天然气场站智能化转型的探究

天然气场站智能化转型的探究

翟立军,欧阳彬,孙泽军,赵亚峰,黄浩飞,王天柱,刘彦飞,蒋小龙

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2.身份证号码:130982198110187515

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  摘要：随着经济的发展和城市化进程的推进，能源结构也在不断调整。各种生产和生活过程中天然气的消耗量越来越大。天然气的需求量不断增加，应用范围也在不断扩大。这使得天然气的输送和调配变得更加困难。依靠传统的部署方式很难满足日益增长的应用需求。由于缺乏先进的技术手段收集和更新数据，企业在修复决策时不能快速确定故障点和故障范围。国家对能源行业提出了很高的要求，建议与其他高科技领域相结合，实现可视化状态下的交流、讨论、决策，提高场站的安全性和运行效率。

  关键词：天然气场站；电气自动化设备；可靠性

  前言

  为了更好地适应经济社会发展和城镇化建设的要求，能源结构不断调整，人们生产生活中的天然气资源消耗呈逐年上升趋势，天然气的应用范围也大大扩大。在这种情况下，天然气资源的输送和分配工作难度加大，传统的分配方式难以达到预期效果，因此各站需要积极改革输送和分配方式。如果大型台站能够集成自动化、大数据、远程通信等高新技术，并与天然气输配控制系统对接，就可以实现自动故障诊断、需求分析、远程控制等功能。建立完善的管网监测和数据采集系统，可为天然气的智能输送和分配提供可靠的技术支持。

  1.传统生产管理模式的缺陷

  过去对天然气站采取的生产管理模式，基本上是依靠个人承担气井、集气站和处理厂的生产管理任务。例如，气井的生产数据信息采用人工检查的方式采集;集气站的作业活动以职工站的形式进行管理，主要通过工管站生产区设备进行，但人工操作模式难以及时发现站内设备故障，无法实现自动化管理控制。这种传统管理模式的实施阶段不仅耗费大量的人力物力，而且缺乏时效性。从安全、环保和应急救援的角度来看，都存在一定的隐患。

  2.天然气站智能控制的要求及组成

  2.1要求

  在信息技术不断发展的背景下，天然气资源在相关行业的应用不断增多，相关技术不断提高。为了更好地满足广大用户日益增长的实际需求，必须加大智能控制系统的开发、改进和提高。我们可以把智能控制系统看作是一种新的场站智能控制系统，它是在SCADA系统的基础上设计开发的。内置硬件非常完善，具有强大的功能开发和系统集成能力。站内传统SCADA系统在应用阶段的功能主要是采集温度、压力、流量等数据信息。超限时会播放报警信号，控制功能相对较少。新型智能控制包含了SCADA系统的功能，利用开发链式控制、压力远程控制、区域优先管理、数据集成、智能计量等诸多功能，实现了场站管理的智能化。智能控制系统具有以下特点：1摆脱人员、时间、气候、地域、距离等客观因素的制约;2当网络通信状态正常时，结合天然气实际输送调度要求，只需几秒钟即可调整方案;3调度中心可快速向远程控制系统发送电压或流量指令。系统接到命令后，可迅速做出判断，并参照场站的实际工况快速调整压力或流量指标;4调压系统利用传感器快速、全面地采集站内系统运行参数，并基于远程通信流程快速传输到调度中心，为中心进行重大决策提供可靠的数据支持。

  2.2基本构成

  顺序控制系统是智能控制系统的主要组成部分，系统的功能主要是执行站内的控制和协调任务。在调压过程中，设计了监控调压器和电动调节阀，并安装了运行状态稳定的压力、温度、流量等方面的分析仪表，与SCADA系统相关联，实现远程智能控制。借助这一新系统，加油站的控制可分为以下三个层次。①地面控制等级：在天然气站内安装单个设备或子系统模块，实现就地独立控制。②场站控制等级：其功能主要是动态采集站内设备的运行参数、运行状态等数据，实现运行监视控制和联锁保护，并在远传系统和调度中心的协助下完成本地数据交互。③调度控制中心级：利用该中心实现了对整个现场和所有线路的实时监控、调度和优化运行。

  3.智能控制的实际应用

  3.1无人值守

  智能控制系统的最大功能是实现天然气站的自动化和智能化管理。从场站设备的开启和运行出发，以远程通信的形式导出启动命令，实现场站生产模式的自动启动，然后快速投入运行。在站内业务运行阶段，站控远程终端设备系统可以实现全天24小时的智能监控，管理和控制站内生产设备的运行。承担的任务主要是采集工况信息、检测电网状态、故障异常报警、智能放电、电压电流调节过程控制。在常规工作场景下，为了更好地维护天然气站的运行安全，操作人员可以通过相应的站控RTU系统传达“正常闭站”指令，该站将正常闭站并自动退出站内运行模式。智能联锁控制功能主要包括超压开断停机、泄漏开断停机、低温换热联动等，也为天然气站的安全稳定运行做出了巨大贡献。整体分析智能控制系统在硬件配置、控制功能和安全性方面满足无人值守智能化的要求。通过采用三级控制对气井、集气站、处理中心进行管理，借助气井实时或定时图像采集、集气站视频动态跟踪、生产区死角视频记录和处理厂集中控制，实现了“井→站→厂”三级监控，科学规划了各工段控制权限，并实现了分步监控、分级管理、立体操作。

  3.2高精度调压调流

  过去，在调节燃气调压站的压力时，通常是通过调整和设置自立式调压器的一些运行参数来实现的。企业需要派高压操作人员到调压站，在专业工具的协助下调度调压指挥员，然后执行调压定值的任务。上述传统调控方法的操作过程复杂，需要投入大量的人力物力，时间成本会很高，对工作人员调压操作的技术能力和实践经验提出了更高的要求。在每天需要多次调整站压设定值的工况下，操作人员的工作压力明显增大，导致疲劳，行为可能出现错误。此外，传统的压力调节方法在管道压力的调节时间上表现出明显的滞后性和响应不灵敏性，难以实现管道压力的动态跟踪调节。

  在智能调压系统的应用阶段，采用监控调压器和电动调节阀共同设计调压工艺区。当天然气站正常运行时，可以通过调节调节阀的开度来控制站内的压力和流量。远程电压调节与流量控制系统是电压调节与流量调节过程实现的重要基础。操作过程非常简单。操作人员只需将压力或流量值输入上位监控系统。快速响应、精确控制的特点是实现智能调峰、科学供气等功能的重要基础。它弥补了传统调压时滞的不足，可以保证天然气企业业务操作过程的安全，全面提高供气质量。

  3.3智能互差两种交替算法

  压力调节流量控制可以看作是在调节阀的背面组装压力变送器。如果实际管理的对象是大型天然气站的压力调节系统，为了使压力调节系统运行过程的安全性和稳定性得到更大的保证，通常在压力调节管路调节阀的背面安装三个压力变送器，并采用三选两种方式选择合适的压力调节控制参数。选择中间测压作为控制参数。在三个压力变送器的压力值差之后，放弃变送器的压力值与压力值的最大偏差，对于其余两个压力变送器，取中间测压作为控制参数。通过执行上述工艺设计过程和算法，可以使车间内的生产设备控制参数更加准确可靠，大大提高了远程压力调节和流量调节的效率。

  3.4设备管理

  在设计开发智能系统时，将站内所有仪表、电力设备和阴极保护设备集成到监控系统中，实现对运行状态的全面管理和全面监控。例如，场外电力设备、自发电系统、阴极保护设备的状态及相关参数，通过智能监控上述设备的运行状态，帮助调度员制定更加科学的调度和维护计划，进一步提高站运行的安全性。智能控制系统还具有信息共享功能，应用智能信息共享平台，提高办公效率。信息共享实现了天然气站生产和管理之间的“零距离”，大大改善了员工的办公环境，从而提高了工作效率。

  结束语

  近年来，该智能控制系统在国内许多地区的天然气站管理实践中得到了应用，取得的成绩十分可喜，也达到了设计目标。场站智能化水平有了“质”的突破。大多数操作人员足不出户调度室就能远程完成站场工艺区生产管理任务，保证了调压操作的针对性，实现了管网供气过程的均衡性，显著缓解了操作人员的工作压力，智能控制效果得到了广大用户的一致肯定。相信在未来，会打开更大的发展空间。

  参考文献 

[1]张赣润.天然气场站电气自动化设备安全运行策略探究[J].化工管理，2020，000（005）：69-70.

[2]赵现英，张振伟.浅谈天然气场站电气自动化设备安全运行的对策[J].数字化用户，2019，025（009）：160.

[3]周志敏，孙晓波.浅析电气设备可靠性设计[J].电气开关，2010（4）.