基于遠程電磁控制的輸氣場站供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)研究

張健 (山東省天然氣管道有限責任公司，山東 濟南 250010)

0 引言

目前，隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展、國家能源戰(zhàn)略調(diào)整，天然氣作為清潔能源，得到了越來越廣泛的應用。通常情況下，氣田氣及LNG資源等氣源通過長輸天然氣管網(wǎng)輸送到沿線各地，并通過輸氣場站分輸至各個用戶。對于某一固定用戶來說，供氣流程通常設置一用一備2條支路，每條支路主要包括計量、調(diào)壓2個部分；由于不同氣量需求和管存容積的差異，部分用戶(通常為小用氣量用戶、調(diào)峰用戶) 會采取間歇性供氣模式，即在一個供氣周期內(nèi)需要對供氣閥門進行至少1次啟停操作。根據(jù)目前管理現(xiàn)狀，由于閥門內(nèi)漏、壓差沖擊等因素影響，開停氣往往需要人工輔助操作，在增加人工成本的同時大大制約行業(yè)自動化、智能化發(fā)展進程[1-2]。因此，通過某種方式實現(xiàn)間歇性供氣用戶的遠程自動控制對于節(jié)約成本、提高效率、促進自動化水平提升尤為重要。

1 現(xiàn)行間歇性供氣用戶供氣方式研究

通過調(diào)研分析，目前輸氣場站向下游用戶進行分輸?shù)牧鞒套陨嫌沃料掠畏謩e為：電動球閥 (可遠程開關，無法對開度進行控制)、計量撬、調(diào)壓撬 (包括緊急切斷閥SSV、監(jiān)控調(diào)壓閥PCV、工作調(diào)壓閥PV)、手動球閥。如要對下游用戶進行停氣，通常會首先關閉工作調(diào)壓閥，而由于工作調(diào)壓閥在供氣過程中需要頻繁動作，絕大部分會存在不同程度內(nèi)漏，因此在關閉工作調(diào)壓閥的基礎上需要同時關閉上游電動球閥。同時由于工作調(diào)壓閥普遍內(nèi)漏，通常會導致上游電動球閥下游整個供氣支路壓力與用戶分輸壓力趨于一致，電動球閥上下游會產(chǎn)生壓差,如圖1所示。

圖1 某輸氣場站下游用戶停氣后壓力變化情況

當下游用戶需要開氣時，需要先打開供氣支路上游電動球閥，再打開工作調(diào)壓閥，通過合理調(diào)節(jié)工作調(diào)壓閥開度使壓力或瞬時流量維持在下游用戶需求范圍。由于供氣支路上游電動球閥上下游存在壓差，因此在開啟過程中通常會采取兩種操作模式：一是在現(xiàn)有壓差基礎上直接全部打開 (可通過手動、就地電動、遠程電動等方式實現(xiàn)，如果選擇遠程電動，可擺脫現(xiàn)場對人工操作的依賴，但會對供氣支路產(chǎn)生很大震動且易導致監(jiān)控調(diào)壓閥皮膜損壞)；另一種是先手動輕微開啟產(chǎn)生過流，上下游壓力平衡后再全部打開 (無法擺脫現(xiàn)場人工輔助操作)。因此，比較理想的運行模式有兩種，一是保持現(xiàn)有運行工況，人工輔助開停氣；二是通過對現(xiàn)場合理改造或優(yōu)化，使停氣后上游電動球閥上下游保持壓力相對穩(wěn)定，開氣時可直接對閥門進行遠程開關。

考慮到人力成本節(jié)約及智能化控制水平的提升，通過某種方式實現(xiàn)下游用戶供氣模式的遠程自動控制尤為重要。經(jīng)過對相關文獻等進行搜索查證，目前尚無有效的辦法實現(xiàn)該種運行工況。

2 基于遠程電磁控制的供氣支路穩(wěn)壓方式研究

基于遠程電磁控制的供氣支路穩(wěn)壓方式，是根據(jù)現(xiàn)在常用調(diào)壓撬的結(jié)構(gòu)原理和工作特點，在監(jiān)控調(diào)壓閥PCV上游引壓管處安裝電磁閥 (位于根部取壓和監(jiān)控調(diào)壓閥PCV的穩(wěn)壓器之間)，并將控制信號連接至PLC機柜、上位機控制界面[3-4]。

表1 遠程電磁控制系統(tǒng)應用前后壓力變化對比情況

遠控電磁閥在正常供氣時處于常開狀態(tài)，當下游用戶需要停止供氣時，首先遠程關閉調(diào)壓撬上工作調(diào)壓閥PV，然后通過上位機控制界面發(fā)出關閉遠控電磁閥指令 (此時監(jiān)控調(diào)壓閥PCV失去上游動力氣源，在主閥彈簧預緊力的作用下閥芯關閉)，最后遠程電動關閉供氣支路上游電動球閥。當需要開氣時，首先遠程電動打開供氣支路上游電動球閥，再通過上位機控制界面發(fā)出開啟遠控電磁閥指令 (此時監(jiān)控調(diào)壓閥PCV上游動力氣源得到補充，其上游與下游引壓之間產(chǎn)生壓差，這一壓差會通過穩(wěn)壓器、指揮器之后在短時間內(nèi)作用到監(jiān)控調(diào)壓閥PCV主皮膜兩側(cè)，進而克服彈簧預緊力致使閥芯打開)，最后遠程打開調(diào)壓撬上工作調(diào)壓閥PV，根據(jù)下游用戶氣量和壓力需求調(diào)節(jié)至合適開度，恢復正常供氣狀態(tài)。具體如圖2、圖3所示。

圖2 基于遠程電磁控制的供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)原理圖

圖3 遠控電磁閥關閉開啟動態(tài)分析圖

3 應用效果分析

為驗證遠程電磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)壓效果，在某場站進行測試，重點對兩種工況下壓力變化情況進行對比分析：一是未安裝遠程電磁控制系統(tǒng)時，下游用戶停氣以后供氣支路電動球閥下游壓力變化情況；二是應用遠程電磁控制系統(tǒng)時，下游用戶停氣以后供氣支路電動球閥下游壓力變化情況。具體數(shù)值變化對比情況如表1所示，壓力變化趨勢如圖4所示。

圖4 應用遠程電磁控制系統(tǒng)后壓力變化趨勢

通過數(shù)據(jù)對比及壓力變化趨勢圖可以看出，遠程電磁控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)壓效果。

4 結(jié)語

(1)基于遠程電磁控制的輸氣場站供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)具有良好的密封和穩(wěn)壓效果，能夠有效避免現(xiàn)有供氣模式下瞬時開氣對計量調(diào)壓等設備的沖擊，同時能夠完全擺脫開停氣對人工輔助操作的依賴，具有良好的應用效果和應用前景。

(2)基于遠程電磁控制的輸氣場站供氣支路穩(wěn)壓系統(tǒng)可利用現(xiàn)有設備及線路，改造成本低，改造方式容易實現(xiàn)，具有良好的適應性和適用效果。