CNG 混空气掺混驰放气工艺中自控技术的应用

高 娜

本市管道煤气是利用回收化肥厂合成氨驰放气作为城市气源，随着市区煤气用户的不断增加，用气缺口很大，为解决气源供应问题，经过与中国市政工程华北设计院充分论证、综合比较，本着结合实际、兼顾长远的原则，实施利用CNG掺混空气后再与原有驰放气掺混方案，作为城市补充过渡气源。为保证压缩煤层气释放及掺混的安全稳定运行，配套建设一套完整的自动化仪表及数据采集监控系统，极大地提高整个工艺流程的安全性、准确性和方便性。

1 自控系统介绍

系统分为CNG掺混空气和驰放气与CNG混空气掺混两部分。

1)CNG掺混空气。充满压缩天然气(CNG)的撬车通过高压软管与减压释放装置连接，通过高压管路，CNG(20 MPa)进入减压释放装置，先经过一级换热器进行加热，温度达到60℃，加热后的CNG经过一级调压装置，将CNG压力调至1.6 MPa，此时CNG温度降至5℃左右，再进入二级换热器进行加热，把CNG加热至15℃，加热后的CNG经二级调压至1 MPa～1.2 MPa，温度为5℃以上。此过程通过可编程控制器PLC控制一级调压阀开度，从而实现控制流量及压力要求。最后经过增热减压(二次换热、二次减压)的CNG通过文丘里引射装置与空气相混合，掺混成CNG混空气，混空气压力为0.03 MPa～0.05 MPa，文丘里引射装置的结构和尺寸大小基本是固定不变的，混合比例也是基本稳定的，为 CNG∶空气 =0.583∶0.417，整个过程通过 PLC 对调压装置和其他辅助系统进行控制、显示、记录，可全自动运行。

2)CNG混合空气掺混驰放气。CNG混空气掺混驰放气采用等压静态混合器混合，即将CNG混空气和驰放气经调压至相同压力0.03 MPa～0.05 MPa，计量后，通过静态混合器进行混合，掺混过程通过PLC系统控制气动阀开度来实现按比例混合均匀。

2 主要设备及监控参数

2.1 主要设备

在此工艺流程中，最关键设备是减压释放装置中的第一级调压器和控制驰放气与CNG比例的气动调节阀，这两处设备全部选用自带安全切断的气动调节阀。它在无气、无电的情况下，可手动调压;在有气(仪表风)、有电的情况下，可控制进气量控制调压阀开启达到调压和控制流量的目的，流量范围可从0到满量程，既可在小流量工作，也可在大流量工作。可根据出口压力自动打开和关闭，也可根据出口压力要求PLC(置于控制室操作台内)自动调节调压阀开启，达到调压目的。

压力变送器PT与压力开关PS，同时测量同一点压力信号，一个远传，一个就地，保证测量准确和可靠。

选用智能涡轮流量计，该表内置温度、压力传感器，自带温压补偿，将工况流量直接转换成标准流量。

2.2 主要监控内容

入口压力、第一级调压后压力、第二级调压后压力;出口压力、出口天然气温度;第二级调压后的压力开关、出口压力开关状态;报警情况;控制第一级调压阀的调压过程;控制入口系统切断阀、第一级调压阀的开关;控制各路的启停;入混合器CNG混空气压力、流量;入混合气驰放气压力、流量;混合气出口调压后压力。

现场所有模拟量及数字量参数全部远传至控制室PLC内，在控制室内可监视控制整个调压掺混过程，PLC对各类参数进行监测，记录，并输出用于控制站内设备启停的控制信号，人工操作少，可做到无人坚守。

3 自动系统主要功能

3.1 数据采集与传输功能

采集站内工艺运行参数。

3.2 控制功能

全站的启动、停止控制，包括ESD紧急停车;减压释放装置、混气装置、热水锅炉等设备的安全运行监护;工艺参数自动调节控制;压力、温度等参数超限报警及取锁保护控制。

3.3 显示功能

动态流程显示(包括实时运行参数及设备状态);运行参数的动态显示，参数的实时历史趋势图显示;报警画面显示。

3.4 打印功能

报表打印;故障记录打印。

3.5 其他功能

站内数据管理;自诊断自恢复;控制数限及访问数限的限定;数据的安全处理功能。

4 系统特点

4.1 专用性

本控制系统专用于压缩天然气调压站的监测和控制，由常规仪表显示系统和可编程控制器(PLC采集控制)组成，采用西门子PLC对全过程进行监控，整套设备可全自动、半自动和手动控制，可根据入口、出口压力设定范围分别自动启停，根据出口压力或流量自动启停运行。

4.2 安全性

由于压缩天然气调压装置工作压力高，且压力变化范围宽，因此，不仅要求调压设备的安全性，也在自控系统上采取冗余测量并设计多重自保联锁控制，以保证系统安全运行。对于第二级调压出口压力，由压力变送器PT和压力开关PS同时测量，PT信号进入PLC软联锁，PS信号在装置内就地硬联锁，相互独立的安全联锁控制在第一级调压阀关闭时，停止该路工作，同时自动启动备用路，正常供气。

5 结语

该项目采用CNG、驰放气、空气三种气体进行混合，这三种气体气质差别大，压力变化范围宽，自控系统的实施，成功地实现了各气源掺混比例的精确和自动调节，保证CNG释放及混气的正常运行、降低能耗、提高劳动生产率、改善劳动条件，同时加强生产管理、保证安全生产，从而取得较好的综合经济效益。

[1]过程控制技术原理与应用[M].北京:中国电力出版社，2005.

[2]咸庆信，类延法.PLC技术与应用——专业技能入门与精通[M].北京:机械工业出版社，2001.

[3]GB 50028-2006，城镇燃气设计规范[S].