天然气自动化输气的探索_廖磊.pdf

70|2023年04月技术与信息0 引言天然气的主要成分是甲烷，密度比空气轻，具有易燃易爆性，处置不当容易产生危险后果。它作为一种更加高效、清洁的能源，既可以进一步降低碳排放，又符合当前我国高度重视生态环境保护的现状和政策，能够有效缓解当前我国能源紧张的问题，调整能源储备的使用模式和结构，对社会及其经济的长期、稳定、健康发展起到促进作用。探索管道天然气自动化输气系统，实现天然气远距离自动输送具有十分重要的意义。随着社会的不断发展，天然气已经成为人们生活中不可缺少的一部分，而自动化管道运输也是众多天然气运输方式中满足下游用户对天然气需求的一种方式，管道输送不但可以降低企业成本，同时也能保证输送管道的稳定和安全，而且可以进行生产线的远程监控和工作人员的管理。国内天然气输送大部分采用管道运输方式，燃气管道的安全设计、制造、安装、施工、维护和巡查等环节需重点关注，近年来燃气安全事故的发生频次居高不下，巡查及维护保养燃气管线的压力大，需要运用科技力量满足日益增长的安全需求。现阶段，国内天然气输气站处于部分自动化、半自动化及人工操作等输气模式并存状态1，一些地区的燃气管道还没有实现自动化燃气输送，自动控制系统还没有建立起来，自动控制的目的还未能实现，自动化输气系统建设中存在诸多难点与挑战。1 自动化输气技术介绍目前，国内天然气自动化输气技术主要是通过计算机 SCADA 系统对天然气管道线路中各个参数进行自动控制来实现输气过程2。在实际运行过程中，完整的自动化输气技术实现的过程需要从以下方面着手：首先，从硬件入手，保证设备正常运行。包括光缆、无线通信线路及数据采集装置和控制设备，包括管道测压装置、温度计、流量计以及压力传感器等自动化测量设备，通过数据采集装置可以将现场压力、温度以及流量等各种监测信息传送到控制中心，以实现天然气管道自动实时监测的目的。其次，对控制系统中所有硬件、软件、接口等都要进行严格测试，保证系统可以正常运行，包括无线传输系统、通讯协议、数据采集、数据存储和处理等，以实现自动输气系统软硬件匹配，满足天然气下游用户用气需求。最后，建立起一套完善的控制系统和控制逻辑流技术与信息天然气自动化输气的探索廖磊，宋坤，李辉(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，湖北 武汉 430081)摘要：由于目前中国天然气输气站输气部分未建成自动控制系统或未实现自动化输气模式，随着日益增长的居民用户及各类工业用户用气需求激增，应该积极开发先进技术以实现输气自动化，助力我国“双碳”目标的实现。文章基于国内燃气自动输送现状和自动化输送模式，以城市燃气输气站为例，介绍天然气自动输送的典型案例，通过 SCADA 系统和PLC 系统实现燃气自动输送，同时从三个方面对燃气自动输送模式进行优化和改进，确保燃气自动输送控制技术安全可靠。关键词：天然气；自动化输气；SCADA 系统；流调系统；PLC 系统中图分类号：TE37 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)12-0070-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.12.019Exploration of Automatic Natural Gas TransmissionLIAO Lei,SONG Kun,LI Hui(Sinosteel Wuhan Safety and Environmental Protection Research Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430081,China)Abstract:At present,some of the natural gas transmission stations in China have not built automatic control systems and have not realized the automatic gas transmission mode.With the increasing demand for gas from residential users and various industrial users,advanced technologies should be actively developed to realize the automatic gas transmission and help China achieve the“double carbon”goal.Based on the current situation and automatic transmission mode of domestic gas automatic transmission,taking the urban gas transmission station as an example,this paper introduces the typical case of natural gas automatic transmission,realizes the automatic transmission of gas through SCADA system and PLC system,and optimizes and improves the automatic transmission mode of gas from three aspects to ensure the safety and reliability of the automatic transmission control technology of gas.Keywords:natural gas;automatic gas transmission;SCADA system;Flow regulation system;PLC system2023年04月|71程，提高整体的自动化输气功能，实现整个输气管网自动化运行。系统控制逻辑主要包括逻辑判断、自动调节、保护和故障诊断等内容，通过 SCADA 系统及 PLC 系统参数设置以实现远程监控和数据交换。随着国内科学技术的进步和燃气设备的发展，逐步探索自动化、智能化控制的输气模式，通过设置整套的逻辑命令和程序来实现天然气自动输送的效果，也提高了天然气输送的效率，减少人力成本，优化了燃气供应的稳定性，能够有效降低城市燃气门站的控制难度，还能够及时发现输气生产过程中天然气参数异常等问题，保障了天然气管道的安全性，促进社会的和谐稳定发展。2 典型自动化输气案例2.1 输气站典型的工艺流程常见的城市燃气输气站工艺流程设计为：上游来气气体过滤换热气体计量调压下游用户，进站和出站均设有电动球阀，常见的输气站工艺设计如图 1 所示。输气站常用的主要设备设施有：球阀(电动球阀)、截止阀、放空阀、排污阀、旋风分离器、卧式过滤分离器(1用1备)、2台热交换器配合2台锅炉使用(1用1备)，流量计(1 用 1 备)、一级调压(含备用支路)、二级调压(根据调压前后的压力差确定设置几级调压)等。通过科学合理的工艺设计，天然气从上游经一系列设备处理、计量调压后到达下游用户，满足客户对天然气的压力需求。图1 常见的气体输送站工艺设计图2.2 典型自动输气控制技术以城市燃气输气站为例，通过设定合理的系统参数，满足计量要求的同时，也满足下游用户用气需求。通常针对下游城市居民或工业用户供气采用两种供气模式，即恒压力和恒流模式，恒压力是常用的自动控制模式，恒流模式是在天然气恒压力模式的基础上根据用户需要采用的一种供气模式。恒流量和恒压力的自动输气模式是通过 SCADA系统接口与可编程控制逻辑 PLC 系统连接，设置压力上下限，流量上下限及控制指令，来实现自动供气功能。恒压力模式是当压力低于流调系统设置压力下限即开阀，到流调系统设置压力上限即关阀，保持下游管线压力始终在设置区间内。恒流量模式通过流 调系统设置压力上下限，当系统检测到压力小于设定最低压力后，开启流调阀，使得流量至流量上限后，微调阀门开度，使得供气流量在设置的流量上下限平均值左右供气；当系统检测到压力大于设定压力最高值后，关闭流量调节阀，使其流量降为 0 Nm3/h，有效避免了流量计在低流量持续供气的情况，实现天然气的计量精准可靠。下游用户两种供气模式可以实现切换，不会相互干扰，满足城市居民和工业用户使用燃气需求，逻辑命令如图 2 所示。当采用恒压力控制模式时，流调系统通过粗调区间和细调区间等参数给流调阀设置了一定的压力区间和反应区间，控制压力需调整输出压力和粗调、细调区间的参数值来改变，此时只有流量上限；当采用恒流模式时，流调系统可直接设置压力上下限和流量上下限，此时粗调、细调区间的参数值不起作用，避免了指令重复。两种模式都能正常使用，极大保障了下游供气安全可靠。3 自动化输气系统优化在天然气管道运输过程中一定要采取有效措施，把好输气关，确保输气管道运行安全。在天然气管道运输过程中，由于其工作环境较为恶劣，城市建设野蛮施工情况较多，且管道输送压力较大，容易出现事故。一旦发生事故，损失巨大，给人民生命财产带来极大威胁，危害社会稳定。天然气企业必须对管道运输过程中的安全生产工作进行严格管理，保证天然气管道运输过程的安全顺利，以提升自动化输气系统的安全可靠性，减少事故发生的频率，避免天然气管道运输过程中意外事故事件的发生。3.1 自动化输气报警系统设置科学合理设置天然气自动化输气报警参数。在实行自动化输气过程中，实时监控管道中天然气的参数，图2 自动输气模式逻辑图技术与信息72|2023年04月通过现场远程仪表将相关的信息传输到站控系统服务器中，针对输气管道内气体关键的参数信息进行重要参数设置，包括气体重要参数上下限及声光报警上下限，因此输气站内 SCADA 系统重要参数的设置对输气站自动输气模式起着核心作用。参数报警是指当 SCADA系统中存在设备状态改变提示、异常指标或突发意外时，系统采用声光报警的形式通知操作员予以了解、重视或者采取行动的信息，能方便值班员更直观，敏捷地发现设备状态的异常情况，科学实现人机功能分配，保障场站的安全生产运行。做好报警情况分级及相应应急处置方案。根据输气站管道内气体重要参数、运行设备状态信息和产生后果的严重程度，将系统报警分为三级，分别为严重报警、重要报警和一般报警，当出现严重报警和重要报警时需人员立即处理并记录。SCADA 系统不同级别的报警是通过报警器颜色和声音体现差别，各个级别的报警对应不同的颜色和声音警报，声光报警信息未被确认处理时，报警状态将持续，报警信息被确认后报警状态消失；报警声音可根据需要调节和屏蔽。当输气站 SCADA 系统出现每一条报警信息时，都需要引起高度重视，快速识别确认报警情况，及时查明原因并上报，如果出现紧急情况，立即向公司相关领导反馈超出站内设置的重要报警等级以上的报警，并启动相应的应急处置预案，确保输气站安全平稳运行3。3.2 加强燃气企业的应急管理提高燃气企业职工的安全防范意识。对自动化输气过程中可能发生的风险、安全隐患开展系统、全面分析，对事件发生的可能性及后果程度根据实际情况测评分级，提前编制各类应急事件的预防、减灾措施。并定期对员工开展培训演练工作，多举措降低应急事件可能造成的人员伤亡和经济损失，同时降低环境危害和社会影响。为了能够完善输送管道的安全防范体系，必须加大应急管理力度，当天然气输送管道发生任何安全事故时，都能够立即启动相关的应急管理预案，并且按照预先制定的流程进行有效处理。启动预先制定的现场事故控制程序，在执行预定方案的同时，要与实际事故情况进行结合，以保障安全事故处理的实际效果4。3.3 优化系统自动化控制程序不断优化自动化输气技术，多举措完善自动化输气系统可靠性。输气站实时监控天然气管道参数，并针对关键设备或系统采取冗余设计，确保自动化系统在关键设备或系统发生故障时仍能正常工作，减少系统或设备发生故障的几率，并通过 SCADA 系统设置相关报警信息提示，提高系统可靠性。输气站应按需配备系统服务器备用电源，如柴油发电机或 UPS，避免因停电造成系统数据监测丢失，导致自动化输气模式失效。根据下游用户实际用气条件，优化可编程控制逻辑命令满足用气需求。输气站自动化输气技术具有广泛的前景，可优化 PLC 系统编程的逻辑命令，可根据下游用户的实际用气需求，对精确供气条件进行控制，减少人工操作误差；还可以优化 SCADA 系统对管道内天然气重要参数信息的实时监控和报警，对关键数据信息进行风险识别和报警参数设置，当发生报警时，即会提示相应可能发生的风险、采取的措施，可以及时反馈和防控部分输气风险，通过声光报警信息提示员工及时处置，既可以减少人工使用，又可以保证管道内天然气供应效率，防止风险发生，有效保障天然气自动输气安全。天然气相关企业只有通过对天然气管道自动输气过程中存在的问题进行分析，不断优化改进，制定出符合自身输气特点的设计方案并在该方案基础上通过软件程序加以改进并实施，才能最终完成全自动输气技术改造工程。4 结语在当前我国经济快速发展、能源结构大幅调整、社会用气量仍有较大提升空间、能够兼顾能源清洁化和能源安全双重目标的情况下，天然气产业的发展迎来了前所未有的大好时机，对我国实现“双碳”目标具有重要的促进作用。应用优化自动化输气技术应是优先选择，探索完善自动化输气技术值得重点关注和推广，制定出适合天然气输气站自身输气特点的安全输气模式，才能确保燃气管道系统安全运行。天然气相关企业应加大对自动化输气技术研究领域中各项技术及设备的研发力度，同时政府部门应制定相关政策，鼓励有关单位加大对自动化输气技术研发力度，以推动天然气自动化输气建设的加快发展，充分保障天然气输送的安全平稳和社会发展的需求。参考文献：1 刘凯.天然气管道输送自动化与控制技术研究J.化工设计通讯,2022,48(10):171-173.2 张宏伟.城市燃气中SCADA系统中的报警管理J.城市燃气,2015(2):10-12.3 王凯.基于城市燃气SCADA 系统的智能报警应用与优化J.科学与信息化,2019(21):34-35.4 翟正斌.关于天然气输送自动化管理的研究J.化工管理,2018(32):93-94.作者简介：廖磊(1992-)，男，汉族，本科，注册安全 工程师，主要从事石油化工、冶金有色企业安全方面的研究工作。李辉(1990-)，男，汉族，硕士，注册安全工程师，安全评价师，主要从事工贸企业安全方面研究工作。宋坤(1991-)，男，汉族，硕士，工程师，主要从事危险化学品、应急管理、冶金企业安全方面的研究工作。