天然气管道压缩机远程控制技术

李星星，陈翠翠

（1.中国石油西部管道公司生产运行处，新疆乌鲁木齐830013;2.中国石油西部管道公司塔里木输油气分公司，新疆库尔勒841000）

天然气管道压缩机远程控制技术

李星星1，陈翠翠2

（1.中国石油西部管道公司生产运行处，新疆乌鲁木齐830013;2.中国石油西部管道公司塔里木输油气分公司，新疆库尔勒841000）

概述了长输天然气管道压缩机远程控制技术的重要性，确定了远程控制的通讯架构，着重描述了技术改造的重点内容，详细介绍了压缩机负荷分配的控制方式；结合西气东输一线、二线（西段）积累的运行经验，提出了远程控制运行中的建议措施。

压缩机；远程控制；调控中心；负荷分配；SCADA系统

1 引言

长输天然气管道压缩机的功能是给天然气增压以维持所要求的输气流量，操作控制方式分为远程控制和就地控制。因为设备、控制逻辑等因素，目前大部分站场仍采用中心调度下令，现场人员就地操作的落后调控模式，造成管道现场需配置大量的人力用于管道的监视与操作。此外，天然气长输管道建设步伐的加快，管道新增的天然气压缩机数量越来越多，为了满足天然气资源优化调配，调控中心需要经常对各条管线输气量进行调整，工作量庞大，对于实现压缩机的远控功能具有非常强烈的需求。

2 实现管道压缩机远程控制通讯架构

第1种途径，利用现有压缩机控制系统与站控SCADA的通讯协议及PLC间硬线连接方式，将压缩机数据变量传输给站控SCADA系统，站控通过与调控中心前期配置的通讯路由，将压缩机控制权交给调控中心；

第2种途径，通过压缩机设备级网络，配置独立的通讯路由，在调控中心加装压缩机数据采集系统，给各压气站所辖的压缩机配置远程监控终端、工程师维护站，可实现压缩机远程HMI监控、控制系统的诊断维护等功能。

管道调控遵循安全、平稳、高效的原则，在压缩机远程操作前，要判断站场工艺及附属设备是否满足条件，考虑到站场工艺、附属设备监控已在现有SCADA系统实现，并基于调控中心只下发启停命令和管网压力设定操作，不需要大量压缩机数据，压缩机远程控制选择第1种途径。

3 管道压缩机远程控制改造

压缩机远程控制改造主要分为3部分：压缩机负荷分配功能投用；站控原有SCADA系统改造；调控中心监控系统配置。

3.1 压缩机负荷分配控制技术

要进行压缩机远程控制，首先要实现压缩机负荷分配功能的投用，通过调控中心下发管网压力设定值，压缩机负荷分配系统自动调整各台机组的负荷输出，实现管网压力的自动控制。目前负荷分配投用有等转速、等流量、操作点与喘振线等距离（线性比例）3种方式：

（1）西气东输一线、二线RR压缩机负荷分配采用等转速和喘振裕度交叉控制。改造过程中，硬件上未设置独立的负荷分配控制器，在每台机组UCP和PCS控制器内写入负荷分配控制逻辑。在RR压缩机转速大于3050 r/min，防喘阀关闭时，负荷分配功能起作用。当多台机组喘振裕度在依3之内，等转速控制负荷分配输出，通过计算管网压力与其设定点的偏差，比例-积分-微分响应，解耦出转速控制信号，调节压缩机负荷输出；当多台机组喘振裕度超出依3，喘振裕度差控制负荷分配输出，按照定比率对当前转速进行递减或递增。最终实现管网压力达到设定目标，理想条件下，多台机组的转速、喘振裕度相等。

（2）西气东输一线、二线GE压缩机负荷分配采用等流量控制。改造过程中，西一线GE压缩机硬件上未设置独立的负荷分配控制器；西二线GE压缩机利用原有独立的负荷分配控制柜，对控制参数进行修改调试。负荷分配控制器计算出管网压力与其设定点的偏差，通过比例-积分响应，解耦出流量负荷控制值。各台机组根据压缩机入口流量差压信号、防喘阀阀位控制信号，耦合出当前运行的流量负荷值。将流量负荷控制值与实际运行流量负荷做差法运算，输出升、降指令。在调整压缩机转速时，当运行工作点远离喘振控制线时，降速指令执行压缩机降速，升速指令执行压缩机升速和防喘阀关阀命令；当运行工作点靠近喘振控制线时，升速指令执行压缩机升速，减速指令执行压缩机降速和防喘阀开发命令。GE压缩机负荷分配控制过程，交叉了压缩机防喘振控制的计算。通过对压缩机转速、防喘阀的调整，多台机组达到流量负荷量的平衡，最终实现管网压力达到设定目标。

（3）对于不同厂商、不同机型的压缩机，在压缩机负荷分配投用后，要求多台机组的出功相同，确保运行效率最优，负荷分配方式要选择操作点与喘振线等距离（线性比例）控制，并独立设置负荷分配控制器。根据压缩机的工作性能曲线（见图1），结合运行工作点，量化出每台压缩机的负荷变量，负荷变量与对应的喘振裕度值呈线性函数关系，负荷控制器计算出多台压缩机负荷的平均值。每台机组根据自身负荷与平均负荷值得偏差，通过比例-积分-微分负荷平衡响应，将响应结果增加到压缩机性能控制中，调整压缩机速度设定。最终结果，调整每台参与负荷分配的压缩机转速，达到所有压缩机的操作点与喘振控制线的距离相等。

3.2 站控原有SCADA系统改造

站控SCADA系统已经采集站场工艺、附属设备数据点用于监控，需要增加与压缩机远程控制的相关程序，增加压缩机UCP与站控SCADA关键点的电缆连接，在操作界面组态相应的监控画面，对修改后的逻辑进行测试，检验是否满足压缩机远程控制的要求。

站控SCADA需要增加压缩机远程控制的程序主要包括：

（1）远程启动前的机组状态确认；

（2）站场UPS、过滤分离器、空压机仪表风、可燃气体检测、火灾检测、自用气、压缩机厂房风机、站场工艺等正常运行状态作为远程启动压缩机的先决条件；

（3）压缩机远程启动、停止的顺控逻辑等内容。

3.3 调控中心监控系统配置

调控中心对压气站远程控制的配置主要是对压缩机组监视画面及相关信息显示的组态，与站控SCADA系统进行功能调试，新增配置内容如下：

（1）实现远程启停机功能；

（2）在操作员工作站（HMI）上增加机组负荷分配控制器操作界面，实现对进、出站压力进行参数设定；同时组态压缩机的工作曲线图和主要监视参数；

（3）在HMI上组态机组启机顺序进程和停机顺序进程及相关的运行参数；

（4）在HMI上组态压缩机辅助系统的主要报警信息；

（5）组态多台压缩机同时运行的工艺流程画面；

（6）增加站场与调控中心的数据通断检测功能。

4 管道压缩机远程控制建议措施

4.1 确保站场设备和仪表功能的完整性

由于站场辅助设备故障、报警、反馈信号丢失、工艺气的压力和温度等条件不满足，风机、空压机远控功能失效，通讯中断等问题，造成远程启动进程不能执行。需加强设备和仪表巡检、维护工作，确保功能完整性。

4.2 控制权限切换方法

就地控制运行的压缩机切换到远程控制前，站场辅助设备准备条件与远程启动压缩机检查内容相同；操作人员要熟练掌握远程控制原理，为降低长时间扰动调节，切换前调整压缩机的设定负荷值，尽可能接近压缩机当前实际负荷值；最终确保控制权切换中避免机组非计划停机，降低管网压力大幅波动的风险。

4.3 压缩机远程控制运行中建议

定期校验压缩机流量元件、温度、压力等检测仪表，保证信号准确度，提高流量检测信号的扫描频率，确保压缩机远程控制的稳定性、精确性；当管道运行输量大，部分压气站运行单台压缩机，压缩机转速未到达最高转速，由于压缩机设计有饱和流量，负荷分配逻辑对应设置了最大流量限制，当超过压缩机流量限制时，远程控制也不能继续提升压缩机转速，建议增加压缩机的运行台数；当管道运行输量低，压缩机防喘阀不能关闭，流量回流运行时，压缩机负荷分配功能不能正常投用，造成压缩机远程控制失效，建议合理调配全线压缩机运行台数，确保管输量能保证防喘阀正常关闭。

随着长输天然气管网全面铺开建设，调控中心急需对压缩机等关键设备进行远程控制，在远程控制改造过程，要全面考虑投入运行的稳定性、精确性、易操作性。压缩机远程控制技术推广，对长输天然气管道的统一监控管理意义重大。

[1] 徐忠.离心式压缩机原理[M].北京：机械工业出版社，1990.

[2] 邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 李勇辉.GE燃气轮机MARK VI控制系统研究及调试[D].浙江大学：硕士学位论文，2007.

[4] 吴九辅.仪表控制系统[M].北京：石油工业出版社，2000. [5] 闫宝东，李国兴.天然气管道现场技术与管理文集[M].北京：石油工业出版社，2006.

Remote Control Technology for Compressor in Natural Gas Pipeline

LI Xing-xing1,CHEN Cui-cui2
(1.Production Department,PetroChina West Pipeline Company,Urumqi 830013,China;2.PetroChina West Pipeline Company Tarim Branch,Korla 841000,China)

This paper outlined the importance of remote control technology for compressors in long distance natural gas pipeline.It has determined the communication structure of remote control,focused on the main content of technical transformation,and introduced the control methods of compressor loads sharing in detail.Combined with experience of west-east gas line and second line (western),some measures and suggestions are contributed to the remote control for compressors.

compressor;remote control;control center;load sharing;SCADA system

TH45

B

1006-2971（2015）06-0051-03

李星星（1987-），男，陕西榆林人，毕业于中国石油大学（华东），工学硕士学位，现就职于中国石油西部管道公司生产运行处，主要从事长输天然气管道压缩机运行管理工作。

2015-07-20