李星星，陳翠翠

（1.中國石油西部管道公司生產(chǎn)運(yùn)行處，新疆烏魯木齊830013;2.中國石油西部管道公司塔里木輸油氣分公司，新疆庫爾勒841000）

天然氣管道壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)

李星星1，陳翠翠2

（1.中國石油西部管道公司生產(chǎn)運(yùn)行處，新疆烏魯木齊830013;2.中國石油西部管道公司塔里木輸油氣分公司，新疆庫爾勒841000）

概述了長輸天然氣管道壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的重要性，確定了遠(yuǎn)程控制的通訊架構(gòu)，著重描述了技術(shù)改造的重點(diǎn)內(nèi)容，詳細(xì)介紹了壓縮機(jī)負(fù)荷分配的控制方式；結(jié)合西氣東輸一線、二線（西段）積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了遠(yuǎn)程控制運(yùn)行中的建議措施。

壓縮機(jī)；遠(yuǎn)程控制；調(diào)控中心；負(fù)荷分配；SCADA系統(tǒng)

1 引言

長輸天然氣管道壓縮機(jī)的功能是給天然氣增壓以維持所要求的輸氣流量，操作控制方式分為遠(yuǎn)程控制和就地控制。因?yàn)樵O(shè)備、控制邏輯等因素，目前大部分站場仍采用中心調(diào)度下令，現(xiàn)場人員就地操作的落后調(diào)控模式，造成管道現(xiàn)場需配置大量的人力用于管道的監(jiān)視與操作。此外，天然氣長輸管道建設(shè)步伐的加快，管道新增的天然氣壓縮機(jī)數(shù)量越來越多，為了滿足天然氣資源優(yōu)化調(diào)配，調(diào)控中心需要經(jīng)常對(duì)各條管線輸氣量進(jìn)行調(diào)整，工作量龐大，對(duì)于實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的遠(yuǎn)控功能具有非常強(qiáng)烈的需求。

2 實(shí)現(xiàn)管道壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制通訊架構(gòu)

第1種途徑，利用現(xiàn)有壓縮機(jī)控制系統(tǒng)與站控SCADA的通訊協(xié)議及PLC間硬線連接方式，將壓縮機(jī)數(shù)據(jù)變量傳輸給站控SCADA系統(tǒng)，站控通過與調(diào)控中心前期配置的通訊路由，將壓縮機(jī)控制權(quán)交給調(diào)控中心；

第2種途徑，通過壓縮機(jī)設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，配置獨(dú)立的通訊路由，在調(diào)控中心加裝壓縮機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給各壓氣站所轄的壓縮機(jī)配置遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、工程師維護(hù)站，可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)遠(yuǎn)程HMI監(jiān)控、控制系統(tǒng)的診斷維護(hù)等功能。

管道調(diào)控遵循安全、平穩(wěn)、高效的原則，在壓縮機(jī)遠(yuǎn)程操作前，要判斷站場工藝及附屬設(shè)備是否滿足條件，考慮到站場工藝、附屬設(shè)備監(jiān)控已在現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并基于調(diào)控中心只下發(fā)啟停命令和管網(wǎng)壓力設(shè)定操作，不需要大量壓縮機(jī)數(shù)據(jù)，壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制選擇第1種途徑。

3 管道壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制改造

壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制改造主要分為3部分：壓縮機(jī)負(fù)荷分配功能投用；站控原有SCADA系統(tǒng)改造；調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)配置。

3.1 壓縮機(jī)負(fù)荷分配控制技術(shù)

要進(jìn)行壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制，首先要實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)負(fù)荷分配功能的投用，通過調(diào)控中心下發(fā)管網(wǎng)壓力設(shè)定值，壓縮機(jī)負(fù)荷分配系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷輸出，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動(dòng)控制。目前負(fù)荷分配投用有等轉(zhuǎn)速、等流量、操作點(diǎn)與喘振線等距離（線性比例）3種方式：

（1）西氣東輸一線、二線RR壓縮機(jī)負(fù)荷分配采用等轉(zhuǎn)速和喘振裕度交叉控制。改造過程中，硬件上未設(shè)置獨(dú)立的負(fù)荷分配控制器，在每臺(tái)機(jī)組UCP和PCS控制器內(nèi)寫入負(fù)荷分配控制邏輯。在RR壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速大于3050 r/min，防喘閥關(guān)閉時(shí)，負(fù)荷分配功能起作用。當(dāng)多臺(tái)機(jī)組喘振裕度在依3之內(nèi)，等轉(zhuǎn)速控制負(fù)荷分配輸出，通過計(jì)算管網(wǎng)壓力與其設(shè)定點(diǎn)的偏差，比例-積分-微分響應(yīng)，解耦出轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)負(fù)荷輸出；當(dāng)多臺(tái)機(jī)組喘振裕度超出依3，喘振裕度差控制負(fù)荷分配輸出，按照定比率對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)速進(jìn)行遞減或遞增。最終實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定目標(biāo)，理想條件下，多臺(tái)機(jī)組的轉(zhuǎn)速、喘振裕度相等。

（2）西氣東輸一線、二線GE壓縮機(jī)負(fù)荷分配采用等流量控制。改造過程中，西一線GE壓縮機(jī)硬件上未設(shè)置獨(dú)立的負(fù)荷分配控制器；西二線GE壓縮機(jī)利用原有獨(dú)立的負(fù)荷分配控制柜，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)試。負(fù)荷分配控制器計(jì)算出管網(wǎng)壓力與其設(shè)定點(diǎn)的偏差，通過比例-積分響應(yīng)，解耦出流量負(fù)荷控制值。各臺(tái)機(jī)組根據(jù)壓縮機(jī)入口流量差壓信號(hào)、防喘閥閥位控制信號(hào)，耦合出當(dāng)前運(yùn)行的流量負(fù)荷值。將流量負(fù)荷控制值與實(shí)際運(yùn)行流量負(fù)荷做差法運(yùn)算，輸出升、降指令。在調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，當(dāng)運(yùn)行工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振控制線時(shí)，降速指令執(zhí)行壓縮機(jī)降速，升速指令執(zhí)行壓縮機(jī)升速和防喘閥關(guān)閥命令；當(dāng)運(yùn)行工作點(diǎn)靠近喘振控制線時(shí)，升速指令執(zhí)行壓縮機(jī)升速，減速指令執(zhí)行壓縮機(jī)降速和防喘閥開發(fā)命令。GE壓縮機(jī)負(fù)荷分配控制過程，交叉了壓縮機(jī)防喘振控制的計(jì)算。通過對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、防喘閥的調(diào)整，多臺(tái)機(jī)組達(dá)到流量負(fù)荷量的平衡，最終實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定目標(biāo)。

（3）對(duì)于不同廠商、不同機(jī)型的壓縮機(jī)，在壓縮機(jī)負(fù)荷分配投用后，要求多臺(tái)機(jī)組的出功相同，確保運(yùn)行效率最優(yōu)，負(fù)荷分配方式要選擇操作點(diǎn)與喘振線等距離（線性比例）控制，并獨(dú)立設(shè)置負(fù)荷分配控制器。根據(jù)壓縮機(jī)的工作性能曲線（見圖1），結(jié)合運(yùn)行工作點(diǎn)，量化出每臺(tái)壓縮機(jī)的負(fù)荷變量，負(fù)荷變量與對(duì)應(yīng)的喘振裕度值呈線性函數(shù)關(guān)系，負(fù)荷控制器計(jì)算出多臺(tái)壓縮機(jī)負(fù)荷的平均值。每臺(tái)機(jī)組根據(jù)自身負(fù)荷與平均負(fù)荷值得偏差，通過比例-積分-微分負(fù)荷平衡響應(yīng)，將響應(yīng)結(jié)果增加到壓縮機(jī)性能控制中，調(diào)整壓縮機(jī)速度設(shè)定。最終結(jié)果，調(diào)整每臺(tái)參與負(fù)荷分配的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到所有壓縮機(jī)的操作點(diǎn)與喘振控制線的距離相等。

3.2 站控原有SCADA系統(tǒng)改造

站控SCADA系統(tǒng)已經(jīng)采集站場工藝、附屬設(shè)備數(shù)據(jù)點(diǎn)用于監(jiān)控，需要增加與壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制的相關(guān)程序，增加壓縮機(jī)UCP與站控SCADA關(guān)鍵點(diǎn)的電纜連接，在操作界面組態(tài)相應(yīng)的監(jiān)控畫面，對(duì)修改后的邏輯進(jìn)行測試，檢驗(yàn)是否滿足壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制的要求。

站控SCADA需要增加壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制的程序主要包括：

（1）遠(yuǎn)程啟動(dòng)前的機(jī)組狀態(tài)確認(rèn)；

（2）站場UPS、過濾分離器、空壓機(jī)儀表風(fēng)、可燃?xì)怏w檢測、火災(zāi)檢測、自用氣、壓縮機(jī)廠房風(fēng)機(jī)、站場工藝等正常運(yùn)行狀態(tài)作為遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)的先決條件；

（3）壓縮機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止的順控邏輯等內(nèi)容。

3.3 調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)配置

調(diào)控中心對(duì)壓氣站遠(yuǎn)程控制的配置主要是對(duì)壓縮機(jī)組監(jiān)視畫面及相關(guān)信息顯示的組態(tài)，與站控SCADA系統(tǒng)進(jìn)行功能調(diào)試，新增配置內(nèi)容如下：

（1）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停機(jī)功能；

（2）在操作員工作站（HMI）上增加機(jī)組負(fù)荷分配控制器操作界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)、出站壓力進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；同時(shí)組態(tài)壓縮機(jī)的工作曲線圖和主要監(jiān)視參數(shù)；

（3）在HMI上組態(tài)機(jī)組啟機(jī)順序進(jìn)程和停機(jī)順序進(jìn)程及相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)；

（4）在HMI上組態(tài)壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)的主要報(bào)警信息；

（5）組態(tài)多臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行的工藝流程畫面；

（6）增加站場與調(diào)控中心的數(shù)據(jù)通斷檢測功能。

4 管道壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制建議措施

4.1 確保站場設(shè)備和儀表功能的完整性

由于站場輔助設(shè)備故障、報(bào)警、反饋信號(hào)丟失、工藝氣的壓力和溫度等條件不滿足，風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)遠(yuǎn)控功能失效，通訊中斷等問題，造成遠(yuǎn)程啟動(dòng)進(jìn)程不能執(zhí)行。需加強(qiáng)設(shè)備和儀表巡檢、維護(hù)工作，確保功能完整性。

4.2 控制權(quán)限切換方法

就地控制運(yùn)行的壓縮機(jī)切換到遠(yuǎn)程控制前，站場輔助設(shè)備準(zhǔn)備條件與遠(yuǎn)程啟動(dòng)壓縮機(jī)檢查內(nèi)容相同；操作人員要熟練掌握遠(yuǎn)程控制原理，為降低長時(shí)間擾動(dòng)調(diào)節(jié)，切換前調(diào)整壓縮機(jī)的設(shè)定負(fù)荷值，盡可能接近壓縮機(jī)當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷值；最終確?？刂茩?quán)切換中避免機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)，降低管網(wǎng)壓力大幅波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制運(yùn)行中建議

定期校驗(yàn)壓縮機(jī)流量元件、溫度、壓力等檢測儀表，保證信號(hào)準(zhǔn)確度，提高流量檢測信號(hào)的掃描頻率，確保壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制的穩(wěn)定性、精確性；當(dāng)管道運(yùn)行輸量大，部分壓氣站運(yùn)行單臺(tái)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速未到達(dá)最高轉(zhuǎn)速，由于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)有飽和流量，負(fù)荷分配邏輯對(duì)應(yīng)設(shè)置了最大流量限制，當(dāng)超過壓縮機(jī)流量限制時(shí)，遠(yuǎn)程控制也不能繼續(xù)提升壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，建議增加壓縮機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；當(dāng)管道運(yùn)行輸量低，壓縮機(jī)防喘閥不能關(guān)閉，流量回流運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)負(fù)荷分配功能不能正常投用，造成壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制失效，建議合理調(diào)配全線壓縮機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，確保管輸量能保證防喘閥正常關(guān)閉。

隨著長輸天然氣管網(wǎng)全面鋪開建設(shè)，調(diào)控中心急需對(duì)壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在遠(yuǎn)程控制改造過程，要全面考慮投入運(yùn)行的穩(wěn)定性、精確性、易操作性。壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)推廣，對(duì)長輸天然氣管道的統(tǒng)一監(jiān)控管理意義重大。

[1] 徐忠.離心式壓縮機(jī)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[2] 鄧?yán)?ControlLogix系統(tǒng)實(shí)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 李勇輝.GE燃?xì)廨啓C(jī)MARK VI控制系統(tǒng)研究及調(diào)試[D].浙江大學(xué)：碩士學(xué)位論文，2007.

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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，陜西榆林人，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國石油西部管道公司生產(chǎn)運(yùn)行處，主要從事長輸天然氣管道壓縮機(jī)運(yùn)行管理工作。

2015-07-20