摘　要：介紹深圳市天然氣次高壓／中壓調(diào)壓站的壓力遙調(diào)系統(tǒng)的功能、技術(shù)方案比選和實(shí)施。并介紹了實(shí)施后的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：壓力遙調(diào)；氣動(dòng)；P+I控制器；流量控制

1　概述

深圳的主要?dú)庠词菑V東大鵬液化天然氣公司供應(yīng)的澳洲氣源(下稱大鵬氣源)和由中石油西氣東輸二線供應(yīng)的氣源(下稱西二氣氣源)。大鵬氣源在2006年7月通過坪山、安托山兩個(gè)門站供應(yīng)深圳的次高壓壓管網(wǎng)，西二氣氣源與2012年5月通過求雨嶺門站供應(yīng)深圳的高壓管網(wǎng)。目前已投產(chǎn)高壓管網(wǎng)59公里，次高壓管網(wǎng)l62公里，中壓管網(wǎng)3423公里。與高壓管網(wǎng)連接的場(chǎng)站有：高壓門站l座，高／次高壓調(diào)壓站l座，電廠計(jì)量站兩座。與次高壓管網(wǎng)連接的次高／中壓調(diào)壓站21座。

深圳燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的壓力級(jí)制分高壓、次高壓、中壓三個(gè)級(jí)別，采用中壓進(jìn)戶，直接供應(yīng)用戶，與其它大多數(shù)城市的低壓進(jìn)戶有很大的不同。它的優(yōu)點(diǎn)是減少了中壓／低壓區(qū)域調(diào)壓站和樓棟調(diào)壓箱的建設(shè)及維護(hù)，但GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的10.2條款要求壓力不高于0.2MPa，中壓管網(wǎng)的供氣壓力受到了限制。目前深圳羅湖、福田、南山、鹽田等區(qū)工業(yè)用戶少，管網(wǎng)建設(shè)密度較大，中壓管網(wǎng)的供氣壓力為0.15MPa；龍崗區(qū)、寶安部分區(qū)域由于工業(yè)用戶較多，要求的供氣壓力較高，同時(shí)管網(wǎng)又連接了部分商業(yè)、居民用戶，供氣壓力提高到0.18MPa。地處鐵路、河流交叉多而管網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)差的布吉片區(qū)，在冬季極端冷的天氣下仍需將次高／中壓調(diào)壓站的出站壓力提高到0.195MPa。在部分調(diào)壓站故障的情況下，相鄰的應(yīng)急調(diào)壓站需將壓力提升以滿足工業(yè)用戶的用氣壓力要求，供氣壓力的不足限制了工業(yè)用戶的發(fā)展。

要解決中壓管網(wǎng)壓力不足必須要提高次高／中壓調(diào)壓站的出站壓力，但又不可超越規(guī)范要求。在高峰時(shí)段提升壓力后，如低峰時(shí)段仍采用較高壓力供應(yīng)用戶，尤其是居民用戶，會(huì)給供氣安全帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，而根據(jù)高、低峰時(shí)段進(jìn)行出站壓力的合理調(diào)整則可以解決該問題。在一天需多次調(diào)整的情況下，單依靠人工去操作是不現(xiàn)實(shí)的，需增加壓力遙調(diào)功能。

2　概改造的功能定位及技術(shù)方案

在2008年，為應(yīng)對(duì)廣東大鵬液化天然氣公司對(duì)提氣速率超過合同要求的用戶進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性懲罰，對(duì)安托山門站、坪山門站兩個(gè)門站進(jìn)行增設(shè)CS壓力遙調(diào)^[1]的改造，實(shí)現(xiàn)了合理分配兩門站流量，并通過在高低峰時(shí)段調(diào)整出站壓力，利用管網(wǎng)調(diào)峰，減少采購高價(jià)LNG調(diào)峰的氣量，是最經(jīng)濟(jì)的防止超提手段。次高／中壓調(diào)壓站的壓力遙調(diào)改造是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。

2．1　門站壓力遙調(diào)系統(tǒng)的功能

CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)屬氣動(dòng)壓力遙調(diào)系統(tǒng)，它根本原理是通過遠(yuǎn)程控制氣包上安裝的兩個(gè)電磁閥的啟閉進(jìn)而調(diào)整氣包的壓力，氣包的壓力通過反饋管引至調(diào)壓器的導(dǎo)閥來調(diào)整出站壓力。其原理圖見圖1。

它主要有以下功能：

(1)手動(dòng)調(diào)壓功能。通過人工點(diǎn)擊CS系統(tǒng)的控制面板進(jìn)行電磁閥的開關(guān)操作，從而進(jìn)行壓力的調(diào)整。每點(diǎn)擊一次壓力變化5kPa。

(2)自動(dòng)調(diào)壓的出口調(diào)壓功能。通過設(shè)置壓力步長、靜止時(shí)間、目標(biāo)壓力等狀態(tài)參數(shù)在站控室的控制面板上進(jìn)行壓力調(diào)整，通過出口壓力的反饋值調(diào)整比對(duì)，最終達(dá)到設(shè)定的出口壓力。其調(diào)整的過程見圖2。

(3)自動(dòng)調(diào)壓的氣包穩(wěn)壓功能。在出口壓力設(shè)定后，為消除室外溫度、電磁閥內(nèi)漏等因素引起氣包壓力的變化進(jìn)而影響到出站壓力的設(shè)定?？刂破魍ㄟ^氣包上的壓力傳感器的反饋信號(hào)，判斷是否超出氣包設(shè)置壓力P0的±5％范圍，指揮電磁閥動(dòng)作，使氣包壓力穩(wěn)定，從而達(dá)到穩(wěn)定出口壓力。

(4)一套CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)，可帶多路調(diào)壓器，通過設(shè)置CS導(dǎo)閥上彈簧的不同的壓力，可設(shè)置各路不同的出口壓力。

2．2　調(diào)壓站壓力遙調(diào)系統(tǒng)的功能定位

門站是24小時(shí)值班站，它的遙調(diào)功能定位是考慮以站控為主，中心控制不可以操作，只可以監(jiān)控。同時(shí)與門站連接的次高壓管網(wǎng)的運(yùn)行壓力達(dá)l.5MPa，調(diào)壓的步長對(duì)管網(wǎng)的波動(dòng)影響很小。而與調(diào)壓站連接的中壓管網(wǎng)直接連接到用戶，其出站壓力在0.15MPa(或0.18MPa)，調(diào)節(jié)過程步長的過大、調(diào)節(jié)曲線的平滑性均可能影響到用戶。同時(shí)調(diào)壓站多數(shù)是無人值守站，操作的權(quán)限將以中心控制為主。結(jié)合以上情況，調(diào)壓站的壓力遙調(diào)功能定位如下：

(1)中心控制(調(diào)度中心)可隨時(shí)調(diào)控出口壓力，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無人值守站的壓力控制。

(2)壓力自動(dòng)跟蹤功能?？深A(yù)設(shè)不同時(shí)段的出口壓力，以適應(yīng)下游流量的需求。

(3)具有安全保護(hù)功能，使出口壓力不會(huì)超出于特定的上限及下限。

(4)當(dāng)遙調(diào)失效或設(shè)備斷電時(shí)，壓力應(yīng)保持原有水平。

(5)壓力調(diào)整過程平緩不對(duì)下游用戶造成影響。

2．3　調(diào)壓站壓力遙調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)方案

根據(jù)門站CS遙調(diào)系統(tǒng)三年左右的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)方式的壓力遙調(diào)在運(yùn)行穩(wěn)定性、維護(hù)維修工作量等方面優(yōu)于電動(dòng)壓力遙調(diào)系統(tǒng)，因此本次改造定位在氣動(dòng)方式。次高／中壓調(diào)壓站的壓力遙調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)實(shí)施尚屬新技術(shù)，而在香港中華煤氣的調(diào)壓站，壓力遙調(diào)系統(tǒng)已使用多年，運(yùn)行良好。其設(shè)計(jì)的理念與我們的需求是很吻合的。在香港中華煤氣的幫助下，制定了技術(shù)方案，并與原CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了比較、優(yōu)化壓力遙調(diào)的方案。本次改造的壓力遙調(diào)技術(shù)方案的原理見圖3。

調(diào)壓站的每路工作調(diào)壓器(主調(diào)壓器)均增加了這套系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一控制，主副路的互換可完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，而CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)一對(duì)多路需人工調(diào)整CS導(dǎo)閥的彈簧，方可進(jìn)行主副路的切換。

本方案的基本原理是中心控制(調(diào)度中心)或站控將壓力調(diào)整的信號(hào)發(fā)送到RTU(或PLC)，RTU(或PLC)輸出信號(hào)到P+1控制器，控制器調(diào)整氣動(dòng)壓力的大小控制微流閥的開度，進(jìn)而調(diào)整工作調(diào)壓器的出站壓力。微流閥與上限導(dǎo)閥串聯(lián)，類似監(jiān)控調(diào)壓器與主調(diào)壓器。當(dāng)微流閥設(shè)定的出站壓力小于上限導(dǎo)閥設(shè)定的壓力時(shí)，上限導(dǎo)閥處于全開狀態(tài)，當(dāng)出站壓力等于上限導(dǎo)閥設(shè)定的壓力時(shí)，上限導(dǎo)閥開始工作，限制微流閥調(diào)整壓力的功能，達(dá)到了上限壓力保護(hù)功能。下限導(dǎo)閥與微流閥的管路并聯(lián)，類似調(diào)壓站的主副路。當(dāng)微流閥設(shè)定的壓力低于下限導(dǎo)閥時(shí)，這時(shí)類似主副路切換，下限導(dǎo)閥開始工作，控制出站壓力不低于下限導(dǎo)閥設(shè)定的壓力，達(dá)到下限壓力保護(hù)功能。下限導(dǎo)閥前的電磁閥是為了在緊急情況下調(diào)度中心遠(yuǎn)程取消下限保護(hù)功能，將出站壓力降低到低于站外市政管道的壓力，使調(diào)壓站不供氣。電磁閥屬通電打開的功能，在停電情況下不影響正常運(yùn)行。由于它是通過微流閥調(diào)整開度進(jìn)行控制，不同于CS遙調(diào)系統(tǒng)通過電磁閥快速開關(guān)控制氣包壓力，它的壓力變化曲線的平滑性較CS遙調(diào)系統(tǒng)好，對(duì)用戶不造成不良影響。

在整個(gè)系統(tǒng)中P+I控制器相當(dāng)于整個(gè)遙調(diào)系統(tǒng)的大腦。P+I控制器還附帶一些附屬設(shè)備，以安全、穩(wěn)定地完成控制，工藝圖見圖4。

P+I控制器的氣源來自調(diào)壓站的進(jìn)口壓力表針閥三通后，氣源通過過濾并進(jìn)行調(diào)壓，由1.5MPa調(diào)整到20psig供應(yīng)P+I控制器使用，根據(jù)設(shè)定的壓力要求及調(diào)壓器出口反饋管的壓力，P+I控制器通過其排氣口排氣進(jìn)一步調(diào)整氣體壓力，控制微流閥的開度。

從原理圖上看，改造主要分兩部分：氣動(dòng)控制部分(工藝設(shè)備部分)、電子控制部分(自控部分)。原主調(diào)壓器上的導(dǎo)閥利用做下限導(dǎo)閥。增加的設(shè)備主要有：機(jī)械式比例積分控制器(P+I控制器)、微流閥、上下限導(dǎo)閥(利用原導(dǎo)閥，增加上限導(dǎo)閥)、反饋管。電子控制部分改造包括：電纜導(dǎo)管的安裝、PLC模塊機(jī)柜的安裝、站內(nèi)P+I控制箱的安裝及SCADA界面的設(shè)計(jì)。

3　改造的實(shí)施

由于調(diào)壓站為已運(yùn)行站，停氣改造的時(shí)間有限，在實(shí)施過程中主要采取以下原則：(1)分步施工，站內(nèi)與站外施工結(jié)合，減少影響供氣的時(shí)間。(2)安全措施和應(yīng)急保障做到位。

3．1　改造的施工

電動(dòng)控制部分的施工對(duì)調(diào)壓站的供氣影響較小，在站控系統(tǒng)增加遙調(diào)程序的下載時(shí)對(duì)調(diào)度中心的監(jiān)控有一定的影響，通過派調(diào)壓站班組人原現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，即可保障安全。氣動(dòng)控制部分的施工采取站外組裝與站內(nèi)安裝結(jié)合的方式，先進(jìn)行P+I控制器箱及導(dǎo)閥箱的站外組裝，后進(jìn)行站內(nèi)的組裝，主要包括反饋管與調(diào)壓器、導(dǎo)閥箱、P+I控制器箱的連接。結(jié)合單路供氣分開改造，使影響供氣的施工時(shí)間大大縮短。

整個(gè)施工過程反饋管的連接采用卡套連接，不涉及到動(dòng)火，但為安全起見，在停氣施工時(shí)建議應(yīng)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，所以管路施工完成后按工作壓力的1.5倍進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，合格后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。

3．2　施工完成后的調(diào)試

施工完成后的調(diào)試很重要，它分功能性測(cè)試及實(shí)流調(diào)試，在功能性測(cè)試階段主要是對(duì)PLC編程的正確性、IP地址的正確性、通訊的正常性、上位SCADA系統(tǒng)的可操作性進(jìn)行測(cè)試。實(shí)流調(diào)試則側(cè)重在調(diào)壓的反應(yīng)速度、調(diào)壓變化的平滑性、各項(xiàng)功能的符合行、自跟蹤功能的吻合性進(jìn)行測(cè)試。

在施工和調(diào)試期間，調(diào)高相鄰的調(diào)壓站的出站壓力，作為應(yīng)急備用站，當(dāng)調(diào)試站出現(xiàn)異常影響到供氣時(shí)，備用站可增加供氣量并提高供氣壓力保證供氣需求。

4　改造后的效果

改造后可實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)自動(dòng)壓力跟蹤。設(shè)定壓力與系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤壓力的符合行很好，見圖5。(2)調(diào)度中心SCADA遠(yuǎn)程調(diào)壓功能。(3)PLC站控功能。(4)本地控制功能。(5)上下限調(diào)壓保護(hù)功能。

具備以上功能后，可達(dá)到如下使用效果：

(1)提高自動(dòng)化程度，節(jié)省人力成本。具備遠(yuǎn)程調(diào)壓后，日常運(yùn)行的壓力調(diào)整無須調(diào)壓搶修班組操作，使調(diào)壓搶修班組的工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到設(shè)備的維護(hù)及搶修上，而不是經(jīng)常性的壓力調(diào)整。

(2)操作簡(jiǎn)單，減少人為調(diào)壓錯(cuò)誤造成的壓力波動(dòng)。只需通過現(xiàn)場(chǎng)P+I控制器上的指針撥到需要壓力值或在站控系統(tǒng)上設(shè)定，氣動(dòng)控制系統(tǒng)即以平緩的變化調(diào)整主調(diào)壓器的出口壓力達(dá)到需要值，避免了以前由于扳手旋轉(zhuǎn)螺絲過快造成的誤操作。

(3)壓力自動(dòng)跟蹤功能減輕調(diào)度中心日常調(diào)壓的工作量。當(dāng)在較長一個(gè)時(shí)期，每天的壓力調(diào)整基本相同的情況下無須調(diào)度中心每時(shí)段去調(diào)整，只需將各時(shí)段所需調(diào)整的壓力參數(shù)下載到PLC，設(shè)備即可自動(dòng)按預(yù)設(shè)曲線運(yùn)行。每天不同時(shí)段合理設(shè)定壓力，使調(diào)壓站的供氣量在設(shè)備運(yùn)行工況較好的量程范圍內(nèi)，延長設(shè)備的使用壽命。

(4)撤銷下限壓力保護(hù)，通過遠(yuǎn)程降壓關(guān)閉調(diào)壓站功能有利于事故狀態(tài)下的應(yīng)急搶修。

5　結(jié)論

通過以上的論述，可以得到以下結(jié)論：

(1)壓力遙調(diào)對(duì)無人值守站有重要的意義，是以后燃?xì)庾詣?dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

(2)采用本文中介紹的調(diào)壓站的遙調(diào)方式，調(diào)壓過程平滑變化，對(duì)下游用戶不造成影響，同時(shí)具有上下限壓力保護(hù)功能，適合城市內(nèi)無人值守站的使用。

(3)自動(dòng)壓力跟蹤功能減少了遠(yuǎn)程監(jiān)控人員的工作量，對(duì)中壓管網(wǎng)調(diào)峰有很大的意義，并優(yōu)化了設(shè)備的運(yùn)行工況。

本文作者：黎珍　呂志軍

作者單位：深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司