天然气精确日指定分输技术研究

2018年07
月
天然气精确日指定分输技术研究
叶萌1王健2李婉婷2李超
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（1.北京东方华智石油工程有限公司，天津300000）（2.中石油北京天然气管道有限公司，北京100000）
摘要：目前国内天然气管道运输调度管理经历了现场控
制、站控控制和中心控制三个历史阶段，随着管道管理进入调控中心的集中调控模式，对站场的自动化程度要求也越来越高，目前的压力/流量控制模式占用了工作人员大量的时间和精力，已很难适应当前的管理要求，本项目旨在研发一套新技术以实现用户的自动化分输管理，从而达到对各个分输用户的精细化管理，根据日指定分输量完成各用户的自动分输工作。

关键词：天然气管道；分输技术
1系统介绍
自动分输系统硬件采用嵌入式工业计算机作为硬件核心，软件采用C#语言编写，通过Modbus RTU 或Modbus TCP 协议与SCADA 系统进行通讯。

系统的用户操作界面仍在原SCADA 系统的HMI 软件实现。

2技术目标
项目拟在现有压力/流量控制基础上进行创新研究，开发出
一项新的技术能够最大限度实现高精度、低工作量、自动控制用户分输量的实现与管理。

该项目以陕京线小卞庄分输站为试点，建立一套标准的自动分输控制技术，实现利用日指定进行分输自动控制，以提高天然气管道管理与控制水平。

系统主要技术指标如下：（1）自动分输系统保证分输任务安全、平稳、高效的完成，实际输气量与日指定输气量的误差率在1%以内。

（2）自动分输过程中压力平稳，不超出压力限值范围。

（3）能够大大减少在分输操作人员的日常工作量，节省工作人员日常分析、调整时间，投用后工作人员每天对用户气量的手动调整不超过4次。

（4）人机界面友好，操作简单实用。

（5）系统有高安全性和可靠性，拥有完善的故障诊断功能及通讯故障恢复机制，并且系统具有Fail-safe 功能。

（6）自动分输系统具有数据导入/导出功能，能够进行配置参数及历史数据的导入/导出功能。

3系统算法模型
3.1到量停输模型
到量停输模式算法非常简单，每天8:00开始采用恒定压力输气，当输气量达到日指定量的95%时系统产生高报警，当输气量达到日指定量的99%时系统发出高高报警；输气量达到日指定量的100%时系统自动关阀，停止给下游用户供气。

此模型适合对分输调节功能要求不高，且下游用户允许停输的工况。

3.2剩余时间法模型
剩余时间法前半段采用恒定压力输气，同时实时计算已分输量，当已分输量达到临界值后（总量的X%或指定的时间界限值Y 时），进入流量调节模式；进入流量调节模式后，将剩余量平均分配至剩余时段内平均输送；流量调节过程中，实时压力需要在压力限值范围之内，瞬时流量需要在流量限值范围之内，超出限值后采取压力补偿及压力保护；每一时段输送完毕后计算剩余供气量（日指定量-已供气量），剩余供气量按照剩余时间继续平均分配，直至当日最后分输时段；完成当日最后时段分输后，重新跳转至初始步骤，将次日的日指定量写入今天，开始进行第二天的自动分输。

剩余时间法模型适合下游用户各时段用气量变化较小，用气平稳的工况，比如工业用户。

3.3综合权重法模型
综合权重法是根据过去一段时间（暂定7天）下游用户每日
用气量在不同时段的权重值，计算得出当天的各时段权重xi 及
每个时段的输气设定值，以此为目标值进行自动分输。

在正常自动分输过程中，综合权重法以流量控制为主，以压力补偿为辅，并且设置了压力、流量高低限保护措施。

将每天划分成1440个时段，根据过去7天推算所得输气量，计算出当天的各时段权重xi ，则当天每个时段的输气设定值可由下式计算：
Q set 0=(Q a -Q utn )·X wt [i ]∑j =i
1440
X wt [j ]
其中Qset0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；X wt [i ]为当前时段权重；
∑j =i
1440X
wt
[j ]为剩余各时段权重和，归一处理后通常为1。

综合权重法模型适合下游用户各时段用气量变化较大，且
用气量比较规律的工况，比如工业用户+民用用户。

此模型的控制逻辑以及算法复杂，对硬件系统性能要求高3.4压力保护及压力补偿（1）压力限值说明。

根据实际输气情况，确定一个出站压力的正常范围（P L ,P H ），在自动分输执行过程中，尽量将输气压力保持在此范围以内，并且保持相对稳定。

另外，根据设计要求及站场输气情况，出站压力还存在分输允许的最大、最小压力限值Pmax 及Pmin ，在正常输气过程中，出站压力不允许超过此压力范围（Pmax ，Pmin ）。

这4个限值关系为：Pmin≤P L <P H ≤Pmax （2）压力保护。

在流量调节模式下，根据设计要求及站场输气情况设置分输压力的上下限Pmax 及Pmin ，在限值范围内，系统进行正常流量调节，当压力达到上限值Pmax 时，系统切换为压力调节，当压力恢复正常范围后，再切换为流量调节。

此功能通常在PLC 或阀门控制器设置，自动分输系统不需要重复设置，只需给出压力调节/流量调节的切换命令，并根据控制器特性设置相应的流量压力设定值即可。

同样，对于压力低限时也做相同处理。

（3）压力补偿。

流量调节模式下，给定输气量与下游用气量是无法做到完全相同的，尤其是用户用气量变化比较频繁的情况下，不可避免会出现输气压力波动，此时就需要增加压力补偿避免或减弱压力波动。

4结语
本项目自动分输系统技术先进、自动化程度高，并能够根据不同的用气工况选择相应的控制模式，系统具有较强的适应能力。

该技术广泛应用后能够解放大量的人力，降低公司管道运营成本，减少分输过程中的人为误差，提高天然气日输气量的精确度，具有可观的经济效益。

参考文献：
[1]张琳，李长俊，陈宁，等.天然气储运技术.油气储运，2006，25（6）：1~4.
[2]王雪梅.天然气运输研究.石油工业技术监督，2005（5）：41—44.
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