遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流技術(shù)在城市門站的應(yīng)用

沈立龍， 王耀生

(1.馬鞍山港華燃?xì)庥邢薰?，安徽馬鞍山243000;2.上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司，上海201201)

1 馬鞍山門站主要供氣問題

1.1 燃?xì)夤芫W(wǎng)供氣平衡問題

馬鞍山市城鎮(zhèn)燃?xì)庥袃勺烊粴忾T站，分別是霍里門站和新橋門站，設(shè)計(jì)流量均為10×104m3/h，但在實(shí)際運(yùn)行中，霍里門站流量經(jīng)常超過8×104m3/h，甚至達(dá)到9×104m3/h，而新橋門站通常高峰時(shí)僅為3×104m3/h。對(duì)于達(dá)到9×104m3/h的霍里門站，其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大，保運(yùn)和維護(hù)成本較高。而對(duì)于僅達(dá)3×104m3/h的新橋門站，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)流量，實(shí)際上是一種資源浪費(fèi)。在保證中壓管網(wǎng)供能動(dòng)態(tài)平衡下，實(shí)現(xiàn)兩站供氣平衡，即在運(yùn)行高峰時(shí)兩站運(yùn)行流量基本維持在6×104m3/h，這就是目前燃?xì)夤鞠胪ㄟ^技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度，亟待解決的問題。

1.2 高峰時(shí)段門站供能不足問題

在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中，門站在高峰時(shí)供能不足是燃?xì)夤玖硪粋€(gè)普遍存在的問題。目前，有些亟待改造，有些仍可維持。利用遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度，是燃?xì)夤据^有利的技術(shù)改造選項(xiàng)。

1.3 門站運(yùn)行中偏流問題

城市燃?xì)忾T站，由于普遍采用兩用一備或多用多備的供氣模式，盡管各路的主調(diào)壓器型號(hào)完全相同，且設(shè)定壓力也一致，但在實(shí)際供氣過程中，很難使各路流量達(dá)到相同，甚至經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，各路流量偏差會(huì)加大，即出現(xiàn)偏流。有些甚至?xí)霈F(xiàn)一路供氣，另一路停供的現(xiàn)象。造成偏流的主要原因有兩個(gè)：一方面是即使調(diào)壓器型號(hào)相同，在同樣工況下，其運(yùn)行性能仍存在著差異；另一方面是同型號(hào)調(diào)壓器在相同工況下,由于其靜特性存在著差異，導(dǎo)致調(diào)壓器壓力設(shè)定值雖然表面一致，其實(shí)并非完全相同。而調(diào)壓器本身對(duì)壓力的變化，有時(shí)會(huì)非常敏感，從而使得設(shè)定壓力稍高的調(diào)壓器會(huì)持續(xù)供氣，而設(shè)定壓力稍低的調(diào)壓器會(huì)逐步關(guān)小閥口，減小流量，形成偏流。偏流不僅造成整站供氣能力降低，同時(shí)也造成調(diào)壓器使用效能的差異，給維護(hù)維修帶來壓力。

2 氣動(dòng)調(diào)壓調(diào)流技術(shù)

目前市場上成熟的燃?xì)庹{(diào)壓調(diào)流產(chǎn)品種類較多。自力式調(diào)壓器的調(diào)壓調(diào)流主要分為氣動(dòng)和電動(dòng)兩大類。為使調(diào)壓站結(jié)構(gòu)不作改動(dòng)，同時(shí)降低成本，我們把基于調(diào)壓器本身的氣動(dòng)調(diào)壓調(diào)流產(chǎn)品作為首選目標(biāo)。

2.1 氣動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

氣動(dòng)意味著用氣體作為動(dòng)力來有效改變調(diào)壓器的壓力設(shè)定值，通常以管道內(nèi)天然氣作為動(dòng)力源。目前氣動(dòng)調(diào)壓主要用于遠(yuǎn)程壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

自力式調(diào)壓器氣動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，其核心設(shè)備是CS指揮器。其最大特點(diǎn)是它不僅保持一般指揮器的手動(dòng)設(shè)定功能，同時(shí)它的下腔即彈簧腔可以充壓或減壓，即壓力可以變化。更重要的是這種變化可以引起出口壓力變化，而且可以做到1∶1，即彈簧腔壓力增加0.1 MPa,那么調(diào)壓器出口壓力也會(huì)相應(yīng)增加0.1 MPa。而彈簧腔壓力變化可以通過合理配置一個(gè)氣包來實(shí)現(xiàn)，氣包壓力變化可以通過兩個(gè)電磁閥控制。氣包增壓由進(jìn)氣電磁閥控制，氣包減壓由排氣電磁閥控制，然后將氣包與CS指揮器通過導(dǎo)壓管連接，一套氣動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)就基本形成。

圖1 氣動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.氣包 2.調(diào)壓器 3.CS指揮器 4.進(jìn)氣電磁閥 5.排氣電磁閥 6.控制器

2.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程氣動(dòng)調(diào)壓

自力式調(diào)壓器氣動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制動(dòng)力源通常利用上游管道的氣壓。若要實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣和排氣電磁閥的控制，可選用專用的控制器來實(shí)現(xiàn)，出口壓力的檢測通過壓力變送器實(shí)現(xiàn)，也就是將一套調(diào)壓裝置與有關(guān)自動(dòng)化監(jiān)測和控制設(shè)備結(jié)合在一起，形成一套自動(dòng)化氣動(dòng)調(diào)壓裝置。

調(diào)壓控制方式一般采用連續(xù)時(shí)序控制或時(shí)間周期控制，周期可為10 s、20 s或30 s不等。進(jìn)氣和排氣電磁閥的開啟時(shí)間一般小于1 s，即升壓或降壓每一調(diào)節(jié)周期，電磁閥只開一次，每次開啟持續(xù)時(shí)間小于1 s。管網(wǎng)升壓過程一般每次最大不超過20 kPa。調(diào)壓效果或精度主要取決于兩個(gè)因素：一是自力式調(diào)壓器的調(diào)壓精度；另一個(gè)就是調(diào)節(jié)時(shí)間周期和電磁閥開啟時(shí)間。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓控制，可將圖4裝置與現(xiàn)有的站控系統(tǒng)或SCADA系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起，可采用GPRS、CDMA或衛(wèi)星通信等無線模式，亦可采用光纖或?qū)Ｓ镁€等有線模式。通信協(xié)議具有多樣性，其中MODBUS最常用。

2.3 氣動(dòng)調(diào)壓下實(shí)現(xiàn)限流

自力式調(diào)壓器流量q及其進(jìn)口壓力pi、出口壓力po、閥位開度d之間存在q=f(pi，po，d，Cg)的函數(shù)關(guān)系，其中Cg為流量系數(shù)。對(duì)于同一種閥體和同一個(gè)開度，Cg是一個(gè)常數(shù)。那么對(duì)于自力式調(diào)壓器，在氣動(dòng)調(diào)壓裝置的作用下，可通過控制調(diào)壓器出口壓力來實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)壓器瞬時(shí)流量的限制。它是一種間接流量控制方式，但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，調(diào)壓器需要隨時(shí)獲取瞬時(shí)流量信號(hào)。目前可通過兩種方式得到，一種是將流量計(jì)信號(hào)直接傳入調(diào)壓裝置控制器中；另一種是對(duì)自力式調(diào)壓器加裝閥位檢測傳感器并采集調(diào)壓器閥位開度，再通過計(jì)算方程得到當(dāng)前瞬時(shí)流量。這樣，就在氣動(dòng)調(diào)壓下實(shí)現(xiàn)了限流。

3 遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)實(shí)踐

3.1 門站改造前工況

馬鞍山市霍里門站貿(mào)易結(jié)算狀態(tài)下(溫度為20 ℃，壓力為101.325 kPa)單路設(shè)計(jì)流量為5×104m3/h，進(jìn)口壓力為2.5 MPa，出口壓力為0.4 MPa，采用兩用一備供氣模式。隨著管網(wǎng)下游用戶的增加和管網(wǎng)的擴(kuò)容，常會(huì)出現(xiàn)管網(wǎng)在每日3個(gè)用氣高峰來臨時(shí)，下游管網(wǎng)壓力接近或低于管網(wǎng)的最低保障壓力，從而給部分工業(yè)用戶的用氣帶來潛在威脅，甚至影響其正常用氣。這是燃?xì)夤芫W(wǎng)中典型高峰時(shí)間供能不足的問題。

3.2 門站改造方案

針對(duì)上述問題，通過對(duì)霍里門站進(jìn)行工藝分析，我們判斷造成供氣不足的主要原因是主副路之間在高峰供氣時(shí)段出現(xiàn)了嚴(yán)重偏流現(xiàn)象，從而造成總供氣量達(dá)不到原有設(shè)計(jì)流量。為此，我們在備用路上采用一套遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)(見圖2)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出口壓力進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。

圖2 霍里門站遠(yuǎn)程調(diào)壓改造工藝方案截圖1.控制器ECD 2.導(dǎo)閥組Pkit 3.閥位傳感器Qkit 4.電源通信箱PCD 5.調(diào)壓器 6.壓力溫度連接點(diǎn)

在每日用氣高峰來臨之前，利用遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)高下游管網(wǎng)壓力，同時(shí)增容，從而消除霍里門站目前亟待解決的偏流現(xiàn)象。這樣既保持霍里門站供氣不受影響，又實(shí)現(xiàn)了不到門站現(xiàn)場即可遠(yuǎn)程調(diào)壓的功能。而且可根據(jù)需求，在調(diào)壓范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程隨機(jī)調(diào)壓，方便輸配調(diào)度過程，為滿足高峰時(shí)段供氣提供了有效的解決方案。

3.3 門站遠(yuǎn)程調(diào)壓應(yīng)用實(shí)效

霍里門站在運(yùn)行過程中，對(duì)加裝的遠(yuǎn)程調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行了長期測試和運(yùn)行。改造后霍里門站運(yùn)行中，實(shí)際出口壓力按照其設(shè)定壓力曲線和設(shè)定值有

規(guī)律地變化和運(yùn)行，從而有效實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程曲線調(diào)壓和定點(diǎn)穩(wěn)定調(diào)壓的功能，滿足了霍里門站對(duì)下游管網(wǎng)壓力按運(yùn)行策略進(jìn)行調(diào)節(jié)和管理的實(shí)際需求。

4 結(jié)語

① 遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)在霍里門站的實(shí)際運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)壓、限流和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。切實(shí)解決了偏流造成霍里門站高峰時(shí)段供氣不足，甚至下游管網(wǎng)接近最低保障壓力的問題。

② 隨著馬鞍山天然氣市場不斷發(fā)展和用戶需求不斷提高，霍里門站與新橋門站之間高壓管道也將貫通，新橋門站將按此方案作相應(yīng)改造，將進(jìn)一步解決燃?xì)夤芫W(wǎng)供氣平衡問題。

③ 面對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化的發(fā)展趨勢，遠(yuǎn)程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)作為智能化的技術(shù)手段，將在優(yōu)化管網(wǎng)壓力機(jī)制、優(yōu)化管網(wǎng)流量分配、平衡供氣、節(jié)能減排等方面發(fā)揮越來越重要的作用。