微流遙調(diào)技術(shù)在城市燃?xì)庹{(diào)壓站中的應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了微流遙調(diào)系統(tǒng)的工作原理、功能特點(diǎn)，并與其他遙調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明微流遙調(diào)系統(tǒng)在燃?xì)庹{(diào)壓站中應(yīng)用具有很好的遠(yuǎn)程調(diào)壓性能，給城市燃?xì)庹{(diào)度管理帶來(lái)極大的方便
摘要：介紹了微流遙調(diào)系統(tǒng)的工作原理、功能特點(diǎn)，并與其他遙調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明微流遙調(diào)系統(tǒng)在燃?xì)庹{(diào)壓站中應(yīng)用具有很好的遠(yuǎn)程調(diào)壓性能，給城市燃?xì)庹{(diào)度管理帶來(lái)極大的方便。
關(guān)鍵詞：微流遙調(diào)；CS遙調(diào)系統(tǒng)；SCADA系統(tǒng)；調(diào)壓站
1 概述
    燃?xì)庹{(diào)壓站是城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的重要組成部分，燃?xì)庹{(diào)壓站的運(yùn)行是否正常直接影響到城市燃?xì)獾陌踩€(wěn)定運(yùn)行[1]。目前，深圳市運(yùn)行的燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)包括設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa的次高壓和0.2MPa的中壓管網(wǎng)，燃?xì)庹{(diào)壓站主要包括門(mén)站2座、次高壓-中壓調(diào)壓站19座。從運(yùn)行情況來(lái)看，由于下游用戶數(shù)量發(fā)展快速以及用戶用氣量波動(dòng)較大，容易出現(xiàn)用氣高峰時(shí)段超出設(shè)計(jì)流量和用氣低峰時(shí)段影響流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度等問(wèn)題，需要經(jīng)常人工調(diào)整調(diào)壓器出口壓力。這不僅增加了操作人員的工作量和人力成本，而且在緊急狀況下，人員不能及時(shí)到達(dá)存在很大的安全隱患。再者，隨著城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的規(guī)模持續(xù)發(fā)展，人工操控調(diào)壓站也無(wú)法實(shí)現(xiàn)輸配管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行。
    為了更好地優(yōu)化城市燃?xì)庹{(diào)度管理，深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)在國(guó)內(nèi)率先采用微流遙調(diào)技術(shù)應(yīng)用于城市燃?xì)獯胃邏?中壓調(diào)壓站。本文主要從微流遙調(diào)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)、應(yīng)用效果等方面進(jìn)行介紹和分析，為城市燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)代化調(diào)度管理提供寶貴技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
2 微流遙調(diào)系統(tǒng)
    微流遙調(diào)系統(tǒng)是由調(diào)度中心SCADA調(diào)壓子系統(tǒng)、PLC站控調(diào)壓系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)壓控制系統(tǒng)3部分組成，操作人員可以在上述3系統(tǒng)上對(duì)遙調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行操作。
2.1 工作原理
   微流遙調(diào)系統(tǒng)主要包括微流閥、P&I控制器、PLC、SCADA遙調(diào)界面和上、下限導(dǎo)閥等設(shè)備。該系統(tǒng)應(yīng)用了機(jī)械式的比例一積分控制器(簡(jiǎn)稱P&I控制器)，其自帶自動(dòng)調(diào)節(jié)功能控制微流閥開(kāi)關(guān)，從而控制工作調(diào)壓器的出口壓力，如圖1。

    當(dāng)控制器在本控(Local)位置時(shí)，控制器確定調(diào)壓器出口壓力的指針停于什么位置，其控制器的自動(dòng)控制功能自動(dòng)調(diào)節(jié)至指定出口壓力，其原理是控制器內(nèi)的機(jī)械式的比例-積分功能自動(dòng)操作，計(jì)算指針與出口壓力反饋指針的誤差，自動(dòng)輸出0-15psig壓力至微流閥(零壓時(shí)微流閥為全關(guān)，3psig為剛開(kāi)啟，15psig微流閥為全開(kāi))，最終使出口壓力反饋指針與確定指針對(duì)齊一致。當(dāng)然控制器內(nèi)的比例-積分參數(shù)可以應(yīng)不同的調(diào)壓系統(tǒng)管路做出簡(jiǎn)單調(diào)校，選擇出一個(gè)參數(shù)值使得調(diào)壓系統(tǒng)的出口壓力最為穩(wěn)定。當(dāng)控制器在遙控(Remote)位置時(shí)，指針跟隨儀表間PLC輸出的4-20mA控制信號(hào)而改變確定指針的位置，從而令出口壓力跟隨PLC的編程調(diào)壓曲線而改變。
2.2 功能特點(diǎn)
    該系統(tǒng)包括自動(dòng)壓力跟蹤、遙調(diào)功能、PLC站控、本地控制和上、下限壓力保護(hù)等功能。
 

    遙調(diào)壓力模式、PLC站控調(diào)壓模式和自動(dòng)壓力跟蹤模式操作程序如圖2，權(quán)限優(yōu)先順序?yàn)椋赫究啬Ｊ剑具b調(diào)壓力模式＞自動(dòng)壓力跟蹤模式，即當(dāng)處于PLC站控模式時(shí)，遠(yuǎn)程調(diào)壓操作和自動(dòng)壓力跟蹤功能都將失效；當(dāng)處于遠(yuǎn)程調(diào)壓模式時(shí)，不可進(jìn)行PLC站控調(diào)壓，否則遠(yuǎn)程調(diào)壓功能失效；當(dāng)處于自動(dòng)壓力跟蹤模式時(shí)，其他兩種功能操作都不可進(jìn)行，任何一種操作都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)壓力跟蹤功能失效。
    (1) 自動(dòng)壓力跟蹤模式
    站控人員在PLC上設(shè)定24小時(shí)的調(diào)壓站出站壓力曲線，如圖3所示，PLC按時(shí)間把出口壓力傳送到P&I控制器，P&I控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)微流閥開(kāi)度，從而使調(diào)壓站出口壓力控制在新設(shè)定值，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)即可按照預(yù)先設(shè)定的壓力曲線進(jìn)行調(diào)壓。
 

    該功能可以預(yù)輸入最多4條壓力曲線，在不同的季節(jié)或者時(shí)間段選擇不同的壓力自動(dòng)跟蹤曲線。
    (2) SCADA遠(yuǎn)程調(diào)壓模式
    調(diào)度員啟動(dòng)SCADA壓力遙調(diào)功能，如圖4，在SCADA接口界面設(shè)定調(diào)壓站的出口壓力，SCADA把設(shè)定出口壓力傳送至站控PLC。然后，PLC把設(shè)定的壓力傳至P&I控制器，最后P&I通過(guò)改變微流閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)壓力。
 

    該功能是遙調(diào)系統(tǒng)最重要功能之一，調(diào)度員通過(guò)SCADA系統(tǒng)操作可以改變管網(wǎng)壓力及調(diào)壓站的操作。
    (3) PLC站控功能模式
    站控人員可在PLC上設(shè)定調(diào)壓站的出口壓力，PLC把設(shè)定出口壓力傳至P&I控制器，P&I通過(guò)改變微流閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)壓力。該功能主要是為了日常運(yùn)行維護(hù)以及調(diào)試PLC的設(shè)定。
    (4) 本控功能模式
    在遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，場(chǎng)站人員在P&L控制器上可直接對(duì)調(diào)壓站出口壓力進(jìn)行設(shè)置。
    (5) 上、下限壓力保護(hù)
    微流遙調(diào)系統(tǒng)通過(guò)增設(shè)壓力上、下限導(dǎo)閥，加強(qiáng)運(yùn)行的可靠性，以防止出現(xiàn)誤操作或者設(shè)備故障導(dǎo)致下游壓力過(guò)高或者過(guò)低的現(xiàn)象。
3 遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)比較
    目前，在國(guó)內(nèi)城市燃?xì)馄髽I(yè)中使用遠(yuǎn)程調(diào)壓技術(shù)的較少，只有部分城市燃?xì)馄髽I(yè)在城市門(mén)站中使用遠(yuǎn)程調(diào)壓。國(guó)內(nèi)常用的遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)主要有電動(dòng)壓力遙調(diào)系統(tǒng)和氣動(dòng)(CS)壓力遙調(diào)系統(tǒng)。
    (1) 電動(dòng)壓力遙調(diào)
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接控制方案，如圖5，即在指揮器的調(diào)節(jié)螺桿上安裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，模擬人工手動(dòng)調(diào)節(jié)指揮器的調(diào)節(jié)螺桿產(chǎn)生的動(dòng)作，即可達(dá)到遙控設(shè)定調(diào)壓器的出口壓力值[2]。
 

    優(yōu)點(diǎn)：a.系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，不需氣包， 占地面積較小。b.不需氣體介質(zhì)，漏點(diǎn)少。c.壓力可調(diào)范圍寬。
    缺點(diǎn)：a.機(jī)械磨損大，容易造成機(jī)械故障和調(diào)節(jié)精度下降；維護(hù)量較大，維修成本較高。b.完全的機(jī)械作用，不適合連續(xù)的頻繁調(diào)節(jié)。C.控制電機(jī)的安全性要求較高，如果電機(jī)出現(xiàn)故障，可能引起失調(diào)或超調(diào)，甚至?xí)鹜獾葒?yán)重后果。d.1套電動(dòng)調(diào)壓裝置只能控制1臺(tái)調(diào)壓器工作[3]。
    (2) 氣動(dòng)(CS)壓力遙調(diào)
    CS壓力遙調(diào)通過(guò)導(dǎo)壓管引入外部壓力，通過(guò)控制一個(gè)氣包的進(jìn)、出口電磁閥來(lái)調(diào)節(jié)氣包內(nèi)的壓力，進(jìn)而可以控制指揮器噴嘴噴出的燃?xì)鈮毫?，最終控制調(diào)壓器的出口壓力，如圖6[2]。
 

    優(yōu)點(diǎn)：a.既適合連續(xù)的頻繁調(diào)節(jié)，也適合間歇調(diào)節(jié)。b.1套氣動(dòng)調(diào)壓裝置可同時(shí)控制2～3臺(tái)調(diào)壓器。c.進(jìn)氣安全閥和出氣安全閥可有效保障CS系統(tǒng)氣包在壓力允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)正常工作。e.無(wú)須停氣改造。
    缺點(diǎn)：a.受到CS系統(tǒng)氣包的壓力限制，壓力可調(diào)范圍較窄；b.需設(shè)置氣包，占地面積較大。c.需引介質(zhì)氣體，系統(tǒng)組成部件較多，漏點(diǎn)也相對(duì)較多；d、調(diào)壓精度相對(duì)較低[3]。
    (3) 微流壓力遙調(diào)
    優(yōu)點(diǎn)：a.響應(yīng)速度快；b.調(diào)壓精度高；C.安全可靠性好；d.調(diào)壓范圍寬；e.一臺(tái)P&I控制器可以同時(shí)控制多臺(tái)調(diào)壓路。
    缺點(diǎn)：a.需要停氣作業(yè)，設(shè)備安裝需要1～2周時(shí)間；b.在門(mén)站中應(yīng)用，調(diào)壓響應(yīng)速度快可能會(huì)導(dǎo)致上游過(guò)流量閥切斷。
    評(píng)價(jià)一個(gè)壓力遙調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)劣，應(yīng)該要考慮整體系統(tǒng)的安全可靠性，自動(dòng)調(diào)節(jié)、響應(yīng)速度、升降壓梯幅度和調(diào)壓系統(tǒng)精度，以及系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)站日常自動(dòng)壓力調(diào)壓功能、調(diào)度中心遙調(diào)場(chǎng)站輸配網(wǎng)絡(luò)之供求調(diào)度、輸配網(wǎng)絡(luò)危急搶險(xiǎn)之應(yīng)用及工作人員現(xiàn)場(chǎng)操作應(yīng)用等。從上述三種遙調(diào)方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比來(lái)看，微流遙調(diào)系統(tǒng)由于其調(diào)壓精度高、調(diào)壓響應(yīng)速度快，在城市燃?xì)獯胃邏?中壓、中-低壓調(diào)壓站中應(yīng)用較好。
4 微流遙調(diào)應(yīng)用
    微流遙調(diào)系統(tǒng)在深圳市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中主要應(yīng)用在次高壓-中壓調(diào)壓站中，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
4.1 升壓或者降壓
    深圳市燃?xì)夤芫W(wǎng)目前主要有次高壓和中壓管網(wǎng)，居民和工業(yè)用戶均由中壓管網(wǎng)供氣。調(diào)度中心在SCADA上對(duì)次高壓-中壓調(diào)壓站進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)壓，當(dāng)用氣處于波峰時(shí)，提高調(diào)壓站出口壓力；當(dāng)用氣處于波谷時(shí)，降低調(diào)壓站出口壓力；通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)壓有效的解決用氣供需矛盾，提高區(qū)域用氣的安全性。
4.2 流量分配
    流量分配主要是指通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)次高壓.中壓調(diào)壓站出口壓力，使得各調(diào)壓站流量保持平衡，避免某些調(diào)壓站流量過(guò)大超過(guò)設(shè)計(jì)流量，或者流量太小低于流量計(jì)最低計(jì)量流量，給管網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。
    目前深圳市中壓管網(wǎng)已經(jīng)連成一張網(wǎng)，運(yùn)用管網(wǎng)仿真和實(shí)際測(cè)試，確定各季節(jié)時(shí)段調(diào)壓站出口壓力。在調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)上使用遙調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)壓力跟蹤模式或遠(yuǎn)程調(diào)壓模式可以保證各調(diào)壓站流量均勻分配，保證管網(wǎng)安全穩(wěn)定供氣。
4.3 緊急處置
    當(dāng)遇到臺(tái)風(fēng)、洪水、地震等，或天然氣管網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)重大異常時(shí)需要關(guān)閉調(diào)壓站的，根據(jù)不同的工況，可以采取不同的緊急處置措施[4]。處置措施通常包括緊急切斷和最優(yōu)修復(fù)，緊急切斷一般采用解除下限設(shè)置功能關(guān)閉調(diào)壓器，其切斷指令的下達(dá)可利用現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5 結(jié)論
    本文對(duì)微流遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析介紹，并與其他遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行比較，主要得出以下結(jié)論：
    微流遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)壓速度快、調(diào)壓精度高，在城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)調(diào)壓站應(yīng)用具有很好的效果，不僅可以優(yōu)化調(diào)度管理，而且可以對(duì)企業(yè)節(jié)省人力成本。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：霍小亮 卓凡 陳珩 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 廣東深圳 518055)