長輸原油管道壓力調節與保護探討

孫佳琳　王子復　儲繼偉

摘要：長輸原油管道是靠壓力把不同的油品輸送到各煉化企業。高凝固點的油品還需加熱，降低粘度，加壓運行，壓力調節與保護是長輸管道平穩、安全運行的關鍵。文章通過對站場壓力調節與保護、系統壓力保護設備功能的闡述，進一步明確了各調節設備的功能和控制作用，以期保證原油在長距離管道平穩順利地運行。

關鍵詞：長輸原油管道；壓力調節；壓力保護；調節閥；調速電機；雙機在線

中圖分類號：TE88 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）36-0088-03

伴隨著國家經濟的轉型、環境管理的需求，長輸管道的平穩運行至關重要。關鍵因素之一是系統的壓力自動調節和保護。長輸管道長至幾百、幾千公里，平均幾十公里到幾百公里設置一個輸油泵站，運行多采用跨地區多點的集中控制，即在中心控制室對不同地區的泵站進行遠距離設備操作。根據工藝和輸送任務要求對系統運行參數進行設定，通過控制系統、輸油泵機組、調節閥、調速電機對壓力進行調節，使系統從一個輸量上升或下降到另一個所需輸量，完成輸送油品的任務。這期間，會有管道閥門誤關、地震等意外因素，SCADA系統設置了泵站和系統壓力超限保護功能。

1 壓力調節保護系統

自動控制系統采用以計算機為核心的監控和數據采集（SCADA）系統，各站場采用PLC控制，完成對全線各工藝站場和遠控線路閥室的監控任務。它們之間通過廣域網連接，完成主要工藝參數、設備的監控和保護、進出站壓力調節、全線水擊超前保護、ESD等功能。

2 壓力調節控制機理

長輸管道的壓力控制，如泵站泵入口匯管壓力、出站壓力、管道干線背壓為雙信號選擇性閉環控制系統，采用低選原則。分輸壓力等為單信號閉環控制系統。設定值確定后，系統輸出量以一定的調節特性接近設定值，站控調節系統通過輸出量同設定值的偏差對系統進行控制。

3 壓力控制調節設備

3.1 調節閥

長輸原油管道各站出站均設置出站調節閥，等百分比流量特性，執行機構為電液聯動調節型執行機構。調節設定值由調控中心給定，經調控中心授權后可由站控系統給定，控制權限的變更、手動/自動和就地/遠程的切換不應影響調節閥的正常調節，實現無擾動切換。

3.2 調節閥保護控制

3.2.1 出站調節閥設置為輸油泵入口匯管壓力和出站壓力的選擇性調節既能控制出站壓力，又能控制輸油泵入口匯管壓力。

3.2.2 背壓調節閥控制干線進站壓力，同時對背壓調節閥后壓力進行監控，以進站壓力和閥后壓力為調節參數，也為選擇性控制回路。當進站壓力低于設定值時進行自動調節，控制進站壓力在設定值以上。當閥后壓力達到設定值時，調節閥控制系統調節回路自動切換為下游壓力保護調節，保證閥后壓力不超高，控制閥后壓力。

3.2.3 分輸、注入調節閥設置為調節閥出口壓力的調節（分輸調節閥設置為分輸流量調節，分輸壓力保護），均根據調節閥后壓力設定值進行自動調節。

調節閥均具有自動邏輯調節和手動閥位調節兩種模式。出站調節閥設有10%閥位限制功能，分輸流量調節，分輸壓力保護，均根據調節閥后壓力設定值進行自動調節。調節閥均具有自動邏輯調節和手動閥位調節兩種模式。出站調節閥設有10%閥位限制功能。

3.3 調速電機

調速電機是通過變頻系統實施壓力的調節控制。通過變頻器進行電機轉速的改變，變頻器的檢測和控制參數包括變頻器遙控狀態、變頻器運行狀態、變頻器允許啟泵狀態、預啟動命令、啟動命令、電機轉速控制及變頻器故障狀態和變頻電機電流等。

調速電機與出站調節閥的調節功能相同，均對輸油泵入口匯管壓力和出站壓力進行自動調節。

4 控制調節方式

4.1 單機運行

管道啟輸前主調節閥前后截斷閥開啟，給擬投用調節閥賦初始設定值，設定為自動調節模式。調節閥切換時給擬投用備用調節閥根據進出站壓力賦初始設定值，無擾切換，開啟備用調節閥前后截斷閥，關閉在用調節閥，在用調節閥關閉后關閉其前后截斷閥。

調節閥與調速電機不同時在線調節，選用調速電機進行壓力調節，調節閥設為遠方手動。反之亦然。正常情況下調速電機自動調節，調節閥處于手動全開狀態。當調速電機工頻運行時，調節閥投自動，調速電機變頻器處于遠方手動狀態。

在輸油泵的入口匯管和出站端分別設置壓力變送器（冗余），進行壓力檢測。假定出站調節閥（變頻調速泵）的出站壓力調節設定值為SP2，輸油泵入口匯管壓力調節設定值為SP1，出站壓力為P2，輸油泵入口匯管壓力為P1。壓力調節如下：當P2SP2時，關調節閥（變頻調速泵降低轉速）；當P1>SP1時，開調節閥（變頻調速泵提高轉速）；當P1

該調節方式為選擇性調節控制，任何情況下，出站調節閥優先選擇關（變頻調速泵優先選擇降低轉速）。

4.2 雙機在線

雙機在線解決了由于控制室操作人員人為切換不及時，造成系統不穩定運行的問題，同時解決了管道的低輸量運行，進、出站壓力由于調節器PID的參數選擇局限造成的系統壓力的過調或跟不上調節的問題。

管道啟輸前出站壓力為P2，輸油泵入口壓力為P1。主調節閥出站壓力設定值為SP2，輸油泵入口壓力為SP1，備用調節閥出站壓力設定值為SP2+△Y，△Y為出站壓力設定值的變化量。輸油泵入口壓力設定值為SP1-△X，△X為進站壓力設定值的變化量。兩調節閥或調節閥和調速電機同時在線運行。

進出站壓力設定值的選擇：即當△X、△Y>0時，出站壓力△Y應為運行壓力的3%～5%，進站壓力△X應為運行壓力的2%～3%。根據輸量需求進行設定。該種方式為區間調節。即當主調節閥對進、出站端的壓力調節出現問題時，備用調節閥根據設定值需求自動投入運行，即主調節閥遵循單機運行的原則。備用調節閥（或調速電機）為：當P2SP2+△Y時，關備調節閥（變頻調速泵降低轉速）；當P1>SP-△X時，開備調節閥（變頻調速泵提高轉速）；當P1

4.3 輔助系統的調節

4.3.1 注入系統壓力調節。出站調節閥設在注入泵出口匯管上或注入泵配置了變頻調速，可以給定開度（轉速）或根據輸油泵入口匯管壓力和出站壓力進行自動調節。

4.3.2 進站背壓保護調節。進站背壓調節閥設在進站閥和罐區之間，可根據進站壓力進行自動調節，同時對背壓調節閥后壓力進行監控。

5 壓力保護

5.1 站場保護功能

5.1.1 輸油泵進、出口匯管壓力，出站壓力保護。輸油站輸油泵入口匯管、輸油泵出口匯管、出站端設有壓力變送器（冗余設置），當壓力超過停泵定值時實施保護停泵，順序停泵。

5.1.2 進、出站閥組聯鎖保護。當進行清管器接收、發送作業時不能同時關閉進、出站閥組，需實現互鎖。即進、出各三臺電動閥，其中兩臺關閉，另一臺電動閥離開開閥位，進行軟件鎖定。

站控機將站綜合關閉信號報警上傳至調控中心，報警延遲20秒仍不在全開位置或閥門開度小于85%，自動觸發全線緊急停輸。

5.1.3 高、低壓泄壓閥泄流保護。調節閥和出站閥門之間安裝高壓泄壓閥，用于保護本站出站端的設備、管線和出站下游側的干線。出站壓力高于高壓泄壓閥定值，高壓泄壓閥動作泄流，出站壓力低于高壓泄壓閥定值自動停止。泄壓閥出口管線直接接入泄壓罐，正常生產時泄壓罐入口閥門常開，保證泄壓管線的暢通。

5.1.4 進站壓力保護。進站ESD閥前冗余壓力變送器設進站壓力高報警、高高停輸設定值。當進站壓力達到報警設定值時，進行壓力高報警，進站壓力超高高全線立即停輸。

5.2 系統保護

5.2.1 ESD系統保護。緊急停車（ESD）系統主要用于使工藝過程從危險的狀態迅速脫離。保障管道能夠在緊急的狀態下安全的停輸，同時使系統安全地與外界截斷不至于導致故障和危險的擴散。

站場一旦發生火災、泄漏以及管道沿線發生洪水、地震、第三方破壞等事故均會危及整個管道的安全運行，需要實現緊急切斷。

ESD控制命令為最高優先級，均可直接到達被控設備，并使它們按預定的程序動作，實現全線緊急停輸功能。ESD系統具備ESD鎖定及復位功能。

5.2.2 水擊超前保護。系統采用了停泵和保護調節的方法進行水擊超前保護，即在泵站突然全停泵或部分停泵時，遠控干線截斷閥和站場引起工藝流程堵塞的閥門誤關（離開全開位）時，水擊保護系統自動下達水擊保護指令，采取調節閥和調速電機的保護性調節或順序停掉各站部分或全部輸油泵等措施，以防止管線系統超壓或高點汽化。

以調控中心水擊超前保護為主控，各站控系統PLC作為從控，組成站間聯動的水擊超前保護系統，通過獲得水擊信息并發出控制指令。

壓力調節和保護系統是長輸管道平穩運行的關鍵設備。功能的正常操作和在線，不僅能保證管道的平穩，又能確保系統安全可靠運行。

參考文獻

[1] 中國石油天然氣總公司.石油地面工程設計手冊（第四冊）——原油長輸管道工程設計[M].北京：石油大學出版社，1995.

[2] 輸油管道工程設計規范（GB50253-2003）[S].

作者簡介：孫佳琳（1987-），女（滿族），沈陽惠東控制有限公司技術員，研究方向：自動化控制系統技術管理及技術研發；王子復（1975-），男，沈陽惠東控制有限公司工程師，研究方向：自動化控制系統技術管理及研發；褚繼偉（1966-），男，中國石油管道公司沈陽調度中心工程師，研究方向：長輸原油管道的運行技術管理及研發。