天然氣管道壓縮機遠程控制技術(shù)

李星星，陳翠翠

（1.中國石油西部管道公司生產(chǎn)運行處，新疆烏魯木齊830013;2.中國石油西部管道公司塔里木輸油氣分公司，新疆庫爾勒841000）

天然氣管道壓縮機遠程控制技術(shù)

李星星1，陳翠翠2

（1.中國石油西部管道公司生產(chǎn)運行處，新疆烏魯木齊830013;2.中國石油西部管道公司塔里木輸油氣分公司，新疆庫爾勒841000）

概述了長輸天然氣管道壓縮機遠程控制技術(shù)的重要性，確定了遠程控制的通訊架構(gòu)，著重描述了技術(shù)改造的重點內(nèi)容，詳細介紹了壓縮機負荷分配的控制方式；結(jié)合西氣東輸一線、二線（西段）積累的運行經(jīng)驗，提出了遠程控制運行中的建議措施。

壓縮機；遠程控制；調(diào)控中心；負荷分配；SCADA系統(tǒng)

1 引言

長輸天然氣管道壓縮機的功能是給天然氣增壓以維持所要求的輸氣流量，操作控制方式分為遠程控制和就地控制。因為設備、控制邏輯等因素，目前大部分站場仍采用中心調(diào)度下令，現(xiàn)場人員就地操作的落后調(diào)控模式，造成管道現(xiàn)場需配置大量的人力用于管道的監(jiān)視與操作。此外，天然氣長輸管道建設步伐的加快，管道新增的天然氣壓縮機數(shù)量越來越多，為了滿足天然氣資源優(yōu)化調(diào)配，調(diào)控中心需要經(jīng)常對各條管線輸氣量進行調(diào)整，工作量龐大，對于實現(xiàn)壓縮機的遠控功能具有非常強烈的需求。

2 實現(xiàn)管道壓縮機遠程控制通訊架構(gòu)

第1種途徑，利用現(xiàn)有壓縮機控制系統(tǒng)與站控SCADA的通訊協(xié)議及PLC間硬線連接方式，將壓縮機數(shù)據(jù)變量傳輸給站控SCADA系統(tǒng)，站控通過與調(diào)控中心前期配置的通訊路由，將壓縮機控制權(quán)交給調(diào)控中心；

第2種途徑，通過壓縮機設備級網(wǎng)絡，配置獨立的通訊路由，在調(diào)控中心加裝壓縮機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給各壓氣站所轄的壓縮機配置遠程監(jiān)控終端、工程師維護站，可實現(xiàn)壓縮機遠程HMI監(jiān)控、控制系統(tǒng)的診斷維護等功能。

管道調(diào)控遵循安全、平穩(wěn)、高效的原則，在壓縮機遠程操作前，要判斷站場工藝及附屬設備是否滿足條件，考慮到站場工藝、附屬設備監(jiān)控已在現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)，并基于調(diào)控中心只下發(fā)啟停命令和管網(wǎng)壓力設定操作，不需要大量壓縮機數(shù)據(jù)，壓縮機遠程控制選擇第1種途徑。

3 管道壓縮機遠程控制改造

壓縮機遠程控制改造主要分為3部分：壓縮機負荷分配功能投用；站控原有SCADA系統(tǒng)改造；調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)配置。

3.1 壓縮機負荷分配控制技術(shù)

要進行壓縮機遠程控制，首先要實現(xiàn)壓縮機負荷分配功能的投用，通過調(diào)控中心下發(fā)管網(wǎng)壓力設定值，壓縮機負荷分配系統(tǒng)自動調(diào)整各臺機組的負荷輸出，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動控制。目前負荷分配投用有等轉(zhuǎn)速、等流量、操作點與喘振線等距離（線性比例）3種方式：

（1）西氣東輸一線、二線RR壓縮機負荷分配采用等轉(zhuǎn)速和喘振裕度交叉控制。改造過程中，硬件上未設置獨立的負荷分配控制器，在每臺機組UCP和PCS控制器內(nèi)寫入負荷分配控制邏輯。在RR壓縮機轉(zhuǎn)速大于3050 r/min，防喘閥關閉時，負荷分配功能起作用。當多臺機組喘振裕度在依3之內(nèi)，等轉(zhuǎn)速控制負荷分配輸出，通過計算管網(wǎng)壓力與其設定點的偏差，比例-積分-微分響應，解耦出轉(zhuǎn)速控制信號，調(diào)節(jié)壓縮機負荷輸出；當多臺機組喘振裕度超出依3，喘振裕度差控制負荷分配輸出，按照定比率對當前轉(zhuǎn)速進行遞減或遞增。最終實現(xiàn)管網(wǎng)壓力達到設定目標，理想條件下，多臺機組的轉(zhuǎn)速、喘振裕度相等。

（2）西氣東輸一線、二線GE壓縮機負荷分配采用等流量控制。改造過程中，西一線GE壓縮機硬件上未設置獨立的負荷分配控制器；西二線GE壓縮機利用原有獨立的負荷分配控制柜，對控制參數(shù)進行修改調(diào)試。負荷分配控制器計算出管網(wǎng)壓力與其設定點的偏差，通過比例-積分響應，解耦出流量負荷控制值。各臺機組根據(jù)壓縮機入口流量差壓信號、防喘閥閥位控制信號，耦合出當前運行的流量負荷值。將流量負荷控制值與實際運行流量負荷做差法運算，輸出升、降指令。在調(diào)整壓縮機轉(zhuǎn)速時，當運行工作點遠離喘振控制線時，降速指令執(zhí)行壓縮機降速，升速指令執(zhí)行壓縮機升速和防喘閥關閥命令；當運行工作點靠近喘振控制線時，升速指令執(zhí)行壓縮機升速，減速指令執(zhí)行壓縮機降速和防喘閥開發(fā)命令。GE壓縮機負荷分配控制過程，交叉了壓縮機防喘振控制的計算。通過對壓縮機轉(zhuǎn)速、防喘閥的調(diào)整，多臺機組達到流量負荷量的平衡，最終實現(xiàn)管網(wǎng)壓力達到設定目標。

（3）對于不同廠商、不同機型的壓縮機，在壓縮機負荷分配投用后，要求多臺機組的出功相同，確保運行效率最優(yōu)，負荷分配方式要選擇操作點與喘振線等距離（線性比例）控制，并獨立設置負荷分配控制器。根據(jù)壓縮機的工作性能曲線（見圖1），結(jié)合運行工作點，量化出每臺壓縮機的負荷變量，負荷變量與對應的喘振裕度值呈線性函數(shù)關系，負荷控制器計算出多臺壓縮機負荷的平均值。每臺機組根據(jù)自身負荷與平均負荷值得偏差，通過比例-積分-微分負荷平衡響應，將響應結(jié)果增加到壓縮機性能控制中，調(diào)整壓縮機速度設定。最終結(jié)果，調(diào)整每臺參與負荷分配的壓縮機轉(zhuǎn)速，達到所有壓縮機的操作點與喘振控制線的距離相等。

3.2 站控原有SCADA系統(tǒng)改造

站控SCADA系統(tǒng)已經(jīng)采集站場工藝、附屬設備數(shù)據(jù)點用于監(jiān)控，需要增加與壓縮機遠程控制的相關程序，增加壓縮機UCP與站控SCADA關鍵點的電纜連接，在操作界面組態(tài)相應的監(jiān)控畫面，對修改后的邏輯進行測試，檢驗是否滿足壓縮機遠程控制的要求。

站控SCADA需要增加壓縮機遠程控制的程序主要包括：

（1）遠程啟動前的機組狀態(tài)確認；

（2）站場UPS、過濾分離器、空壓機儀表風、可燃氣體檢測、火災檢測、自用氣、壓縮機廠房風機、站場工藝等正常運行狀態(tài)作為遠程啟動壓縮機的先決條件；

（3）壓縮機遠程啟動、停止的順控邏輯等內(nèi)容。

3.3 調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)配置

調(diào)控中心對壓氣站遠程控制的配置主要是對壓縮機組監(jiān)視畫面及相關信息顯示的組態(tài)，與站控SCADA系統(tǒng)進行功能調(diào)試，新增配置內(nèi)容如下：

（1）實現(xiàn)遠程啟停機功能；

（2）在操作員工作站（HMI）上增加機組負荷分配控制器操作界面，實現(xiàn)對進、出站壓力進行參數(shù)設定；同時組態(tài)壓縮機的工作曲線圖和主要監(jiān)視參數(shù)；

（3）在HMI上組態(tài)機組啟機順序進程和停機順序進程及相關的運行參數(shù)；

（4）在HMI上組態(tài)壓縮機輔助系統(tǒng)的主要報警信息；

（5）組態(tài)多臺壓縮機同時運行的工藝流程畫面；

（6）增加站場與調(diào)控中心的數(shù)據(jù)通斷檢測功能。

4 管道壓縮機遠程控制建議措施

4.1 確保站場設備和儀表功能的完整性

由于站場輔助設備故障、報警、反饋信號丟失、工藝氣的壓力和溫度等條件不滿足，風機、空壓機遠控功能失效，通訊中斷等問題，造成遠程啟動進程不能執(zhí)行。需加強設備和儀表巡檢、維護工作，確保功能完整性。

4.2 控制權(quán)限切換方法

就地控制運行的壓縮機切換到遠程控制前，站場輔助設備準備條件與遠程啟動壓縮機檢查內(nèi)容相同；操作人員要熟練掌握遠程控制原理，為降低長時間擾動調(diào)節(jié)，切換前調(diào)整壓縮機的設定負荷值，盡可能接近壓縮機當前實際負荷值；最終確?？刂茩?quán)切換中避免機組非計劃停機，降低管網(wǎng)壓力大幅波動的風險。

4.3 壓縮機遠程控制運行中建議

定期校驗壓縮機流量元件、溫度、壓力等檢測儀表，保證信號準確度，提高流量檢測信號的掃描頻率，確保壓縮機遠程控制的穩(wěn)定性、精確性；當管道運行輸量大，部分壓氣站運行單臺壓縮機，壓縮機轉(zhuǎn)速未到達最高轉(zhuǎn)速，由于壓縮機設計有飽和流量，負荷分配邏輯對應設置了最大流量限制，當超過壓縮機流量限制時，遠程控制也不能繼續(xù)提升壓縮機轉(zhuǎn)速，建議增加壓縮機的運行臺數(shù)；當管道運行輸量低，壓縮機防喘閥不能關閉，流量回流運行時，壓縮機負荷分配功能不能正常投用，造成壓縮機遠程控制失效，建議合理調(diào)配全線壓縮機運行臺數(shù)，確保管輸量能保證防喘閥正常關閉。

隨著長輸天然氣管網(wǎng)全面鋪開建設，調(diào)控中心急需對壓縮機等關鍵設備進行遠程控制，在遠程控制改造過程，要全面考慮投入運行的穩(wěn)定性、精確性、易操作性。壓縮機遠程控制技術(shù)推廣，對長輸天然氣管道的統(tǒng)一監(jiān)控管理意義重大。

[1] 徐忠.離心式壓縮機原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[2] 鄧李.ControlLogix系統(tǒng)實用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3] 李勇輝.GE燃氣輪機MARK VI控制系統(tǒng)研究及調(diào)試[D].浙江大學：碩士學位論文，2007.

[4] 吳九輔.儀表控制系統(tǒng)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000. [5] 閆寶東，李國興.天然氣管道現(xiàn)場技術(shù)與管理文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

Remote Control Technology for Compressor in Natural Gas Pipeline

LI Xing-xing1,CHEN Cui-cui2
(1.Production Department,PetroChina West Pipeline Company,Urumqi 830013,China;2.PetroChina West Pipeline Company Tarim Branch,Korla 841000,China)

This paper outlined the importance of remote control technology for compressors in long distance natural gas pipeline.It has determined the communication structure of remote control,focused on the main content of technical transformation,and introduced the control methods of compressor loads sharing in detail.Combined with experience of west-east gas line and second line (western),some measures and suggestions are contributed to the remote control for compressors.

compressor;remote control;control center;load sharing;SCADA system

TH45

B

1006-2971（2015）06-0051-03

李星星（1987-），男，陜西榆林人，畢業(yè)于中國石油大學（華東），工學碩士學位，現(xiàn)就職于中國石油西部管道公司生產(chǎn)運行處，主要從事長輸天然氣管道壓縮機運行管理工作。

2015-07-20