基于遠(yuǎn)程電磁控制的輸氣場站供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)研究

張健 (山東省天然氣管道有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250010)

0 引言

目前，隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展、國家能源戰(zhàn)略調(diào)整，天然氣作為清潔能源，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。通常情況下，氣田氣及LNG資源等氣源通過長輸天然氣管網(wǎng)輸送到沿線各地，并通過輸氣場站分輸至各個用戶。對于某一固定用戶來說，供氣流程通常設(shè)置一用一備2條支路，每條支路主要包括計量、調(diào)壓2個部分；由于不同氣量需求和管存容積的差異，部分用戶(通常為小用氣量用戶、調(diào)峰用戶) 會采取間歇性供氣模式，即在一個供氣周期內(nèi)需要對供氣閥門進(jìn)行至少1次啟停操作。根據(jù)目前管理現(xiàn)狀，由于閥門內(nèi)漏、壓差沖擊等因素影響，開停氣往往需要人工輔助操作，在增加人工成本的同時大大制約行業(yè)自動化、智能化發(fā)展進(jìn)程[1-2]。因此，通過某種方式實(shí)現(xiàn)間歇性供氣用戶的遠(yuǎn)程自動控制對于節(jié)約成本、提高效率、促進(jìn)自動化水平提升尤為重要。

1 現(xiàn)行間歇性供氣用戶供氣方式研究

通過調(diào)研分析，目前輸氣場站向下游用戶進(jìn)行分輸?shù)牧鞒套陨嫌沃料掠畏謩e為：電動球閥 (可遠(yuǎn)程開關(guān)，無法對開度進(jìn)行控制)、計量撬、調(diào)壓撬 (包括緊急切斷閥SSV、監(jiān)控調(diào)壓閥PCV、工作調(diào)壓閥PV)、手動球閥。如要對下游用戶進(jìn)行停氣，通常會首先關(guān)閉工作調(diào)壓閥，而由于工作調(diào)壓閥在供氣過程中需要頻繁動作，絕大部分會存在不同程度內(nèi)漏，因此在關(guān)閉工作調(diào)壓閥的基礎(chǔ)上需要同時關(guān)閉上游電動球閥。同時由于工作調(diào)壓閥普遍內(nèi)漏，通常會導(dǎo)致上游電動球閥下游整個供氣支路壓力與用戶分輸壓力趨于一致，電動球閥上下游會產(chǎn)生壓差,如圖1所示。

圖1 某輸氣場站下游用戶停氣后壓力變化情況

當(dāng)下游用戶需要開氣時，需要先打開供氣支路上游電動球閥，再打開工作調(diào)壓閥，通過合理調(diào)節(jié)工作調(diào)壓閥開度使壓力或瞬時流量維持在下游用戶需求范圍。由于供氣支路上游電動球閥上下游存在壓差，因此在開啟過程中通常會采取兩種操作模式：一是在現(xiàn)有壓差基礎(chǔ)上直接全部打開 (可通過手動、就地電動、遠(yuǎn)程電動等方式實(shí)現(xiàn)，如果選擇遠(yuǎn)程電動，可擺脫現(xiàn)場對人工操作的依賴，但會對供氣支路產(chǎn)生很大震動且易導(dǎo)致監(jiān)控調(diào)壓閥皮膜損壞)；另一種是先手動輕微開啟產(chǎn)生過流，上下游壓力平衡后再全部打開 (無法擺脫現(xiàn)場人工輔助操作)。因此，比較理想的運(yùn)行模式有兩種，一是保持現(xiàn)有運(yùn)行工況，人工輔助開停氣；二是通過對現(xiàn)場合理改造或優(yōu)化，使停氣后上游電動球閥上下游保持壓力相對穩(wěn)定，開氣時可直接對閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)。

考慮到人力成本節(jié)約及智能化控制水平的提升，通過某種方式實(shí)現(xiàn)下游用戶供氣模式的遠(yuǎn)程自動控制尤為重要。經(jīng)過對相關(guān)文獻(xiàn)等進(jìn)行搜索查證，目前尚無有效的辦法實(shí)現(xiàn)該種運(yùn)行工況。

2 基于遠(yuǎn)程電磁控制的供氣支路穩(wěn)壓方式研究

基于遠(yuǎn)程電磁控制的供氣支路穩(wěn)壓方式，是根據(jù)現(xiàn)在常用調(diào)壓撬的結(jié)構(gòu)原理和工作特點(diǎn)，在監(jiān)控調(diào)壓閥PCV上游引壓管處安裝電磁閥 (位于根部取壓和監(jiān)控調(diào)壓閥PCV的穩(wěn)壓器之間)，并將控制信號連接至PLC機(jī)柜、上位機(jī)控制界面[3-4]。

表1 遠(yuǎn)程電磁控制系統(tǒng)應(yīng)用前后壓力變化對比情況

遠(yuǎn)控電磁閥在正常供氣時處于常開狀態(tài)，當(dāng)下游用戶需要停止供氣時，首先遠(yuǎn)程關(guān)閉調(diào)壓撬上工作調(diào)壓閥PV，然后通過上位機(jī)控制界面發(fā)出關(guān)閉遠(yuǎn)控電磁閥指令 (此時監(jiān)控調(diào)壓閥PCV失去上游動力氣源，在主閥彈簧預(yù)緊力的作用下閥芯關(guān)閉)，最后遠(yuǎn)程電動關(guān)閉供氣支路上游電動球閥。當(dāng)需要開氣時，首先遠(yuǎn)程電動打開供氣支路上游電動球閥，再通過上位機(jī)控制界面發(fā)出開啟遠(yuǎn)控電磁閥指令 (此時監(jiān)控調(diào)壓閥PCV上游動力氣源得到補(bǔ)充，其上游與下游引壓之間產(chǎn)生壓差，這一壓差會通過穩(wěn)壓器、指揮器之后在短時間內(nèi)作用到監(jiān)控調(diào)壓閥PCV主皮膜兩側(cè)，進(jìn)而克服彈簧預(yù)緊力致使閥芯打開)，最后遠(yuǎn)程打開調(diào)壓撬上工作調(diào)壓閥PV，根據(jù)下游用戶氣量和壓力需求調(diào)節(jié)至合適開度，恢復(fù)正常供氣狀態(tài)。具體如圖2、圖3所示。

圖2 基于遠(yuǎn)程電磁控制的供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)原理圖

圖3 遠(yuǎn)控電磁閥關(guān)閉開啟動態(tài)分析圖

3 應(yīng)用效果分析

為驗(yàn)證遠(yuǎn)程電磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)壓效果，在某場站進(jìn)行測試，重點(diǎn)對兩種工況下壓力變化情況進(jìn)行對比分析：一是未安裝遠(yuǎn)程電磁控制系統(tǒng)時，下游用戶停氣以后供氣支路電動球閥下游壓力變化情況；二是應(yīng)用遠(yuǎn)程電磁控制系統(tǒng)時，下游用戶停氣以后供氣支路電動球閥下游壓力變化情況。具體數(shù)值變化對比情況如表1所示，壓力變化趨勢如圖4所示。

圖4 應(yīng)用遠(yuǎn)程電磁控制系統(tǒng)后壓力變化趨勢

通過數(shù)據(jù)對比及壓力變化趨勢圖可以看出，遠(yuǎn)程電磁控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)壓效果。

4 結(jié)語

(1)基于遠(yuǎn)程電磁控制的輸氣場站供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)具有良好的密封和穩(wěn)壓效果，能夠有效避免現(xiàn)有供氣模式下瞬時開氣對計量調(diào)壓等設(shè)備的沖擊，同時能夠完全擺脫開停氣對人工輔助操作的依賴，具有良好的應(yīng)用效果和應(yīng)用前景。

(2)基于遠(yuǎn)程電磁控制的輸氣場站供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)可利用現(xiàn)有設(shè)備及線路，改造成本低，改造方式容易實(shí)現(xiàn)，具有良好的適應(yīng)性和適用效果。