天然气分输站场自动分输方法研究

天然气分输站场自动分输方法研究

陈鹏,谭培珍

中国石油工程建设有限公司西南分公司 四川 成都 610400

摘要：天然气管线安全平稳运行和企业经济效益的关键技术，结合长输管道项目中俄东线、西三线等工程设计和运行单位的现场使用经验，现对天然气分输站场自动分输方法进行研究。

关键词：天然气；分输站；自动分输

分输站场应具备自动分输功能，站控制系统接收调控中心日指定量设定值，并根据日指定分输逻辑控制分输量，系统框图详见图 1-1。调控中心通过下发日指定设定值对分输调节阀进行远程分输控制。
    针对不同供气要求的用户，站控系统根据中心下发日指定设定值在站控制系统内集成四种分输控制逻辑程序，即不均匀系数法、到量停输法、恒压控制法和剩余平均法4种不同的自动分输方法，实现日指定控制。程序中应增加对各类自动分输控制方式的切换功能。

                    图 1-1 站场自动分输功能系统框图

1．不均匀系数法
    对于不可中断且有配气压力需求用户，自动分输采用综合权法控制。

（1）不均匀系数及流量计算
    将每天划分成 N 个时段（默认为 12 个时段，可设置），根据过去 M 天（默认为 7天，可设置）用气规律，计算当天各时段所占日总输量的不均匀系数，则当前时段的输气设定值即为“日指定分输量×当前时段的不均匀系数”。
    在每个时段输气开始前，系统会根据日指定输气总量、已完成输气量以及每个时段的不均匀系数，计算当前时段输气量分配值，从而得出瞬时流量设定值，并按照设定值进行流量调节。
    流量调节过程中，出口压力需要在压力限值范围之内，超出限值后采取限值压力控制。
    每一时段输送完毕后系统重新计算剩余供气量（日指定量-已供气量），并按照不均匀系数法计算下一时段的输气量分配值及瞬时流量设定值，直至完成当日最后分输时段设定值计算。
    完成当日最后时段分输后，系统保持当前输气状况不变，等待调控中心下发新的日指定量，然后重新计算预估偏差率、不均匀系数等参数，开始第二天的自动分输。每个时段的不均匀系数计算公式如下：

其中Xwt为每个时段的不均匀系数；
Qh为过去M天此时段的实际输气量；
Qd为过去M天每天的总输气量；
Qutn为当日已完成输气累积量；
流量设定值计算公式如下：

其中Qset为当前时段输气量设定值；
Qa为日指定输气量；

Qutn为当日已完成输气累积量；
   Xwt[i]为当前时段不均匀系数。
   2.到量停输法
   对于可中断分输用户，宜采用到量停输法实现自动分输控制，正常输气时采用设定值恒压供气，并具有到量停输和低流量保护功能，具体控制逻辑如下：
   新供气周期开始后，当用户压力小于控制压力低限时，开始向用户供气，当日分输量未完成时，系统采用设定值恒压供气模式。
   当瞬时流量连续 300 秒（可设置）小于最低流量限值时，自动关闭供气管路控制阀及调节阀（先关闭调压阀后关闭控制阀），当完成输气量小于日指定量的 99%（可设置）且供气压力低于控制压力低限（ PL）时，重新打开供气管路控制阀及调节阀（先打开控制阀，后打开调压阀），继续进行日指定输气。
   当完成输气量到达日指定量的 95%（可设置）时发出高报警，达到日指定量的 100%时，发出日指定量完成报警，并根据“允许停输”标志位，确定是否停输，如果标志位为1，则关闭分输用户（关闭完成后发出报警），如标志位为0则保持最低分输压力供气。
   到量停输后，如用户有最低分输压力要求，当压力低于最低分输压力时，重新启输并保持最低分输压力供气。
   特殊情况说明：对于CNG用户站场和管道与上游管道站场的设计压力相同，上游管道站场供气无需调压时，自动分输同样采用恒压供气模式，但在用管路控制阀保持常开，不开启低流量保护功能。
   3.恒压控制法
   对于稳定供气的不可中断用户，自动分输采用恒压控制模式，正常输气时采用设定值恒压供气，具体控制逻辑如下：
   所有支路的管路控制球阀均保持常开，在用支路和备用支路均采用压力控制，在用支路压力设定值按照需求运行压力设定，备用支路压力设定值为控制压力低限值（按照用户低压保护压力设定），当在用路故障关断，出口压力低于控制压力低限值时，备用支路启输，保持控制压力低限恒压输气。以满足用户供气的连续性和最低压力要求，不会因支路切换和截断阀开启时间造成用户供气中断。
   4.剩余平均法
   剩余平均法适用于用户各时段用气分布比较均匀，且无压力限制的用户。
剩余平均法即剩余供气量（日指定量-已供气量）按照剩余小时平均分配。每个时段的流量设定值计算方法如下：
    Q（小时流量）=（日指定量-已供气量）/剩余小时

事实上剩余平均法是属于不均匀系数法中的一个特例，即所有时段的系数都相等的情况，所以剩余平均法仍具有流量保护、压力超限控制、到量停输、预期偏差调校等辅助控制方法， 控制方式与不均匀系数法相同。

5.自动分输控制方法对应关系
  结合用户类型与供气规律，自动分输控制实施方案的对应关系见下表。
表5-1 控制方式对应表

6.结束语

自动分输功能将大量人工操作的分输工作简化为只需要一次人工参数设定，后续的所有每日分输工作由控制系统自动完成。自动分输改造将站场从繁重的输气工作中解放了出来，优化了人力资源配置，实现了无人化的自动分输，提高了站场的自动化、智能化管理水平。

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