閆龍 袁野 趙江會

摘 要：本文以長輸油氣管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的基本原理、主要功能進(jìn)了分析和闡述，同時對燃料氣撬電加熱器控制的優(yōu)化提升提出了解決方案，對優(yōu)化提升的必要性、實現(xiàn)方式、預(yù)期效果以及積極意義等方面進(jìn)行了闡述，旨在為實現(xiàn)站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的創(chuàng)新和突破提供合理化解決方案和建議，提高長輸管道輔助設(shè)備的自動化控制水平，為提高站場輔助設(shè)備的操作及監(jiān)護(hù)效率，降低員工傷亡風(fēng)險，保障生產(chǎn)安全起到一定的參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：長輸管道;燃料氣撬;自動化控制

1 概述

作為長輸油氣管道站場重要的輔助設(shè)備，燃料氣撬通常作為壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)組、生活用氣等管道運行生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備和區(qū)域的燃料來源，是將主管道的高壓氣體調(diào)節(jié)到滿足壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)組所需的低壓燃料氣然后提供給用氣設(shè)備的成套撬裝設(shè)備。作為站場自動化控制系統(tǒng)的第三方設(shè)備之一，燃料氣撬通常配有獨立的控制系統(tǒng)，站控系統(tǒng)通過硬線連接、第三方通訊等方式實現(xiàn)與燃料氣撬的數(shù)據(jù)采集與控制。目前國內(nèi)外大多數(shù)長輸油氣管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬的監(jiān)控參數(shù)通常包括流量、溫度、壓力、加熱器狀態(tài)、報警等，實現(xiàn)了燃料氣撬系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制的基本功能。通過站控系統(tǒng)人機(jī)界面可實現(xiàn)燃料氣撬參數(shù)的讀取、閥門的開關(guān)、流量監(jiān)視、報警管理、事件記錄、歷史趨勢記錄等功能。近年來，隨著運營單位對“精細(xì)化管理”、“節(jié)支降耗”、“安全生產(chǎn)”等管理理念的深入實行，對站場輔助設(shè)備自動化控制水平的要求也逐步提升。如何實現(xiàn)對燃料氣撬更優(yōu)的控制，逐漸成為生產(chǎn)運營單位新的科研課題。

2 目的和必要性

天然氣冰堵是燃料氣撬在生產(chǎn)運行中面臨的主要風(fēng)險因素，其成因主要是氣體減壓時會對外做功，使部分管段溫度降低，氣體中的水蒸氣產(chǎn)生凝結(jié)，嚴(yán)重時導(dǎo)致管段發(fā)生冰堵現(xiàn)象，對局部管段形成冰阻塞。天然氣冰堵現(xiàn)象的發(fā)生會致使關(guān)鍵設(shè)備氣源中斷，導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)鹕a(chǎn)安全事故。目前國內(nèi)多數(shù)長輸油氣管道站場利用加熱爐、電加熱器等加熱設(shè)備對天然氣管路進(jìn)行加熱，或在燃料氣撬、閥門引壓管等易堵管段安裝電伴熱帶，使氣體溫度保持在水露點以上，實際應(yīng)用效果明顯。由此可見，燃料氣撬電加熱器系統(tǒng)是針對性防止和解決冰堵問題的關(guān)鍵設(shè)備。

結(jié)合目前國內(nèi)外已建成長輸油氣管道現(xiàn)狀，燃料氣撬多作為站控系統(tǒng)外獨立成撬的第三方輔助設(shè)備，設(shè)計過程中，僅要求站控系統(tǒng)實現(xiàn)對燃料氣撬的基本數(shù)據(jù)采集和控制，一些關(guān)鍵操作如電加熱系統(tǒng)啟、停、故障復(fù)位、電加熱器溫度遠(yuǎn)程PID調(diào)節(jié)、燃料氣系統(tǒng)故障監(jiān)視等操作則通常需要由操作人員在現(xiàn)場完成，這大大降低了操作效率，增加了操作人員的工作量，對管道的安全平穩(wěn)運行產(chǎn)生了一定的影響，亦不利于節(jié)支降耗的實現(xiàn)。

3 解決方案

根據(jù)上述實際情況，本文對長輸管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的優(yōu)化提升提出了如下建議和解決方案。

3.1 總體思路

在站控系統(tǒng)上完全實現(xiàn)燃料氣撬自有控制系統(tǒng)的全部功能，并將關(guān)鍵參數(shù)納入站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、歷史事件記錄、報警記錄、歷史趨勢等功能。通過站控系統(tǒng)操作員工作站實現(xiàn)對燃料氣撬電加熱器控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制功能;在站控系統(tǒng)操作員工作站上增加電加熱器控制面板，實現(xiàn)電加熱器的遠(yuǎn)程啟停、復(fù)位等功能;在站控系統(tǒng)操作員工作站上增加電加熱器系統(tǒng)狀態(tài)報警頁面，實時顯示電加熱器報警、運行狀態(tài)、溫度、流量等參數(shù);通過遠(yuǎn)程對加熱器進(jìn)行啟?？刂啤囟缺O(jiān)視或者自動PID溫度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)加熱器系統(tǒng)的精準(zhǔn)監(jiān)控，提升加熱器工作效率，達(dá)到節(jié)支降耗的目的;在站控系統(tǒng)中建立數(shù)據(jù)庫，顯示電加熱器參數(shù)的實時趨勢曲線和歷史曲線。

3.2 方案簡述

上述優(yōu)化提升目的的實現(xiàn)，需要從燃料氣撬新增狀態(tài)采集、控制命令增加、RS485串口通訊數(shù)據(jù)采集、PLC程序編寫、上位機(jī)畫面組態(tài)、工作站數(shù)據(jù)庫添加等幾項內(nèi)容出發(fā)，方案如下：

3.2.1 新增狀態(tài)的采集

新增每臺電加熱器的運行、停止?fàn)顟B(tài)和故障報警狀態(tài)。新增的狀態(tài)通過在燃料氣撬電加熱器控制柜和PLC機(jī)柜之間敷設(shè)跨接電纜的形式，實現(xiàn)硬線信號的采集傳輸，將上述信號連接至PLC的備用數(shù)字量通道;在PLC程序中開發(fā)相應(yīng)的程序，采集相應(yīng)信號，分配供人機(jī)界面采集的數(shù)據(jù)地址。其他狀態(tài)如電加熱器的就地遠(yuǎn)控狀態(tài)、手自動狀態(tài)、斷路器、接觸器等狀態(tài)則通過串口通訊方式，通過站控系統(tǒng)已有串口通信設(shè)備或增加串口采集設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

3.2.2 控制命令增加

新增每臺電加熱器的啟動、停止、復(fù)位等命令。需要對燃料氣撬電加熱器控制方式進(jìn)行改造，通過修改接線、增加繼電器等方式，實現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程的雙重控制模式;新增的狀態(tài)通過在燃料氣撬電加熱器控制柜和PLC機(jī)柜之間敷設(shè)跨接電纜的方式實現(xiàn)狀態(tài)采集和命令傳輸，將上述信號連接至PLC的備用數(shù)字量通道;在PLC程序中開發(fā)相應(yīng)的程序，采集相應(yīng)信號，分配供人機(jī)界面采集的數(shù)據(jù)地址。

3.2.3 RS485串口通訊數(shù)據(jù)采集

根據(jù)需求完成對燃料氣撬電加熱系統(tǒng)RS485串口通訊數(shù)據(jù)的采集。對于已有串口通信設(shè)備且設(shè)備有空余通道的站場，將燃料氣撬電加熱器控制器中的相應(yīng)信號，通過RS232-485轉(zhuǎn)換器接入現(xiàn)有串口協(xié)議轉(zhuǎn)換器;在上位機(jī)中完成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫和通訊連接的建立，完成采集。對于沒有串口通信設(shè)備的站場或串口通信設(shè)備無空余端口的情況下，通過增加串口通信模塊、串口通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器的方式實現(xiàn)新增串口信號的采集。

3.2.4 數(shù)據(jù)庫建立和畫面組態(tài)

在站控系統(tǒng)上位機(jī)完成燃料氣撬電加熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、通訊連接的建立，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和下發(fā);在上位機(jī)中建立燃料氣撬電加熱系統(tǒng)的控制面板、組態(tài)畫面、報警、參數(shù)列表、趨勢等。在調(diào)控中心上位機(jī)完成燃料氣撬電加熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、通訊連接的建立、畫面的組態(tài)，實現(xiàn)調(diào)控中心的數(shù)據(jù)采集和下發(fā)。

3.3 預(yù)期效果

燃料氣撬電加熱器系統(tǒng)的優(yōu)化提升本著充分利用現(xiàn)有軟件和硬件設(shè)備和空余通道、原有數(shù)據(jù)庫和上位機(jī)系統(tǒng)的原則，做到用最少的成本和工作量實現(xiàn)預(yù)期功能。電加熱器啟動、停止、運行、故障和復(fù)位等硬線信號接入現(xiàn)有PLC模板的空余通道，通過PLC編程，利用程序?qū)崿F(xiàn)燃料氣撬電加熱系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制;加熱器控制模式、加熱芯溫度、斷路器狀態(tài)、接觸器狀態(tài)等信號，通過站控系統(tǒng)現(xiàn)有通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號采集和傳輸，在現(xiàn)有站控系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫建立和畫面組態(tài)。調(diào)控中心和站場可通過一個單獨的上位機(jī)頁面完成對本站場或全線所有站場全部電加熱器的狀態(tài)監(jiān)視，以及啟、停、復(fù)位等功能，也可以通過點擊圖標(biāo)進(jìn)入單獨站場的加熱器控制界面，實現(xiàn)與現(xiàn)場一樣的更詳細(xì)、更直觀的監(jiān)視和控制功能，實現(xiàn)對加熱器各項性能參數(shù)的全方位實時精準(zhǔn)監(jiān)控，提升加熱器工作效率，達(dá)到減少操作人員工作量和節(jié)支降耗的目的。

通過在站控系統(tǒng)中對電加熱器系統(tǒng)啟、停、復(fù)位、控制模式切換等命令，以及故障報警等狀態(tài)進(jìn)行事件和報警記錄，實現(xiàn)報警、事件的記錄的有跡可循;通過將加熱器溫度、流量等關(guān)鍵模擬量參數(shù)的趨勢記錄，實現(xiàn)加熱器關(guān)鍵參數(shù)歷史趨勢可查;操作人員可通過溫度PID調(diào)節(jié)面板實現(xiàn)從操作員工作站遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)加熱器溫度的目的。

4 結(jié)論和意義

“精細(xì)化管理”和“節(jié)支降耗”是長輸油氣管道發(fā)展的必然趨勢，站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器遠(yuǎn)程控制的優(yōu)化提升能夠有效減少現(xiàn)場操作人員工作量、提高站場輔助設(shè)備的操作及監(jiān)護(hù)效率、降低管道冰堵等安全風(fēng)險，該技術(shù)的推廣將對提升長輸油氣管道自動化控制水平及站場運行管理水平起到一定的積極意義。

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