摘　要：介紹深圳市天然氣次高壓／中壓調(diào)壓站的壓力遙調(diào)系統(tǒng)的功能、技術方案比選和實施。并介紹了實施后的應用效果。

關鍵詞：壓力遙調(diào)；氣動；P+I控制器；流量控制

1　概述

深圳的主要氣源是廣東大鵬液化天然氣公司供應的澳洲氣源(下稱大鵬氣源)和由中石油西氣東輸二線供應的氣源(下稱西二氣氣源)。大鵬氣源在2006年7月通過坪山、安托山兩個門站供應深圳的次高壓壓管網(wǎng)，西二氣氣源與2012年5月通過求雨嶺門站供應深圳的高壓管網(wǎng)。目前已投產(chǎn)高壓管網(wǎng)59公里，次高壓管網(wǎng)l62公里，中壓管網(wǎng)3423公里。與高壓管網(wǎng)連接的場站有：高壓門站l座，高／次高壓調(diào)壓站l座，電廠計量站兩座。與次高壓管網(wǎng)連接的次高／中壓調(diào)壓站21座。

深圳燃氣輸配系統(tǒng)的壓力級制分高壓、次高壓、中壓三個級別，采用中壓進戶，直接供應用戶，與其它大多數(shù)城市的低壓進戶有很大的不同。它的優(yōu)點是減少了中壓／低壓區(qū)域調(diào)壓站和樓棟調(diào)壓箱的建設及維護，但GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》的10.2條款要求壓力不高于0.2MPa，中壓管網(wǎng)的供氣壓力受到了限制。目前深圳羅湖、福田、南山、鹽田等區(qū)工業(yè)用戶少，管網(wǎng)建設密度較大，中壓管網(wǎng)的供氣壓力為0.15MPa；龍崗區(qū)、寶安部分區(qū)域由于工業(yè)用戶較多，要求的供氣壓力較高，同時管網(wǎng)又連接了部分商業(yè)、居民用戶，供氣壓力提高到0.18MPa。地處鐵路、河流交叉多而管網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)差的布吉片區(qū)，在冬季極端冷的天氣下仍需將次高／中壓調(diào)壓站的出站壓力提高到0.195MPa。在部分調(diào)壓站故障的情況下，相鄰的應急調(diào)壓站需將壓力提升以滿足工業(yè)用戶的用氣壓力要求，供氣壓力的不足限制了工業(yè)用戶的發(fā)展。

要解決中壓管網(wǎng)壓力不足必須要提高次高／中壓調(diào)壓站的出站壓力，但又不可超越規(guī)范要求。在高峰時段提升壓力后，如低峰時段仍采用較高壓力供應用戶，尤其是居民用戶，會給供氣安全帶來一定的風險，而根據(jù)高、低峰時段進行出站壓力的合理調(diào)整則可以解決該問題。在一天需多次調(diào)整的情況下，單依靠人工去操作是不現(xiàn)實的，需增加壓力遙調(diào)功能。

2　概改造的功能定位及技術方案

在2008年，為應對廣東大鵬液化天然氣公司對提氣速率超過合同要求的用戶進行經(jīng)濟性懲罰，對安托山門站、坪山門站兩個門站進行增設CS壓力遙調(diào)^[1]的改造，實現(xiàn)了合理分配兩門站流量，并通過在高低峰時段調(diào)整出站壓力，利用管網(wǎng)調(diào)峰，減少采購高價LNG調(diào)峰的氣量，是最經(jīng)濟的防止超提手段。次高／中壓調(diào)壓站的壓力遙調(diào)改造是在此基礎上進行優(yōu)化。

2．1　門站壓力遙調(diào)系統(tǒng)的功能

CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)屬氣動壓力遙調(diào)系統(tǒng)，它根本原理是通過遠程控制氣包上安裝的兩個電磁閥的啟閉進而調(diào)整氣包的壓力，氣包的壓力通過反饋管引至調(diào)壓器的導閥來調(diào)整出站壓力。其原理圖見圖1。

它主要有以下功能：

(1)手動調(diào)壓功能。通過人工點擊CS系統(tǒng)的控制面板進行電磁閥的開關操作，從而進行壓力的調(diào)整。每點擊一次壓力變化5kPa。

(2)自動調(diào)壓的出口調(diào)壓功能。通過設置壓力步長、靜止時間、目標壓力等狀態(tài)參數(shù)在站控室的控制面板上進行壓力調(diào)整，通過出口壓力的反饋值調(diào)整比對，最終達到設定的出口壓力。其調(diào)整的過程見圖2。

(3)自動調(diào)壓的氣包穩(wěn)壓功能。在出口壓力設定后，為消除室外溫度、電磁閥內(nèi)漏等因素引起氣包壓力的變化進而影響到出站壓力的設定?？刂破魍ㄟ^氣包上的壓力傳感器的反饋信號，判斷是否超出氣包設置壓力P0的±5％范圍，指揮電磁閥動作，使氣包壓力穩(wěn)定，從而達到穩(wěn)定出口壓力。

(4)一套CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)，可帶多路調(diào)壓器，通過設置CS導閥上彈簧的不同的壓力，可設置各路不同的出口壓力。

2．2　調(diào)壓站壓力遙調(diào)系統(tǒng)的功能定位

門站是24小時值班站，它的遙調(diào)功能定位是考慮以站控為主，中心控制不可以操作，只可以監(jiān)控。同時與門站連接的次高壓管網(wǎng)的運行壓力達l.5MPa，調(diào)壓的步長對管網(wǎng)的波動影響很小。而與調(diào)壓站連接的中壓管網(wǎng)直接連接到用戶，其出站壓力在0.15MPa(或0.18MPa)，調(diào)節(jié)過程步長的過大、調(diào)節(jié)曲線的平滑性均可能影響到用戶。同時調(diào)壓站多數(shù)是無人值守站，操作的權限將以中心控制為主。結(jié)合以上情況，調(diào)壓站的壓力遙調(diào)功能定位如下：

(1)中心控制(調(diào)度中心)可隨時調(diào)控出口壓力，有效實現(xiàn)對無人值守站的壓力控制。

(2)壓力自動跟蹤功能。可預設不同時段的出口壓力，以適應下游流量的需求。

(3)具有安全保護功能，使出口壓力不會超出于特定的上限及下限。

(4)當遙調(diào)失效或設備斷電時，壓力應保持原有水平。

(5)壓力調(diào)整過程平緩不對下游用戶造成影響。

2．3　調(diào)壓站壓力遙調(diào)系統(tǒng)的技術方案

根據(jù)門站CS遙調(diào)系統(tǒng)三年左右的運行情況，發(fā)現(xiàn)氣動方式的壓力遙調(diào)在運行穩(wěn)定性、維護維修工作量等方面優(yōu)于電動壓力遙調(diào)系統(tǒng)，因此本次改造定位在氣動方式。次高／中壓調(diào)壓站的壓力遙調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)實施尚屬新技術，而在香港中華煤氣的調(diào)壓站，壓力遙調(diào)系統(tǒng)已使用多年，運行良好。其設計的理念與我們的需求是很吻合的。在香港中華煤氣的幫助下，制定了技術方案，并與原CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)進行了比較、優(yōu)化壓力遙調(diào)的方案。本次改造的壓力遙調(diào)技術方案的原理見圖3。

調(diào)壓站的每路工作調(diào)壓器(主調(diào)壓器)均增加了這套系統(tǒng)，可實現(xiàn)一對一控制，主副路的互換可完全實現(xiàn)遠程操作，而CS壓力遙調(diào)系統(tǒng)一對多路需人工調(diào)整CS導閥的彈簧，方可進行主副路的切換。

本方案的基本原理是中心控制(調(diào)度中心)或站控將壓力調(diào)整的信號發(fā)送到RTU(或PLC)，RTU(或PLC)輸出信號到P+1控制器，控制器調(diào)整氣動壓力的大小控制微流閥的開度，進而調(diào)整工作調(diào)壓器的出站壓力。微流閥與上限導閥串聯(lián)，類似監(jiān)控調(diào)壓器與主調(diào)壓器。當微流閥設定的出站壓力小于上限導閥設定的壓力時，上限導閥處于全開狀態(tài)，當出站壓力等于上限導閥設定的壓力時，上限導閥開始工作，限制微流閥調(diào)整壓力的功能，達到了上限壓力保護功能。下限導閥與微流閥的管路并聯(lián)，類似調(diào)壓站的主副路。當微流閥設定的壓力低于下限導閥時，這時類似主副路切換，下限導閥開始工作，控制出站壓力不低于下限導閥設定的壓力，達到下限壓力保護功能。下限導閥前的電磁閥是為了在緊急情況下調(diào)度中心遠程取消下限保護功能，將出站壓力降低到低于站外市政管道的壓力，使調(diào)壓站不供氣。電磁閥屬通電打開的功能，在停電情況下不影響正常運行。由于它是通過微流閥調(diào)整開度進行控制，不同于CS遙調(diào)系統(tǒng)通過電磁閥快速開關控制氣包壓力，它的壓力變化曲線的平滑性較CS遙調(diào)系統(tǒng)好，對用戶不造成不良影響。

在整個系統(tǒng)中P+I控制器相當于整個遙調(diào)系統(tǒng)的大腦。P+I控制器還附帶一些附屬設備，以安全、穩(wěn)定地完成控制，工藝圖見圖4。

P+I控制器的氣源來自調(diào)壓站的進口壓力表針閥三通后，氣源通過過濾并進行調(diào)壓，由1.5MPa調(diào)整到20psig供應P+I控制器使用，根據(jù)設定的壓力要求及調(diào)壓器出口反饋管的壓力，P+I控制器通過其排氣口排氣進一步調(diào)整氣體壓力，控制微流閥的開度。

從原理圖上看，改造主要分兩部分：氣動控制部分(工藝設備部分)、電子控制部分(自控部分)。原主調(diào)壓器上的導閥利用做下限導閥。增加的設備主要有：機械式比例積分控制器(P+I控制器)、微流閥、上下限導閥(利用原導閥，增加上限導閥)、反饋管。電子控制部分改造包括：電纜導管的安裝、PLC模塊機柜的安裝、站內(nèi)P+I控制箱的安裝及SCADA界面的設計。

3　改造的實施

由于調(diào)壓站為已運行站，停氣改造的時間有限，在實施過程中主要采取以下原則：(1)分步施工，站內(nèi)與站外施工結(jié)合，減少影響供氣的時間。(2)安全措施和應急保障做到位。

3．1　改造的施工

電動控制部分的施工對調(diào)壓站的供氣影響較小，在站控系統(tǒng)增加遙調(diào)程序的下載時對調(diào)度中心的監(jiān)控有一定的影響，通過派調(diào)壓站班組人原現(xiàn)場監(jiān)護，即可保障安全。氣動控制部分的施工采取站外組裝與站內(nèi)安裝結(jié)合的方式，先進行P+I控制器箱及導閥箱的站外組裝，后進行站內(nèi)的組裝，主要包括反饋管與調(diào)壓器、導閥箱、P+I控制器箱的連接。結(jié)合單路供氣分開改造，使影響供氣的施工時間大大縮短。

整個施工過程反饋管的連接采用卡套連接，不涉及到動火，但為安全起見，在停氣施工時建議應進行氮氣置換，所以管路施工完成后按工作壓力的1.5倍進行強度試驗，合格后進行氣密性試驗。

3．2　施工完成后的調(diào)試

施工完成后的調(diào)試很重要，它分功能性測試及實流調(diào)試，在功能性測試階段主要是對PLC編程的正確性、IP地址的正確性、通訊的正常性、上位SCADA系統(tǒng)的可操作性進行測試。實流調(diào)試則側(cè)重在調(diào)壓的反應速度、調(diào)壓變化的平滑性、各項功能的符合行、自跟蹤功能的吻合性進行測試。

在施工和調(diào)試期間，調(diào)高相鄰的調(diào)壓站的出站壓力，作為應急備用站，當調(diào)試站出現(xiàn)異常影響到供氣時，備用站可增加供氣量并提高供氣壓力保證供氣需求。

4　改造后的效果

改造后可實現(xiàn)以下功能：(1)自動壓力跟蹤。設定壓力與系統(tǒng)自動跟蹤壓力的符合行很好，見圖5。(2)調(diào)度中心SCADA遠程調(diào)壓功能。(3)PLC站控功能。(4)本地控制功能。(5)上下限調(diào)壓保護功能。

具備以上功能后，可達到如下使用效果：

(1)提高自動化程度，節(jié)省人力成本。具備遠程調(diào)壓后，日常運行的壓力調(diào)整無須調(diào)壓搶修班組操作，使調(diào)壓搶修班組的工作重點轉(zhuǎn)移到設備的維護及搶修上，而不是經(jīng)常性的壓力調(diào)整。

(2)操作簡單，減少人為調(diào)壓錯誤造成的壓力波動。只需通過現(xiàn)場P+I控制器上的指針撥到需要壓力值或在站控系統(tǒng)上設定，氣動控制系統(tǒng)即以平緩的變化調(diào)整主調(diào)壓器的出口壓力達到需要值，避免了以前由于扳手旋轉(zhuǎn)螺絲過快造成的誤操作。

(3)壓力自動跟蹤功能減輕調(diào)度中心日常調(diào)壓的工作量。當在較長一個時期，每天的壓力調(diào)整基本相同的情況下無須調(diào)度中心每時段去調(diào)整，只需將各時段所需調(diào)整的壓力參數(shù)下載到PLC，設備即可自動按預設曲線運行。每天不同時段合理設定壓力，使調(diào)壓站的供氣量在設備運行工況較好的量程范圍內(nèi)，延長設備的使用壽命。

(4)撤銷下限壓力保護，通過遠程降壓關閉調(diào)壓站功能有利于事故狀態(tài)下的應急搶修。

5　結(jié)論

通過以上的論述，可以得到以下結(jié)論：

(1)壓力遙調(diào)對無人值守站有重要的意義，是以后燃氣自動化的發(fā)展趨勢。

(2)采用本文中介紹的調(diào)壓站的遙調(diào)方式，調(diào)壓過程平滑變化，對下游用戶不造成影響，同時具有上下限壓力保護功能，適合城市內(nèi)無人值守站的使用。

(3)自動壓力跟蹤功能減少了遠程監(jiān)控人員的工作量，對中壓管網(wǎng)調(diào)峰有很大的意義，并優(yōu)化了設備的運行工況。

本文作者：黎珍　呂志軍

作者單位：深圳市燃氣集團股份有限公司