計(jì)前后電動(dòng)球閥（圖2）。④ 當(dāng)工作調(diào)壓閥開(kāi)度大于90%時(shí)，啟用備用調(diào)壓支路。若當(dāng)前只有一路調(diào)壓支路工作，按順序打開(kāi)備用調(diào)壓支路后、前電動(dòng)球閥（6205號(hào)、6201號(hào)），同時(shí)將備用調(diào)壓支路設(shè)定為手動(dòng)閥位調(diào)節(jié)，每20 s將備用路工作調(diào)壓閥（6204）閥位開(kāi)度開(kāi)大10%，直到備用路工作調(diào)壓閥開(kāi)度達(dá)到70%。⑤ 當(dāng)工作調(diào)壓閥開(kāi)度大于90%時(shí)，啟用備用調(diào)壓支路。若當(dāng)前有兩路調(diào)壓支路工作，每20 s將備用路工作調(diào)壓閥（6204）閥位開(kāi)度開(kāi)大10%，直到備用路工作調(diào)壓閥開(kāi)度達(dá)到100%；在存在多個(gè)備用支路的情況下，若自動(dòng)調(diào)節(jié)支路工作調(diào)壓閥開(kāi)度再次達(dá)到90%以上，參照通用邏輯④，啟用新的備用支路，以此類(lèi)推。⑥ 在已啟用備用調(diào)壓支路的情況下，當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)支路工作調(diào)壓閥閥位開(kāi)度小于30%時(shí)，選取已啟用的調(diào)壓支路中閥位開(kāi)度最小的一路（若開(kāi)度相同則選取編號(hào)最大的調(diào)壓支路）工作調(diào)壓閥的開(kāi)度調(diào)小10%。當(dāng)某一調(diào)壓支路工作調(diào)壓閥開(kāi)度為0時(shí)，關(guān)閉該支路前、后電動(dòng)球閥（圖3）。

圖1 不同種類(lèi)用戶(hù)遠(yuǎn)控自動(dòng)分輸邏輯流程圖

圖2 分輸過(guò)程中自動(dòng)開(kāi)關(guān)計(jì)量支路流程圖

圖3 分輸過(guò)程中自動(dòng)開(kāi)關(guān)調(diào)壓支路流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)推進(jìn)遠(yuǎn)控自動(dòng)分輸技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用，可以有效地解放站場(chǎng)與中心的注意力，使其更好地投入到正常生產(chǎn)調(diào)整及處理異常事件的工作中去。設(shè)計(jì)人員可以在進(jìn)行配置時(shí)不斷調(diào)試，爭(zhēng)取找出更加合理的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置值，使遠(yuǎn)控自動(dòng)分輸更加高效，更加安全可靠。

［1］趙立春.天然氣用戶(hù)用氣負(fù)荷及用氣規(guī)律研究［D］.北京：北京建筑大學(xué)，2016.

［2］吳飛，邱蒙琪.輸氣站場(chǎng)自控系統(tǒng)的夜間無(wú)人值守功能實(shí)現(xiàn)研究［J］. 石化技術(shù)，2016，23（1）：236.

［3］梁懌，韓建強(qiáng)，王磊.遠(yuǎn)控自動(dòng)分輸系統(tǒng)在西氣東輸甘塘站的應(yīng)用［J］. 油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（2）：171-173.

［4］梁浩，郝一博，李海川.天然氣分輸管理與控制技術(shù)研究［J］. 天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2015，9（6）：49-50，83.

［5］王海峰，梁建青，彭太翀，等.西氣東輸二線分輸壓力流量控制邏輯優(yōu)化［J］.自動(dòng)化儀表，2013，34（1）：89-91，94.

［6］趙廉斌，田家興，王海峰，等.輸氣站場(chǎng)自控系統(tǒng)夜間無(wú)人值守功能的實(shí)現(xiàn)［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2012，31（4）：314-317.

［7］郭有強(qiáng)，張自軍，裴學(xué)柱.SCADA系統(tǒng)分輸控制寬域流量穩(wěn)定性研究［J］.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，40（2）：216-220.

［8］郭有強(qiáng)，張自軍，裴學(xué)柱.天然氣自動(dòng)分輸控制系統(tǒng)不穩(wěn)定性研究［J］. 微計(jì)算機(jī)信息，2010，26（4）：79-81.

［9］高龍.天然氣管道自動(dòng)分輸技術(shù)開(kāi)發(fā)方案［J］.化工管理，2015（3）：73-74.

［10］高明霞，朱永輝，王志會(huì).天然氣長(zhǎng)輸管道分輸站場(chǎng)的設(shè)計(jì)［J］. 油氣田地面工程，2013，32（9）：83-84.

［11］劉功銀，葛蕓蕓，嚴(yán)小永.西氣東輸二線天然氣分輸控制的探討與優(yōu)化［J］. 儀器儀表用戶(hù)，2016，23（10）：31-33.

［12］孫金玲，雷凌.天然氣分輸站場(chǎng)調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)置探討［J］.儀器儀表用戶(hù)，2015，22（1）：47-50.