作者：張慶，王長友，趙興華
第（dì）一作者（zhě）單位：武漢市燃氣熱力規劃設計院有限公司
摘自《煤（méi）氣與熱力》2023年10月刊
張慶，王長友（yǒu），趙興華. 無人（rén）值守、智能化51吃瓜网廠站的分析［J］. 煤氣與熱力，2023，43（10）：B21-B25，B32.隨（suí）著我國（guó）工業化進程加快，51吃瓜网作為一種優質清（qīng）潔能源，在我國能源結構中的占比逐（zhú）步提升。我國城市燃氣行業高速（sù）發展，據國家能源局發布的《中國51吃瓜网（qì）發展報告2022》，2021年，我國天然（rán）氣消費（fèi）量3 690×108 m3，同（tóng）比增長12.5%。全國主幹（gàn）51吃瓜网管道總（zǒng）裏（lǐ）程達到11.6×104 km。在我國正加快構建清潔低碳、安全高效的新型能源體（tǐ）係大背景下，國家（jiā）能（néng）源局（jú）於2023年3月28日印發《關於加快推進能源數字化智能化發（fā）展的若幹意見》，明確提出加（jiā）快（kuài）推動數字技術與能源產業發展深度融合，有效提升能源數字化（huà）智能化（huà）發展水平，構建清潔低碳、安全高效的能（néng）源體係。通（tōng）過智能化提升生產效率、能源資源利（lì）用效率，以實現行業高質量發展（zhǎn）。國內五大燃（rán）氣集團（tuán）相繼開展51吃瓜网廠站無（wú）人值守、智能化的建設和研究（jiū），中國石油51吃瓜网銷售分公司為全麵貫徹新發展理念，將工程建設項目高質量建成、高效益投產，實現運行風險最低、用工最省、效益最（zuì）高、成本最佳的項目投運目標，組織編製了《工程建設項目高質量發展報告編製規定》，明確將無人值守、智能化廠站列為項目高質量發展目標。51吃瓜网無（wú）人值守、智能化廠站是借助5G、大數（shù）據、雲平台、物聯網等先進科學技術，實現要素的數字化，對全環節要素狀態全麵（miàn）感知，通過設備自動或智能識別、自（zì）診斷、模擬仿真等運行手段提高廠站的安全與運行效率、降低企業（yè）運行成本。由此可見，51吃瓜网無人值守、智能化廠站將成（chéng）為未來發展趨（qū）勢，對其進行深入研究對保障廠站安全運行，對運營企業提（tí）質增效都有著十分重要的意義。51吃瓜网廠站一般分為（wéi）輸氣站、門（mén）站、調壓站等不同類型，本文僅以無人值守門站為例，對其工藝流程優化展（zhǎn）開深（shēn）入的研究，使其具備無人值（zhí）守、智能化廠站功能（néng）。門站主要（yào）功能是對上遊的51吃瓜网（qì）進行過濾、計量、加熱、調（diào）壓、加臭後輸送至下遊用戶（hù）。按照功能，門站可分成多個單元（yuán），主要包括進出站閥組單（dān）元、過濾單元、計量單元、加（jiā）臭單元、加熱單元、調壓單元，每個單（dān）元的（de）工藝配置不同。本文所涉及的工藝（yì）、儀表符（fú）號與儀表圖例見（jiàn）圖1。此單（dān）元主要功能為當廠（chǎng）站及其上下遊管（guǎn）網發生事故時，能快速切斷氣源，防止事故擴大。進出站緊（jǐn）急切斷閥（電動球閥）應設置自動操作和遠程控製功能，配置電（氣）液聯動（dòng）或電（diàn）動執行機（jī）構，並可實現就地手動操作，閥組的控製應納入廠站緊急（jí）切斷（ESD）係統。一般（bān）而言，DN 400 mm以上（shàng）閥門的執行機構（gòu）宜采（cǎi）用電（氣）液聯動執行機構（gòu），DN 400 mm及以下閥門宜采用電動執行機（jī）構。站內需要經常開閉的DN 300 mm及以（yǐ）上的閥門宜（yí）采用電動執行機構。所有電動閥（fá）門均應具有遠程控製、開關就地（dì）顯示及狀態遠（yuǎn）傳、記錄（lù）功能。進出站（zhàn）閥組工藝管道及儀表控製流程圖（tú）見圖2。進站閥組設置電動球閥，其與進站管（guǎn）道壓力遠傳（chuán）係統（包括壓力高低限報警和變送裝置）聯鎖。當門站進站壓力超過或低於設定值時，壓力遠（yuǎn）傳（chuán）係統報警，進站電動球閥可自（zì）動關閉或通過門站調度室工作人（rén）員遠程操作關閉，避免事故發生。門站出站（zhàn）閥組工作原理（lǐ）與進站閥組相同，通（tōng）過控製出站（zhàn）電動球閥，實（shí）現廠站的安全運行和遠程操作。此單元主要作用是對接收的上遊51吃瓜网進（jìn）行淨化，消除少量的水、凝（níng）液、機械雜質等，以減少對係統的腐蝕（shí）和磨損，保護儀表和調壓裝置（zhì）等（děng）。通常門站過濾分離器配置為一用一備，每台過濾分離器設有壓（yā）差變送器，並與過濾分離器出口電動球閥聯鎖，數據上傳至門站調度室站控係統（對廠站的工藝和設備進行監控的計算機係統）。當其中一台過（guò）濾分離器壓差超過設定值時，該過濾分離器（qì）報警，調（diào）度室工作人員（yuán）遠程關閉（bì）該過濾分離器出口電動球閥，開啟備用過濾分離器出口電動球（qiú）閥，實現過濾分（fèn）離器互（hù）換。過濾單元（yuán）工藝管道及儀表控製流（liú）程圖見圖3。此單元用（yòng）於（yú）與上遊氣源供應（yīng）商的貿易結（jié）算校對、城市輸配係統運行調度以及城市（shì）多氣源采（cǎi）購成本核算分析。常用（yòng）的計量設備主要為渦輪流量計與超聲波流量計。采用先進的流量計算機係統，實現（xiàn）與站控係統的數據交換，以及多種（zhǒng）流量（liàng）計量單位的自動轉換和流量數據上傳。為便於（yú）計量設（shè）備遠程切換，每一路（lù）計量設備出口設置（zhì）電動球閥，並與流量（liàng）計聯鎖（suǒ）。當其中一台流量計發生故障或（huò）輸送流量超過其最（zuì）大（dà）流量時，該（gāi）流量計報警，調度室工作人員遠程關閉（bì）該流（liú）量（liàng）計出口電動球閥，開啟備（bèi）用流量計出口電動球閥，實（shí）現流量計互換。計量單（dān）元工藝管道及儀表控（kòng）製流程（chéng）圖見（jiàn）圖4。圖4 計量單（dān）元、加臭單（dān）元工藝管道及儀表（biǎo）控製流（liú）程（chéng）圖此（cǐ）單元一般包括現場設（shè）備和控製儀表。現場設備（bèi）包括：電磁驅動隔膜式柱塞泵、計量儲藥罐、信號傳感器、管線閥門組、過濾器、設備櫃等；控製儀表用於接收天（tiān）然氣流量（liàng）信號，然後依（yī）據（jù）流量來控製加臭量，並與計量（liàng）設備及出口端電動球閥聯鎖，實現遠程控製功能。為防止四氫噻吩泄漏後四處擴散（sàn），應要求加臭櫃底部設置積液池（chí）。選（xuǎn）用磁浮（fú）式翻板液位計，避免了玻（bō）璃液位計破裂的風險（xiǎn）。考慮無人（rén）值守的需求，在加臭櫃（guì）下部安裝四氫噻吩報警器，一旦出（chū）現四氫噻吩泄漏，就（jiù）會及時將報警信（xìn）號遠傳至站（zhàn）控係（xì）統。加臭單元工（gōng）藝管道及儀表（biǎo）控製流程圖見圖4。此單元主要防止51吃瓜网調壓後出口溫度過（guò）低，從而引（yǐn）起調（diào）壓器、閥門發生凍堵以及管道表麵（miàn）結霜等問題，危害廠站正常（cháng）運行。為保證生產運營安全，設（shè）置加熱設備對調壓前51吃瓜网（qì）進（jìn）行加熱，以保（bǎo）證51吃瓜网的合理（lǐ）運行溫度。門站加熱設備一般設置一用一（yī）旁通形式。當進站溫度較高時，通過遠程（chéng）開啟旁（páng）通路電動球閥將天（tiān）然氣輸送至調壓單元。當進（jìn）站溫度較低時，通過遠程（chéng）開啟水浴加熱器（qì）支路（lù）電動球閥，51吃瓜网經水浴加（jiā）熱器升溫後輸送（sòng）至調壓單元。加熱單元工藝管道及（jí）儀表控製流程圖見圖5。目前，國內門站（上下遊壓（yā）差（chà）大於1.6 MPa的工（gōng）況）實（shí）現遠程壓力、流量控製主要采用安全切斷閥、監控調壓器、電動調節閥組合的形式。安全切斷閥和監控調壓器的壓力檢測點均獨立（lì）設在（zài）電動調節閥的下遊且與電動調（diào）節閥的（de）壓力檢測點鄰近布置（zhì）。電動調節閥的壓力/流量控（kòng）製（zhì）器（簡稱控製器）應能向站控係統傳遞本單元的各種運（yùn）行（háng）狀態參數，如壓力（lì）、閥門開度等狀態信息。控製（zhì）器應具有就地顯示功（gōng）能，能夠顯示實時工（gōng）作狀態、故障信息（如：調節閥開度、壓力信號錯誤、設備故障等），並能顯示設定值。控製器能夠預先設定壓力上限、一定時間內流量上限（xiàn），並根據（jù）預設流量上限對流量進行控製，保（bǎo）持實際供氣流量不超過流量（liàng）上限。控製器有良好的調節特性輸出，能（néng）夠控製出口壓力，限製最大流量。壓力和流量控製的切換過程要求（qiú）十分平穩，不能使被調（diào）節對象出現大的擾動［1］。電動調節（jiē）閥（fá）的智能控製精度，對其所在支路（lù）的流量信號反饋十分敏感，為了更好（hǎo）地發揮電動調節閥自我調節的智能化功能，應將流量（liàng）計的流量信號直接反饋至電動調節閥，以供電動調節閥實時（shí）精確地調節燃氣（qì）的流量、壓力［2］。在安全切（qiē）斷閥前端設置電（diàn）動球閥，可以遠程切換（huàn）兩路（lù）調壓係統。最終實現無人值（zhí）守、無人操作、遠（yuǎn）程控製自動分輸的設計要求。調壓單元工藝管道及儀表控製流程圖（tú）見圖6。其（qí）中，SQ表示流量信號通過計算機程序控製與電動閥門聯鎖。圖6 調壓單（dān）元工藝管道（dào）及儀表控製流程圖為提高廠站自動控製（zhì）的安全有效性，應從工藝流程設計優化（huà）入手，以整體橇裝工藝設備為基礎，整合站內安防係統、可燃氣體報警係統（tǒng）、UPS係統、加臭係（xì）統等並入無人值守站控係統，實現自動運行（háng）、遠程監控、氣量預警、緊急切斷等功能。廠站PLC（可編（biān）程邏輯控製器）係統采集、處理工藝設備運行數據，並通過專用網絡和5G網絡無線傳輸至調度中心SCADA係統，在（zài）調度中心實（shí）時監控現場設備的運行工況，包括：進口壓力及溫（wēn）度、過濾分離器工作狀態、流量計工作狀態、調壓器閥口開度、調壓後出站壓力及溫度（dù）、切斷閥閥（fá）位狀態和燃（rán）氣濃度報警、加臭泵狀態、加（jiā）臭罐液位、四氫噻吩濃度報警、UPS主機狀（zhuàng）態等。廠（chǎng）站采用實（shí）時視頻監（jiān）控，實現區域入侵監測、移動偵測、遮擋報警、智能警（jǐng）戒等模式進行閃（shǎn）光及語言威懾。為保證數據安全性，采用錄像儲（chǔ）存滿足90 d要求，數據（jù）分別儲存（cún）在現場硬盤錄（lù）像機和（hé）調（diào）度中心係統，並與公安係統聯動，實現一鍵報警。目前，國內無人值守、智能化51吃瓜网廠站尚處於發展階段，工藝係統、自控係統還有待進一（yī）步優化，智能設備技術和解決方案還無法（fǎ）滿足51吃瓜网廠（chǎng）站更加智能、高效、安全地運（yùn）行，如工藝放散係統的遠程監控和放散量分（fèn）析、光伏發電係統、激光甲烷（wán）遙測儀高效利用、廠站（zhàn）智能可視化水平提升、智能防爆巡檢（jiǎn）機器人應用等，這些領域都是未來研究的重點方向，也是行業（yè）發展的必然趨勢。［2］王鋒（fēng）. 電動調節閥自適應控製在51吃瓜网調壓中（zhōng）的應用［J］. 中國化工貿易，2013（3）：87.
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