CNG 混空氣摻混馳放氣工藝中自控技術(shù)的應(yīng)用

高 娜

本市管道煤氣是利用回收化肥廠合成氨馳放氣作為城市氣源，隨著市區(qū)煤氣用戶的不斷增加，用氣缺口很大，為解決氣源供應(yīng)問題，經(jīng)過與中國市政工程華北設(shè)計院充分論證、綜合比較，本著結(jié)合實際、兼顧長遠(yuǎn)的原則，實施利用CNG摻混空氣后再與原有馳放氣摻混方案，作為城市補充過渡氣源。為保證壓縮煤層氣釋放及摻混的安全穩(wěn)定運行，配套建設(shè)一套完整的自動化儀表及數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提高整個工藝流程的安全性、準(zhǔn)確性和方便性。

1 自控系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)分為CNG摻混空氣和馳放氣與CNG混空氣摻混兩部分。

1)CNG摻混空氣。充滿壓縮天然氣(CNG)的撬車通過高壓軟管與減壓釋放裝置連接，通過高壓管路，CNG(20 MPa)進(jìn)入減壓釋放裝置，先經(jīng)過一級換熱器進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到60℃，加熱后的CNG經(jīng)過一級調(diào)壓裝置，將CNG壓力調(diào)至1.6 MPa，此時CNG溫度降至5℃左右，再進(jìn)入二級換熱器進(jìn)行加熱，把CNG加熱至15℃，加熱后的CNG經(jīng)二級調(diào)壓至1 MPa～1.2 MPa，溫度為5℃以上。此過程通過可編程控制器PLC控制一級調(diào)壓閥開度，從而實現(xiàn)控制流量及壓力要求。最后經(jīng)過增熱減壓(二次換熱、二次減壓)的CNG通過文丘里引射裝置與空氣相混合，摻混成CNG混空氣，混空氣壓力為0.03 MPa～0.05 MPa，文丘里引射裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸大小基本是固定不變的，混合比例也是基本穩(wěn)定的，為 CNG∶空氣 =0.583∶0.417，整個過程通過 PLC 對調(diào)壓裝置和其他輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制、顯示、記錄，可全自動運行。

2)CNG混合空氣摻混馳放氣。CNG混空氣摻混馳放氣采用等壓靜態(tài)混合器混合，即將CNG混空氣和馳放氣經(jīng)調(diào)壓至相同壓力0.03 MPa～0.05 MPa，計量后，通過靜態(tài)混合器進(jìn)行混合，摻混過程通過PLC系統(tǒng)控制氣動閥開度來實現(xiàn)按比例混合均勻。

2 主要設(shè)備及監(jiān)控參數(shù)

2.1 主要設(shè)備

在此工藝流程中，最關(guān)鍵設(shè)備是減壓釋放裝置中的第一級調(diào)壓器和控制馳放氣與CNG比例的氣動調(diào)節(jié)閥，這兩處設(shè)備全部選用自帶安全切斷的氣動調(diào)節(jié)閥。它在無氣、無電的情況下，可手動調(diào)壓;在有氣(儀表風(fēng))、有電的情況下，可控制進(jìn)氣量控制調(diào)壓閥開啟達(dá)到調(diào)壓和控制流量的目的，流量范圍可從0到滿量程，既可在小流量工作，也可在大流量工作?？筛鶕?jù)出口壓力自動打開和關(guān)閉，也可根據(jù)出口壓力要求PLC(置于控制室操作臺內(nèi))自動調(diào)節(jié)調(diào)壓閥開啟，達(dá)到調(diào)壓目的。

壓力變送器PT與壓力開關(guān)PS，同時測量同一點壓力信號，一個遠(yuǎn)傳，一個就地，保證測量準(zhǔn)確和可靠。

選用智能渦輪流量計，該表內(nèi)置溫度、壓力傳感器，自帶溫壓補償，將工況流量直接轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)流量。

2.2 主要監(jiān)控內(nèi)容

入口壓力、第一級調(diào)壓后壓力、第二級調(diào)壓后壓力;出口壓力、出口天然氣溫度;第二級調(diào)壓后的壓力開關(guān)、出口壓力開關(guān)狀態(tài);報警情況;控制第一級調(diào)壓閥的調(diào)壓過程;控制入口系統(tǒng)切斷閥、第一級調(diào)壓閥的開關(guān);控制各路的啟停;入混合器CNG混空氣壓力、流量;入混合氣馳放氣壓力、流量;混合氣出口調(diào)壓后壓力。

現(xiàn)場所有模擬量及數(shù)字量參數(shù)全部遠(yuǎn)傳至控制室PLC內(nèi)，在控制室內(nèi)可監(jiān)視控制整個調(diào)壓摻混過程，PLC對各類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，記錄，并輸出用于控制站內(nèi)設(shè)備啟停的控制信號，人工操作少，可做到無人堅守。

3 自動系統(tǒng)主要功能

3.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸功能

采集站內(nèi)工藝運行參數(shù)。

3.2 控制功能

全站的啟動、停止控制，包括ESD緊急停車;減壓釋放裝置、混氣裝置、熱水鍋爐等設(shè)備的安全運行監(jiān)護(hù);工藝參數(shù)自動調(diào)節(jié)控制;壓力、溫度等參數(shù)超限報警及取鎖保護(hù)控制。

3.3 顯示功能

動態(tài)流程顯示(包括實時運行參數(shù)及設(shè)備狀態(tài));運行參數(shù)的動態(tài)顯示，參數(shù)的實時歷史趨勢圖顯示;報警畫面顯示。

3.4 打印功能

報表打印;故障記錄打印。

3.5 其他功能

站內(nèi)數(shù)據(jù)管理;自診斷自恢復(fù);控制數(shù)限及訪問數(shù)限的限定;數(shù)據(jù)的安全處理功能。

4 系統(tǒng)特點

4.1 專用性

本控制系統(tǒng)專用于壓縮天然氣調(diào)壓站的監(jiān)測和控制，由常規(guī)儀表顯示系統(tǒng)和可編程控制器(PLC采集控制)組成，采用西門子PLC對全過程進(jìn)行監(jiān)控，整套設(shè)備可全自動、半自動和手動控制，可根據(jù)入口、出口壓力設(shè)定范圍分別自動啟停，根據(jù)出口壓力或流量自動啟停運行。

4.2 安全性

由于壓縮天然氣調(diào)壓裝置工作壓力高，且壓力變化范圍寬，因此，不僅要求調(diào)壓設(shè)備的安全性，也在自控系統(tǒng)上采取冗余測量并設(shè)計多重自保聯(lián)鎖控制，以保證系統(tǒng)安全運行。對于第二級調(diào)壓出口壓力，由壓力變送器PT和壓力開關(guān)PS同時測量，PT信號進(jìn)入PLC軟聯(lián)鎖，PS信號在裝置內(nèi)就地硬聯(lián)鎖，相互獨立的安全聯(lián)鎖控制在第一級調(diào)壓閥關(guān)閉時，停止該路工作，同時自動啟動備用路，正常供氣。

5 結(jié)語

該項目采用CNG、馳放氣、空氣三種氣體進(jìn)行混合，這三種氣體氣質(zhì)差別大，壓力變化范圍寬，自控系統(tǒng)的實施，成功地實現(xiàn)了各氣源摻混比例的精確和自動調(diào)節(jié)，保證CNG釋放及混氣的正常運行、降低能耗、提高勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件，同時加強生產(chǎn)管理、保證安全生產(chǎn)，從而取得較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

[1]過程控制技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社，2005.

[2]咸慶信，類延法.PLC技術(shù)與應(yīng)用——專業(yè)技能入門與精通[M].北京:機械工業(yè)出版社，2001.

[3]GB 50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范[S].