輸氣管線監(jiān)視閥室自動(dòng)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

夏需強(qiáng) 呂秀杰 曲林林 唐 帥 李冬華 王全全 王乾龍

(中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110031)

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輸氣管線監(jiān)視閥室自動(dòng)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

夏需強(qiáng) 呂秀杰 曲林林 唐 帥 李冬華 王全全 王乾龍

(中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110031)

為了解決輸氣管線監(jiān)視閥室設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中發(fā)生的問題，主要針對監(jiān)視閥室壓力、溫度儀表，太陽能及蓄電池，數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行了研究。壓力儀表安裝時(shí)應(yīng)避免干線管道開孔，利用氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，取壓管路預(yù)留三通作為壓力取壓孔；溫度儀表安裝時(shí)需要考慮不破壞管道防腐層和解決與管道絕緣問題。東北地區(qū)大型天然氣管道的應(yīng)用實(shí)踐證明了輸氣管線監(jiān)視閥室設(shè)計(jì)技術(shù)的正確性。

輸氣管線 監(jiān)視閥室 氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 管道防腐層 太陽能 數(shù)據(jù)采集 管道絕緣

0 引言

隨著輸氣管線的自動(dòng)化程度越來越高，輸氣管線中的監(jiān)視閥室也越來越多。由于監(jiān)視閥室沒有設(shè)備間和外電源，且所處的環(huán)境大多比較惡劣，對監(jiān)視閥室的檢測儀表設(shè)備、太陽能設(shè)備及蓄電池和數(shù)據(jù)采集裝置的選型和安裝要求比較高[1-8]。檢測儀表設(shè)備安裝不當(dāng)，會(huì)給以后的運(yùn)行維護(hù)帶來很大的安全隱患。以往大型輸氣管線監(jiān)視閥室壓力儀表取壓孔開在干線旁通管線上，當(dāng)壓力儀表出現(xiàn)問題時(shí)，需要放空兩個(gè)閥室間的全部天然氣，會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文利用氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的取壓用三通接頭作為壓力儀表取壓點(diǎn)，成功解決了這個(gè)問題。

監(jiān)視閥室的溫度儀表檢測元件通常安裝在管道表面焊接的凸臺(tái)里，破壞了管道防腐層，造成了陰極保護(hù)電流的流失和地電位的不相等，給管道增加了一個(gè)潛在的隱患點(diǎn)。本文通過采用管箍固定方式解決了破壞防腐層問題，采用涂抹絕緣涂料和絕緣膠墊解決了與管道絕緣問題。

太陽能設(shè)備及蓄電池的選型和安裝不當(dāng)，會(huì)影響設(shè)備的使用壽命和給日后維護(hù)造成麻煩。以前太陽能蓄電池安裝在地上時(shí)，蓄電池的壽命為一年左右；太陽能蓄電池安裝在地下時(shí)，潮濕、保溫、集水和運(yùn)行維護(hù)均存在很多問題。本文介紹了太陽能蓄電池的選型原則和地下安裝時(shí)各類問題解決方法。

數(shù)據(jù)采集裝置選型不當(dāng)，會(huì)使得整條管線的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定和數(shù)據(jù)不能正常傳輸。由于監(jiān)視閥室數(shù)據(jù)需要同時(shí)向上、下游站場傳輸，以往輸氣管線經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)視閥室數(shù)據(jù)采集裝置死機(jī)和上下游站場接收不到數(shù)據(jù)的問題。本文通過介紹數(shù)據(jù)采集裝置在選型時(shí)的注意要點(diǎn)，解決了數(shù)據(jù)采集裝置死機(jī)和數(shù)據(jù)接收不到的問題。

1 數(shù)據(jù)采集

監(jiān)視閥室采集的數(shù)據(jù)主要包括：采集介質(zhì)溫度、管線壓力等參數(shù)；監(jiān)視線路截?cái)嚅y的狀態(tài)及超壓降速率關(guān)斷；監(jiān)視太陽能及蓄電池狀態(tài)；監(jiān)視閥組間(設(shè)置時(shí))可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警和門禁開關(guān)狀態(tài)[9-15]。

為了便于清管，安裝非插入表面溫度變送器來檢測介質(zhì)溫度。表面溫度變送器主要有兩種安裝方式：在管道表面焊接凸臺(tái)安裝和在管道表面捆綁管箍安裝。在管道表面焊接凸臺(tái)安裝，會(huì)破壞管道防腐層，對管道有潛在的破壞，故不推薦采用此種安裝方式；在管道表面捆綁管箍安裝時(shí)需墊絕緣橡膠，并在所有與管道接觸的金屬部件表面涂絕緣涂料，保證與管道絕緣，故推薦采用此種安裝方式。

采用在氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)取壓管路上安裝壓力儀表的方式，檢測管線壓力。安裝時(shí)，要保證變送器與管道絕緣和取壓管路最低點(diǎn)不積液。

監(jiān)視線路截?cái)嚅y的狀態(tài)包括：全開、全關(guān)、故障或遠(yuǎn)控(根據(jù)不同品牌確定干接點(diǎn)信號)，閥門其他參數(shù)采用通信方式，RS-485接口、Modbus RTU通信協(xié)議。超壓降速率關(guān)斷功能通過檢測氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)集成壓力變送器信號并計(jì)算實(shí)現(xiàn)。為了保證安全，氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)集成的壓力變送器應(yīng)使氣路和電路分離。某大型輸氣管線閥室曾發(fā)生爆炸的原因就是氣路和電路沒分離。

監(jiān)視太陽能及蓄電池狀態(tài)可通過干接點(diǎn)信號或通信方式(RS-485接口、Modbus RTU協(xié)議)實(shí)現(xiàn)。

監(jiān)視閥室設(shè)置閥組間時(shí)，需安裝可燃?xì)怏w探測器和閥組間門禁開關(guān)?？扇?xì)怏w探測器輸出4～20 mA的有源信號，門禁開關(guān)輸出干接點(diǎn)信號。

2 太陽能及蓄電池選型和安裝

根據(jù)監(jiān)視閥室所處的地理位置(地理經(jīng)度和緯度)，選擇合適的太陽能及蓄電池。太陽能的安裝原則是朝陽，安裝基礎(chǔ)強(qiáng)度滿足要求即可。

一般情況下，全年無0 ℃以下地區(qū)采用普通免維護(hù)蓄電池，地面上接線箱安裝時(shí)(高溫地區(qū)應(yīng)增加遮陽棚)，蓄電池應(yīng)安裝在接線箱內(nèi)，接線箱防護(hù)等級應(yīng)不低于IP65。在較低地區(qū)(最低氣溫不低于-20 ℃)，蓄電池應(yīng)選用耐低溫免維護(hù)型，可安裝在地上也可以安裝在地下坑內(nèi)，通?？紤]到維護(hù)方便，安裝在地面上。蓄電池應(yīng)安裝在接線箱內(nèi)，接線箱防護(hù)等級應(yīng)不低于IP65。在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)(最低氣溫低于-20 ℃)，蓄電池應(yīng)選用耐低溫免維護(hù)型，安裝在地下坑內(nèi)，地下坑的深度應(yīng)大于當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃?。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮防水、保溫、通風(fēng)和便于維護(hù)等因素。為了避免外面的水進(jìn)入坑內(nèi)，坑蓋應(yīng)用 “扣”蓋，通風(fēng)管口不應(yīng)朝上且必須固定牢固。

3 數(shù)據(jù)采集裝置的選型和安裝

數(shù)據(jù)采集裝置是監(jiān)視閥室的核心設(shè)備，數(shù)據(jù)采集裝置的選型和安裝關(guān)系到監(jiān)視閥室數(shù)據(jù)采集的成功與否。數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)滿足：寬溫型(至少應(yīng)該-40～+40 ℃)，數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)支持2個(gè)IP地址(一定為不同網(wǎng)段)，通信協(xié)議為Modbus TCP/IP，保證其可以同時(shí)向上、下游站場傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集裝置的第三方設(shè)備通信模塊的通信協(xié)議應(yīng)為Modbus RTU。抱桿安裝示意圖如圖1所示。

圖1 抱桿安裝示意圖

數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)安裝在防爆接線箱內(nèi)，防爆接線箱的防護(hù)等級應(yīng)不低于IP65，安裝在極其寒冷地區(qū)的數(shù)據(jù)采集裝置的防爆接線箱內(nèi)應(yīng)增設(shè)加熱措施。數(shù)據(jù)采集裝置的安裝可采用抱桿方式，也可以地面基礎(chǔ)安裝。地面基礎(chǔ)安裝方式簡單，便于安裝和維護(hù)，推薦采用此種安裝方式。當(dāng)采用抱桿安裝方式時(shí)，經(jīng)過強(qiáng)度計(jì)算后設(shè)計(jì)合適的桿和桿的基礎(chǔ)。當(dāng)采用地面基礎(chǔ)安裝時(shí)，基礎(chǔ)露出地面的高度可根據(jù)當(dāng)?shù)赜晁闆r來確定。地面基礎(chǔ)安裝示意圖如圖2所示。

圖2 地面基礎(chǔ)安裝示意圖

4 結(jié)束語

綜上所述，監(jiān)視閥室設(shè)計(jì)和安裝的關(guān)鍵包括：表面溫度變送器安裝時(shí)不應(yīng)破壞管道防腐層；壓力儀表安裝時(shí)變送器與管道絕緣和取壓管應(yīng)保證最低點(diǎn)不積液；太陽能及蓄電池的選型和安裝應(yīng)考慮所處環(huán)境，寒冷地區(qū)蓄電池安裝時(shí)應(yīng)保證防水、保溫、通風(fēng)和便于維護(hù)；數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)選用寬溫型，具有雙IP(在不同網(wǎng)段)，可以同時(shí)向上、下游站場傳輸數(shù)據(jù)，安裝方式盡量采用地上基礎(chǔ)安裝。

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Key Technology of Automation Design for Monitoring Valve Chamber of Gas Transmission Pipeline

In order to solve the problems happening in design and operation of the monitoring valve chamber of gas transmission pipeline,the instruments of pressure and temperature of the chamber, the solar energy and storage battery, and the data acquisition device are researched.For installing pressure instruments,to avoid opening holes on the main pipeline,the reserved tee of the pressure tapping pipeline in air/hydraulic actuator is used as the pressure tapping hole.For installing temperature instruments,the anticorrosion coating shall not be damaged and the pipeline insulation shall be resolved.The designing technology of the monitoring valve chamber of gas transmission pipeline is introduced,and it has been verified in a certain natural gas pipeline project in northeast China.The considered factors are comprehensively resolved and the measures are correct.

Gas transmission pipeline Monitoring valve chamber Air/hydraulic actuator Anticorrosion coating of pipeline Solar energy Data acquisition Pipeline insulation

夏需強(qiáng)(1981—)，男，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，工程師；主要從事網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和管道自動(dòng)化方向的研究和設(shè)計(jì)工作。

TH-3;TP273

A

10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201611023

修改稿收到日期：2016-05-05。