王冠霖（中國(guó)石油西部管道公司生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心，北京 102200 ）

1 引言

西氣東輸二線(xiàn)工程是目前全世界線(xiàn)路最長(zhǎng)的天然氣管道，起于新疆霍爾果斯，止于香港。途經(jīng)15省，全長(zhǎng)5000公里，2012年全線(xiàn)建成投產(chǎn)。西氣東輸二線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西二線(xiàn)）西段共計(jì)34臺(tái)燃驅(qū)機(jī)組，12臺(tái)電驅(qū)機(jī)組。燃驅(qū)機(jī)組作為主配機(jī)型，其正常平穩(wěn)運(yùn)行是安全生產(chǎn)工作要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

西二線(xiàn)燃驅(qū)機(jī)組從2008年陸續(xù)投產(chǎn)，2012年全線(xiàn)投運(yùn)。數(shù)年的運(yùn)行磨合，燃驅(qū)機(jī)組暴露出很多問(wèn)題。機(jī)務(wù)系統(tǒng)主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的“跑冒滴漏”，問(wèn)題很容易就得到了處理。控制系統(tǒng)的問(wèn)題主要包括邏輯偏差保護(hù)、燃料氣調(diào)節(jié)閥門(mén)、入口可調(diào)導(dǎo)葉、燃料氣放空閥門(mén)。

2 防冰高偏差保護(hù)報(bào)警跳機(jī)

2.1 運(yùn)行背景

燃驅(qū)機(jī)組防冰控制僅考慮環(huán)境溫度因素，燃機(jī)入口未安裝濕度計(jì)，忽略了現(xiàn)場(chǎng)濕度對(duì)結(jié)冰條件的影響?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，防冰高偏差保護(hù)報(bào)警頻繁，導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。

2.2 優(yōu)化技術(shù)

（1）增加濕度計(jì)

濕度計(jì)選型，量程為0～100%RH，輸出信號(hào)為4～20mA。在濕度計(jì)與PLC硬件之間的信號(hào)通道上加入隔離柵，保證模擬量信號(hào)隔離。隔離柵的選型要求：輸入輸出信號(hào)皆為4～20mA，供電電源24V DC。

（2）增加選擇或使能模塊

選擇模塊，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度達(dá)到結(jié)冰條件時(shí)，防冰高偏差值可以取小值；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度未達(dá)到結(jié)冰條件時(shí)，防冰高偏差值可以取大值，以降低防冰高偏差保護(hù)報(bào)警跳機(jī)頻率。

使能模塊：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度達(dá)到結(jié)冰條件時(shí)，防冰高偏差保護(hù)報(bào)警跳機(jī)指令正常啟動(dòng)；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度未達(dá)到結(jié)冰條件時(shí)，防冰高偏差保護(hù)報(bào)警跳機(jī)指令不啟動(dòng)。

（3）通道組態(tài)及量程標(biāo)定

T40的模擬量通道配置位于T40HardwareDistributed I/OUCP2PAIC-2A1模塊上，選用未使用的通道Analog Input 09，通道組態(tài)及量程標(biāo)定如表1所示。

表1 通道組態(tài)及量程標(biāo)定

（4）程序優(yōu)化

T40/Software/Auxiliaries/Antiice/Antiice/_comment_4 Antiice control fault 的程序段內(nèi)，防冰控制程序如圖1所示。

圖1 防冰控制程序

防冰入口溫度設(shè)定值A(chǔ)20AI_SET減去低壓壓氣機(jī)入口溫度AT2MNSET之差大于防冰高偏差報(bào)警設(shè)定值K26_AI_ALM（默認(rèn)值為7℉），或者低壓壓氣機(jī)進(jìn)口溫度傳感器故障信號(hào)AT2ALLFLT為1，如果同時(shí)防冰主控信號(hào)L4AI為1，則狀態(tài)持續(xù)5分鐘后，觸發(fā)防冰高偏差信號(hào)L26AIA和防冰高偏差故障報(bào)警L26AIA_ALM。防冰高偏差信號(hào)L26AIA為1持續(xù)15分鐘后，觸發(fā)防冰控制高偏差故障信號(hào)L26AIS和防冰高偏差故障停機(jī)報(bào)警L26AIS_ALM。其中，防冰高偏差報(bào)警設(shè)定值K26_AI_ALM的參數(shù)設(shè)置時(shí)，未充分考慮現(xiàn)場(chǎng)濕度條件，只是依據(jù)溫度條件來(lái)判斷報(bào)警值輸出，是防冰高偏差保護(hù)報(bào)警頻繁跳機(jī)的主要原因。

當(dāng)大氣的相對(duì)濕度比較大，晝夜溫差也比較大時(shí)，空氣中的一部分水蒸汽會(huì)自然析出水滴，凝結(jié)成露，當(dāng)大氣溫度持續(xù)下降至0℃以下時(shí)，水滴會(huì)形成小冰塊，危害燃機(jī)運(yùn)行安全。因此，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度值和現(xiàn)場(chǎng)濕度值兩種因素時(shí)，防冰控制程序的判斷結(jié)冰條件會(huì)比較完整。在原程序的基礎(chǔ)上，添加防冰高偏差報(bào)警設(shè)定值K26_AI_ALM的選擇模塊、使能模塊如圖2～3所示。

圖2 選擇模塊

相對(duì)濕度Relative_Humidity_Real的值大于50%（可調(diào)整）時(shí)，防冰高偏差報(bào)警設(shè)定值K26_AI_ALM取7℉，否則防冰高偏差報(bào)警設(shè)定值K26_AI_ALM取值為20℉。

圖3 使能模塊

相對(duì)濕度Relative_Humidity_Real的值不大于50%（可調(diào)整）時(shí)，防冰控制高偏差故障L26AIS和防冰高偏差故障停機(jī)報(bào)警L26AIS_ALM不啟動(dòng)（信號(hào)始終為0）；當(dāng)相對(duì)濕度Relative_Humidity_Real的值大于50%時(shí)，防冰控制高偏差故障信號(hào)L26AIS和防冰高偏差故障停機(jī)報(bào)警L26AIS_ALM，由防冰高偏差信號(hào)L26AIA的值決定。

3 燃料氣調(diào)節(jié)閥故障

3.1 運(yùn)行背景

燃料氣調(diào)節(jié)閥故障導(dǎo)致燃驅(qū)機(jī)組無(wú)法正常啟機(jī)或無(wú)法正常停機(jī)，對(duì)故障的燃料氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行拆解發(fā)現(xiàn)正常磨損造成工作卡澀是故障的主要原因。新產(chǎn)品的訂購(gòu)和在用產(chǎn)品的維修均受制于燃驅(qū)機(jī)組國(guó)外總包商，商務(wù)報(bào)價(jià)無(wú)談判空間，訂購(gòu)（維修）周期也無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)行要求，替代產(chǎn)品的選型由此顯得極為迫切。

3.2 優(yōu)化技術(shù)

燃驅(qū)機(jī)組在某一工況下運(yùn)行時(shí)，其所需要的燃?xì)饬髁繛楣潭ㄖ?。根?jù)燃?xì)饬髁啃枨螅O(jiān)測(cè)燃料系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)（如燃料氣調(diào)節(jié)閥閥前壓力、閥后壓力、燃?xì)夤鉁囟鹊龋?，結(jié)合燃料氣調(diào)節(jié)閥閥組特性系數(shù)，包括：燃料組分、閥門(mén)通流特性，可以得到與工況相對(duì)應(yīng)的燃料氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度指令。

不同廠家的閥組特性不同，開(kāi)度與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不同。無(wú)論開(kāi)度與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如何變化，只要燃料氣調(diào)節(jié)閥可以滿(mǎn)足特定工況下的燃?xì)饬髁啃枨?，就可以保證燃驅(qū)機(jī)組正常運(yùn)行。

由此確定在不改變?nèi)简?qū)機(jī)組原有燃燒控制邏輯的情況下，重新配置控制程序中的燃料閥特性，針對(duì)不同閥組特性差異，改變?nèi)細(xì)饬髁颗c燃料氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度之間的關(guān)系，使新的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度指令與機(jī)組所需的燃?xì)饬髁肯鄬?duì)應(yīng)，可做到燃料氣調(diào)節(jié)閥的替換。

考慮到燃驅(qū)機(jī)組燃燒系統(tǒng)的特殊性，以航改型燃機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用較廣的某型號(hào)燃料氣調(diào)節(jié)閥為例做出替換方案。

（1）通道組態(tài)及量程標(biāo)定：此優(yōu)化內(nèi)容主要為程序替換，應(yīng)用原有硬件組態(tài)及軟件通道即可，無(wú)新增程序標(biāo)簽。

（2）程序變更：T10 SoftwareGASFUELSYSGFMVCTRL\_comment LM_GFMVPOS的程序段內(nèi)，燃料氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度計(jì)算程序如圖4所示。

圖4 燃料氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度計(jì)算程序

氣體燃料打開(kāi)標(biāo)簽激活指令GFUEL_ON為1，且燃料閥手動(dòng)命令CALFM_CMD為0時(shí)，燃料氣調(diào)節(jié)閥位置請(qǐng)求（開(kāi)度）gfmvposcmd的值，可以根據(jù)燃料氣調(diào)節(jié)閥流量需求S_WFGMVDMD、燃?xì)忾y閥前選擇壓力GP1SEL、閥后選擇壓力GP2SEL、燃料氣供應(yīng)溫度TFUEL_SEL、燃料氣特定重量系數(shù)KZGASSEL（常數(shù)，典型值為0.96，取值范圍為0.7～1）、燃料氣特定重量系數(shù)KSGSEL（常數(shù)，典型值為0.585，取值范圍為0.5～1）、燃料氣精確加熱比率KCPCVSEL（常數(shù)，典型值為1.3，取值范圍為1.001～1.4）等7個(gè)參數(shù)變量，查燃料閥組特性表TableGFMV得到。燃料氣調(diào)節(jié)閥特性部分，位于T10 SoftwareGASFUELSYSFuelSYS TableTable DefinitionsTableGFMV的程序段內(nèi)，特性關(guān)系如圖5所示。

圖5 燃料氣調(diào)節(jié)閥特性關(guān)系

橫坐標(biāo)為燃料氣調(diào)節(jié)閥閥后選擇壓力GP2SEL與閥前選擇壓力GP1SEL比值；縱坐標(biāo)為燃料氣調(diào)節(jié)閥7個(gè)閥組特性參數(shù)根據(jù)閥組公式的計(jì)算值EFA，其意義可以表征閥組的通流量。根據(jù)橫縱坐標(biāo)的實(shí)時(shí)值，即可得到燃料氣調(diào)節(jié)閥的實(shí)時(shí)開(kāi)度。

在燃驅(qū)機(jī)組上安裝新的燃料氣調(diào)節(jié)閥后，將新的閥組特性輸入到此表格內(nèi)，或根據(jù)閥組特性公式，由閥前壓力GP1SEL、閥后壓力GP2SEL、燃料氣調(diào)節(jié)閥流量需求S_WFGMVDMD以及燃?xì)鉁囟萒FUEL_SEL計(jì)算出燃料氣調(diào)節(jié)閥閥門(mén)開(kāi)度請(qǐng)求gfmvposcmd，即可在控制程序內(nèi)完成閥組特性的替換。

作為替用選型的某燃料氣調(diào)節(jié)閥閥組特性公式：

（a）GP1SEL>2×GP2SEL,

CV=(K1×S_WFGMVDMD×SQR((TFUEL_SEL-32)/1.8+273.15))/( GP1SEL×1000)

（b）GP1SEL<2×GP2SEL,

CV=(K2×S_WFGMVDMD×SQR((TFUEL_SEL-32)/1.8+273.15))/(SQR(GP1SEL×GP1SEL–GP2SEL×GP2SEL)×1000)

GP1SEL為閥前壓力、GP2SEL為閥后壓力、S_WFGMVDMD為燃料氣調(diào)節(jié)閥流量需求、TFUEL_SEL為燃?xì)鉁囟?、CV為燃料閥流量系數(shù)。閥組參數(shù)K1、K2以及燃料閥流量系數(shù)CV與閥開(kāi)度之間的具體關(guān)系由閥門(mén)廠家提供或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況標(biāo)定。

4 入口可調(diào)導(dǎo)葉、燃料氣放空閥反饋異常

4.1 運(yùn)行背景

燃驅(qū)機(jī)組入口可調(diào)導(dǎo)葉、燃料氣放空閥門(mén)反饋異常導(dǎo)致機(jī)組誤停機(jī)，故障排除時(shí)存在因素多，耗時(shí)長(zhǎng)，很大程度上影響燃驅(qū)機(jī)組正常運(yùn)行。

4.2 優(yōu)化技術(shù)

在反饋回路中加入可以提供狀態(tài)指示的隔離柵，判斷反饋回路是否開(kāi)路。如果判斷信號(hào)為開(kāi)路狀態(tài)，證明反饋信號(hào)為錯(cuò)誤信號(hào)，為故障排除提供依據(jù)。

4.2.1 硬件選型

隔離柵的選型規(guī)格，輸入輸出信號(hào)皆為4～20mA，供電電源24V DC，并可提供判斷是否開(kāi)路的狀態(tài)指示數(shù)字量輸出信號(hào)。

4.2.2 通道組態(tài)及量程標(biāo)定

（1）入口可調(diào)導(dǎo)葉反饋

判斷VSV反饋線(xiàn)路是否開(kāi)路的變量名為VSVSEL_OPEN ，判斷VSV誤差反饋線(xiàn)路是否開(kāi)路的變量名為VSVERR_OPEN 。使用的數(shù)字量通道配置位于T10HardwareDistributed I/OUCP1PDIO-2A5模塊Contact 16、Contact 17。

（2）燃料氣放空閥門(mén)反饋

判斷燃料氣放空閥反饋線(xiàn)路是否開(kāi)路的變量名為FUEL_VENT_VALVE_OPEN_S1和S2。使用的數(shù)字量通道配置位于T40HardwareDistributed I/OUCP2PDIO-2A2模塊Contact 17、Contact 18。

4.2.3 程序變更

（1）入口可調(diào)導(dǎo)葉

反饋信號(hào)HWIN_VSVSEL的相關(guān)程序位于T10ProgramsI/O_Health COMMENT_12 VSV，程序如圖6所示。

變量HWIN_VSVSEL讀取T10Hardwaredistributed I/OPSVO-2A2Reg1_Fdbk的模擬量輸入值，判斷其信號(hào)正常后，輸出給VSV反饋選擇值VSVSEL。

誤差反饋信號(hào)HWIN_VSVERR的相關(guān)程序位于T10ProgramsIO_Health COMMENT_12 VSV內(nèi)，程序如圖7所示。

圖6 入口可調(diào)導(dǎo)葉反饋控制程序

圖7 入口可調(diào)導(dǎo)葉誤差反饋控制程序

變量HWIN_VSVERR讀取T10Hardwaredistributed I/OPSVO-2A2Reg1_Error的模擬量輸入值，判斷其信號(hào)正常后，輸出給VSV誤差反饋值VSVERR；取絕對(duì)值后，輸出給VSV位置誤差信號(hào)VSVPOSERR。

隔離柵安裝于硬件通道T10Hardwaredistributed I/OPSVO-2A2Reg1_Fdbk和T10Hardwaredistributed I/OPSVO-2A2Reg1_Error與VSV傳感器之間。任一線(xiàn)路開(kāi)路，對(duì)應(yīng)的變量VSVSEL_OPEN或VSVERR_OPEN置1。

（2）燃料氣放空閥門(mén)

反饋信號(hào)GVNTZSC1及GVNTZSC2的相關(guān)程序位于T40ProgramsIFACEIN_40msSFTHWIN_40msSftSisHwln_40ms，程序如圖8所示，模塊Sis_B2IN_Val_19的內(nèi)部程序如圖9所示。

圖8 燃料氣放空閥門(mén)反饋控制程序

圖9 模塊Sis_B2IN_Val_19內(nèi)部程序

變量GVNTZSC1、GVNTZSC2讀取T40Hardwaredistributed I/OUCP1PPRF-1A1SAFETY_CPU_A[HIMatrix-11.4_byte_input_5.Input_1-51_3]以及T40Hardwaredistributed I/OUCP1PPRF-1A3SAFETY_CPU_A[HIMatrix-12.4_byte_input_5.Input_1-52_3]數(shù)字量輸入信號(hào)，判斷其信號(hào)正常后，輸出給燃料氣放空閥全關(guān)反饋GVNTZSC。

隔離柵安裝于硬件通道T40Hardwaredistributed I/OUCP1PPRF-1A1SAFETY_CPU_A[HIMatrix-11.4_byte_input_5.Input_1-51_3]和T40Hardwaredistributed I/OUCP1PPRF-1A3SAFETY_CPU_A[HIMatrix-12.4_byte_input_5.Input_1-52_3]與燃料氣放空閥之間。任一線(xiàn)路開(kāi)路，對(duì)應(yīng)的變量FUEL_VENT_VALVE_OPEN_S1和FUEL_VENT_VALVE_OPEN_S2置1。

5 結(jié)語(yǔ)

2008年西二線(xiàn)投產(chǎn)至今，逾三分之二的燃驅(qū)機(jī)組已經(jīng)完成了控制系統(tǒng)在邏輯偏差保護(hù)、燃料氣調(diào)節(jié)閥門(mén)、入口可調(diào)導(dǎo)葉、燃料氣放空閥門(mén)等方面的優(yōu)化，安全平穩(wěn)的運(yùn)行在各站場(chǎng)，之后相關(guān)優(yōu)化工作會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。

燃驅(qū)機(jī)組控制系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)在我國(guó)首條引進(jìn)境外天然氣長(zhǎng)輸管道工程的應(yīng)用，提升了設(shè)備運(yùn)維水平，提高了設(shè)備利用率，消除了生產(chǎn)瓶頸；同時(shí)也為涉及燃驅(qū)機(jī)組的控制專(zhuān)業(yè)同行提供了技術(shù)借鑒。