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化工论文:天然气长输管线自控系统设计与应用

来源:未知 2021-02-03 11:14

摘要:

  随着我国经济的不断发展,天然气也迅速地得到了关注。但是在天然气领域中,作为最重要的工作之一是天然气的长距离运输,因为天然气长输管道需要穿过的距离较长,且在中途经过

  化工论文:天然气长输管线自控系统设计与应用

  引言:随着我国经济的不断发展,天然气也迅速地得到了关注。但是在天然气领域中,作为最重要的工作之一是天然气的长距离运输,因为天然气长输管道需要穿过的距离较长,且在中途经过的站点较多,加之其所在的工作环境相当复杂,所以,需要通过自动化控制系统将其集中控制。在天然气长输管道的自控系统的问题上,我国的技术还不成熟,与发达国家相比差距较大,其问题比较突出的方面是在系统的可靠性方面。因此,为了给天然气的长距离运输提供安全保障,设计出高安全可靠性的自动控制系统是迫切的。

  1、天然气长输管线SCADA系统

  首站,分输站,中间压气站,清管站和阀室,阴极保护站组成了天然气长输管线系统。以计算机为核心控和SCADA系统是天然气管网工程的自动控制系统。该系统能够在调控中心中监控、调度、管理天然气管道全线。管道全线的各站场可以进行无人操作、有人值守的控制和管理水平。数据采集系统主要是调度控制中心,SCS系统和数据传输通讯系统三个部分组成。

  1.1调度控制中心

  可以根据数据采集系统的规模进行设置总调度控制中心,备用调度控制中心或区域调度控制中心,通过数据采集和控制各站PLC系统,监控及管理管道系统工艺过程中的压力,温度,流量,密度,设备运行状态等等,来实现监控,调度,管理全线管道的任务。其按照客户机/服务器结构来设置它的计算机系统,采用服务器和客户机的操纵系统,局域网采用100Mb/s高速以太网。UNIX采用分布式结构,通过功能的不同,将它们分开设置来降低单台服务器的负荷。

  1.2后备控制中心

  各类服务器和工作站等都属于配置硬件部分,操作系统软件,SCADA系统软件,数据库管理,报警和事件管理专用软件包等都是属于软件部分。其主要功能有:自动的切换主备通信通道;监视管理网络;数据采集和处理;打印并生成报表;调节流量和压力论文发表

  1.3输气管理处监视终端

  虽然管理处设置了2个监视终端,但是只能进行数据的监视,不能实现控制。动态工艺流程显示,历史数据的趋势显示,仪器的故障诊断和分析显示,报警和事件显示等是监视终端主要的功能。

  1.4站控系统

  根据管网站场的分布不同,设置出不同规模的站控系统(SCS)。数据采集系统的远程监控站是SCS,其接收并执行主调度控制中心的指令,完成站内数据的采集和处理,联锁保护,监控工艺设备运行的状态,并且将采集的各种信息和数据上传至调度控制中心。主要由监控计算机、可编程控制器(PLC)、仪表与变送器、通讯设备组成。站控系统的PLC采用LK系列PLC,支持双机热备、电源冗余、以太网冗余及总线冗余,首站PLC与站内第三方设备通讯一般采用标准MODBUS通讯。

  1.5远控终端RTU

  在全线中设置远控路线来截断阀室RTU,RTU可以将采集和处理数据;逻辑控制;接收调度控制中心发出的指令;自我诊断和故障报警等功能进行实现。

  1.6流量计量和贸易管理

  1.6.1贸易计量

  贸易交接流量计选用气体超声流量计或气体涡轮流量计,涡轮流量计的口径一般小于DN100。气体超声流量计在5%Qmax~Qmax之间(Qmax为流量计固有最大流量范围)保证测量准确度优于±0.5%。气体涡轮流量计在20%qmax~qmax的范围内保证测量准确度优于±0.5%;气体涡轮流量计在qmin~20%qmax的范围内保证测量准确度优于±1%。计量系统采用独立的流量计算机作为流量累加单元,并将数据传给SCS系统。[1]

  1.6.2自用气计量

  在站场安装站内自用气处理橇,自用气尽量是采用涡轮流量计。在站场自用气主要包括放空火炬点火用气,天然气发动机用气和生活用气。

   1.7气体管理系统(GMS)

  GMS可自动地将天然气进行交接,销售和运输的管理,提供所需要的数据。

  1.8数据传输通讯系统

  将SCS系统和调度控制中心的数据通信完成,通常都是采用光纤工业以太网,光纤随天然气长输管线敷设。[2]

  2、天然气长输管道的特点

  在进行铺设天然气长输管道时,需要对路由线路的选择和铺设特别重视,以下是选择路由时应当要注意的问题:

  在对长输管道路进行选择时需要考虑的因素有很多,比如城市的建设,沿线的环境,以及管道所在地的电力,交通等等。在长输管道路由线路的选择上,应该要遵循投资少,高品质,高安全性,降低施工难度为原则。要以提高效益作为前提,充分的考虑管道的市场覆盖率和集散功能,为了让长输管道能够充分发挥其作用,要将大的消费市场和管道沿线连接起来。在确定路由线路的总线路时,以顺直作为前提,在总线路的大体方向确定后,再对局部的线路进行调整和确定。路由线路要选择有效的地形,尽可能避免选择复杂的地形,以此来降低管道施工的难度。为了管道能够安全的施工,要避免选择地震活跃的地带,也要减少选择冲沟地带,来减少水工的工程量。为了达到管道施工生态的环保,要进团的避开风景旅游区,或者是国家级的自然保护区,绿化区等等。在陆游线路选择时,还应该避开居住密集的地带,这样不仅能够减少施工的难度,而且还可以降低因为管道施工而造成的工程赔款。

  天然气长输管线沿途每隔一定距离(100~150km)设置一座压气站(或称压缩机站),主要是给在输送中消耗了压力能的天然气增压。中间压气站站控系统以LK系列PLC为核心控制部件,通过光纤以太网实现与上、下位机之间的通讯。上位机采用FacView监控组态软件,通过人机界面HMI监控运行参数、下发启停机、工艺调整等命令。下位机,即单台机组控制单元,以LK系列PLC为核心控制元件,通过PROFIBUS专用网路与之相连的分布式I/O现场数据采集模块,完成数据采集,下发启停机、工艺调整等控制

  3、需求分析

  通信、站场控制、站场安全三个方面的需求,在设计天然气管长输管道自控系统的时候,都是需要被满足的,具体要求如下:

  3.1通信需求

  在通信需求方面需要被满足达到以下标准:1.为了确保天然气长输管道自控系统在日常和关键时刻都可以发挥其功能和作用,需要建设一个可靠性较高的数据传输系统。大体上说,数据采集和监控系统所包含的场站比较多,需要传送数量的数据比较大,所以数据的采集和监控系统相对比较复杂。当发生险情之际,他们不仅需要在执行站场紧急停车的过程中进行确保,而且同时能够迅速的传送报警信息到控制中心。2.需要一个不仅具有高可靠性,而且具有高稳定性的站内通信网络。因为只要有一个能确保站场控制的通信系统的可靠性,就能够及时并且准确的完成采集、存储传送器和远程终端的数据。

  3.2站场控制需求

  因为不同的站场都是有着不同的配套工艺,所以,在天然气长输管线场站控制系统中需要满足以下功能:由于不同场站的具体工艺要求是不同的,所以首先,需要根据不同站场实际的工艺区功能进行设计,设计出与之相匹配的工艺控制系统。其次,是因为大多数场站都是合建的,需要将前后不同时期建设的压缩机系统进行联合运行,并且设计压缩机互联网运行的载核分配控制系统,以此来避免出现压缩机过载的情况,保证压缩系统的平稳运行。

  3.3站场安全需求

  站场的安全设计在天然气长输管线控制系统中是很重要的组成之一,因为需要根据控制系统的实际检测的结果做出相应的指令,或者进行调解,进行报警,进行停机。而肩负着调节压力,计量流量等任务的站场是天然气长输管线加气站,在对天然气长输管线加气站进行安全设计的时候,需要满足以下两个方面功能的要求:1.一旦在系统中检测到出现气体泄露的情况时,需要马上停车,并且直接隔离站控系统和干线。2.当紧急停机完成以后,如果存在将其放空的必要,则必须立即放空管线和站场内的天然气体。

  4、系统构架

  4.1远程通信系统

  通信系统在整个天然气长输管线控制系统中处在核心的位置,其任务是特别重要的传输数据和执行命令,所以可以把它看作成在整个自控系统当中的神经网络。因为天然气长输管线通信系统的通信距离比较长,而且其站控系统也比较复杂,在对信息的准确性上,也有着非常高的要求,但是为了实现系统的同步,修订改正系统的延迟,需要考虑分析天然气长输管线通信系统的延迟性,并且计算总的延迟时长。站场控制系统是在天然气长输管线控制通信系统中处于最前沿的位置,但是由于大部分站场处于比较荒凉恶劣的位置,比如荒漠,戈壁,深山等等,并没有有线通信网络,这时需要通过不同场站的实际情况去设计相应的通信工程,来确保信息数据的顺畅传输。通过设计天然气长输管线通信系统的冗余性和安全性,来确保信息的准确性,各场站,控制单元和传感器的硬性连接,可以通过管线建设沌口的通信光缆来实现。

  4.2站场安全设计

  在进行天然气站场安全设计时,需要将紧急停车系统和放空系统设计其中。在接收到控制系统下达的紧急停车命令时,紧急停车系统能够迅速并且及时地完成停车。由于大部分的天然气长输管线,都是和已经建设管道的各个场站进行合建的,所以在各紧急停车系统中存在逻辑上的联锁关系需要充分考虑,来确保和监场站联合运行的可靠性,当已建管道场站的紧急停车系统被触发时,在延时一段时间之后,本输气管道站场紧急停车系统将会被联锁关系触发,那么相反与之同理。综上所述因素,为了实现对紧急停车的设计,可以通过定线将两套紧急停车系统连接。安全的将系统中所存留的天然气排放到大气当中去的是放空系统,在不同的站场和阀室,设计不同的放空系统,需要其结合不同的工艺特点。

  结束语

  因为天然气长输管道所穿越的距离比较长,中途经过的站点比较多,而且其所处在的工作环境十分复杂,所以在自控系统的安全性和可靠性上要求比较高。在设计天然气长输管道自控系统的时候,不仅需要满足通讯站场控制站场安全三个方面的需求,而且同时需要重点考虑远程通讯系统,站场安全设计两大系统的构架。

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