基于远程电磁控制的输气场站供气支路稳压系统研究

张健 (山东省天然气管道有限责任公司，山东 济南 250010)

0 引言

目前，随着经济社会快速发展、国家能源战略调整，天然气作为清洁能源，得到了越来越广泛的应用。通常情况下，气田气及LNG资源等气源通过长输天然气管网输送到沿线各地，并通过输气场站分输至各个用户。对于某一固定用户来说，供气流程通常设置一用一备2条支路，每条支路主要包括计量、调压2个部分；由于不同气量需求和管存容积的差异，部分用户(通常为小用气量用户、调峰用户) 会采取间歇性供气模式，即在一个供气周期内需要对供气阀门进行至少1次启停操作。根据目前管理现状，由于阀门内漏、压差冲击等因素影响，开停气往往需要人工辅助操作，在增加人工成本的同时大大制约行业自动化、智能化发展进程[1-2]。因此，通过某种方式实现间歇性供气用户的远程自动控制对于节约成本、提高效率、促进自动化水平提升尤为重要。

1 现行间歇性供气用户供气方式研究

通过调研分析，目前输气场站向下游用户进行分输的流程自上游至下游分别为：电动球阀 (可远程开关，无法对开度进行控制)、计量撬、调压撬 (包括紧急切断阀SSV、监控调压阀PCV、工作调压阀PV)、手动球阀。如要对下游用户进行停气，通常会首先关闭工作调压阀，而由于工作调压阀在供气过程中需要频繁动作，绝大部分会存在不同程度内漏，因此在关闭工作调压阀的基础上需要同时关闭上游电动球阀。同时由于工作调压阀普遍内漏，通常会导致上游电动球阀下游整个供气支路压力与用户分输压力趋于一致，电动球阀上下游会产生压差,如图1所示。

图1 某输气场站下游用户停气后压力变化情况

当下游用户需要开气时，需要先打开供气支路上游电动球阀，再打开工作调压阀，通过合理调节工作调压阀开度使压力或瞬时流量维持在下游用户需求范围。由于供气支路上游电动球阀上下游存在压差，因此在开启过程中通常会采取两种操作模式：一是在现有压差基础上直接全部打开 (可通过手动、就地电动、远程电动等方式实现，如果选择远程电动，可摆脱现场对人工操作的依赖，但会对供气支路产生很大震动且易导致监控调压阀皮膜损坏)；另一种是先手动轻微开启产生过流，上下游压力平衡后再全部打开 (无法摆脱现场人工辅助操作)。因此，比较理想的运行模式有两种，一是保持现有运行工况，人工辅助开停气；二是通过对现场合理改造或优化，使停气后上游电动球阀上下游保持压力相对稳定，开气时可直接对阀门进行远程开关。

考虑到人力成本节约及智能化控制水平的提升，通过某种方式实现下游用户供气模式的远程自动控制尤为重要。经过对相关文献等进行搜索查证，目前尚无有效的办法实现该种运行工况。

2 基于远程电磁控制的供气支路稳压方式研究

基于远程电磁控制的供气支路稳压方式，是根据现在常用调压撬的结构原理和工作特点，在监控调压阀PCV上游引压管处安装电磁阀 (位于根部取压和监控调压阀PCV的稳压器之间)，并将控制信号连接至PLC机柜、上位机控制界面[3-4]。

表1 远程电磁控制系统应用前后压力变化对比情况

远控电磁阀在正常供气时处于常开状态，当下游用户需要停止供气时，首先远程关闭调压撬上工作调压阀PV，然后通过上位机控制界面发出关闭远控电磁阀指令 (此时监控调压阀PCV失去上游动力气源，在主阀弹簧预紧力的作用下阀芯关闭)，最后远程电动关闭供气支路上游电动球阀。当需要开气时，首先远程电动打开供气支路上游电动球阀，再通过上位机控制界面发出开启远控电磁阀指令 (此时监控调压阀PCV上游动力气源得到补充，其上游与下游引压之间产生压差，这一压差会通过稳压器、指挥器之后在短时间内作用到监控调压阀PCV主皮膜两侧，进而克服弹簧预紧力致使阀芯打开)，最后远程打开调压撬上工作调压阀PV，根据下游用户气量和压力需求调节至合适开度，恢复正常供气状态。具体如图2、图3所示。

图2 基于远程电磁控制的供气支路稳压系统原理图

图3 远控电磁阀关闭开启动态分析图

3 应用效果分析

为验证远程电磁控制系统的稳压效果，在某场站进行测试，重点对两种工况下压力变化情况进行对比分析：一是未安装远程电磁控制系统时，下游用户停气以后供气支路电动球阀下游压力变化情况；二是应用远程电磁控制系统时，下游用户停气以后供气支路电动球阀下游压力变化情况。具体数值变化对比情况如表1所示，压力变化趋势如图4所示。

图4 应用远程电磁控制系统后压力变化趋势

通过数据对比及压力变化趋势图可以看出，远程电磁控制系统具有良好的稳压效果。

4 结语

(1)基于远程电磁控制的输气场站供气支路稳压系统具有良好的密封和稳压效果，能够有效避免现有供气模式下瞬时开气对计量调压等设备的冲击，同时能够完全摆脱开停气对人工辅助操作的依赖，具有良好的应用效果和应用前景。

(2)基于远程电磁控制的输气场站供气支路稳压系统可利用现有设备及线路，改造成本低，改造方式容易实现，具有良好的适应性和适用效果。