長輸油氣管道站控系統對燃料氣撬電加熱器控制的優化提升

閆龍 袁野 趙江會

摘 要：本文以長輸油氣管道站控系統對燃料氣撬電加熱器控制的基本原理、主要功能進了分析和闡述，同時對燃料氣撬電加熱器控制的優化提升提出了解決方案，對優化提升的必要性、實現方式、預期效果以及積極意義等方面進行了闡述，旨在為實現站控系統對燃料氣撬電加熱器控制的創新和突破提供合理化解決方案和建議，提高長輸管道輔助設備的自動化控制水平，為提高站場輔助設備的操作及監護效率，降低員工傷亡風險，保障生產安全起到一定的參考借鑒意義。

關鍵詞：長輸管道;燃料氣撬;自動化控制

1 概述

作為長輸油氣管道站場重要的輔助設備，燃料氣撬通常作為壓縮機、發電機、燃氣機組、生活用氣等管道運行生產關鍵設備和區域的燃料來源，是將主管道的高壓氣體調節到滿足壓縮機、發電機、燃氣機組所需的低壓燃料氣然后提供給用氣設備的成套撬裝設備。作為站場自動化控制系統的第三方設備之一，燃料氣撬通常配有獨立的控制系統，站控系統通過硬線連接、第三方通訊等方式實現與燃料氣撬的數據采集與控制。目前國內外大多數長輸油氣管道站控系統對燃料氣撬的監控參數通常包括流量、溫度、壓力、加熱器狀態、報警等，實現了燃料氣撬系統遠程監視與控制的基本功能。通過站控系統人機界面可實現燃料氣撬參數的讀取、閥門的開關、流量監視、報警管理、事件記錄、歷史趨勢記錄等功能。近年來，隨著運營單位對“精細化管理”、“節支降耗”、“安全生產”等管理理念的深入實行，對站場輔助設備自動化控制水平的要求也逐步提升。如何實現對燃料氣撬更優的控制，逐漸成為生產運營單位新的科研課題。

2 目的和必要性

天然氣冰堵是燃料氣撬在生產運行中面臨的主要風險因素，其成因主要是氣體減壓時會對外做功，使部分管段溫度降低，氣體中的水蒸氣產生凝結，嚴重時導致管段發生冰堵現象，對局部管段形成冰阻塞。天然氣冰堵現象的發生會致使關鍵設備氣源中斷，導致設備損壞，嚴重的甚至會引起生產安全事故。目前國內多數長輸油氣管道站場利用加熱爐、電加熱器等加熱設備對天然氣管路進行加熱，或在燃料氣撬、閥門引壓管等易堵管段安裝電伴熱帶，使氣體溫度保持在水露點以上，實際應用效果明顯。由此可見，燃料氣撬電加熱器系統是針對性防止和解決冰堵問題的關鍵設備。

結合目前國內外已建成長輸油氣管道現狀，燃料氣撬多作為站控系統外獨立成撬的第三方輔助設備，設計過程中，僅要求站控系統實現對燃料氣撬的基本數據采集和控制，一些關鍵操作如電加熱系統啟、停、故障復位、電加熱器溫度遠程PID調節、燃料氣系統故障監視等操作則通常需要由操作人員在現場完成，這大大降低了操作效率，增加了操作人員的工作量，對管道的安全平穩運行產生了一定的影響，亦不利于節支降耗的實現。

3 解決方案

根據上述實際情況，本文對長輸管道站控系統對燃料氣撬電加熱器控制的優化提升提出了如下建議和解決方案。

3.1 總體思路

在站控系統上完全實現燃料氣撬自有控制系統的全部功能，并將關鍵參數納入站控系統數據庫，實現數據備份、歷史事件記錄、報警記錄、歷史趨勢等功能。通過站控系統操作員工作站實現對燃料氣撬電加熱器控制系統的遠程監視和控制功能;在站控系統操作員工作站上增加電加熱器控制面板，實現電加熱器的遠程啟停、復位等功能;在站控系統操作員工作站上增加電加熱器系統狀態報警頁面，實時顯示電加熱器報警、運行狀態、溫度、流量等參數;通過遠程對加熱器進行啟?？刂?、溫度監視或者自動PID溫度調節，實現加熱器系統的精準監控，提升加熱器工作效率，達到節支降耗的目的;在站控系統中建立數據庫，顯示電加熱器參數的實時趨勢曲線和歷史曲線。

3.2 方案簡述

上述優化提升目的的實現，需要從燃料氣撬新增狀態采集、控制命令增加、RS485串口通訊數據采集、PLC程序編寫、上位機畫面組態、工作站數據庫添加等幾項內容出發，方案如下：

3.2.1 新增狀態的采集

新增每臺電加熱器的運行、停止狀態和故障報警狀態。新增的狀態通過在燃料氣撬電加熱器控制柜和PLC機柜之間敷設跨接電纜的形式，實現硬線信號的采集傳輸，將上述信號連接至PLC的備用數字量通道;在PLC程序中開發相應的程序，采集相應信號，分配供人機界面采集的數據地址。其他狀態如電加熱器的就地遠控狀態、手自動狀態、斷路器、接觸器等狀態則通過串口通訊方式，通過站控系統已有串口通信設備或增加串口采集設備實現數據采集。

3.2.2 控制命令增加

新增每臺電加熱器的啟動、停止、復位等命令。需要對燃料氣撬電加熱器控制方式進行改造，通過修改接線、增加繼電器等方式，實現就地和遠程的雙重控制模式;新增的狀態通過在燃料氣撬電加熱器控制柜和PLC機柜之間敷設跨接電纜的方式實現狀態采集和命令傳輸，將上述信號連接至PLC的備用數字量通道;在PLC程序中開發相應的程序，采集相應信號，分配供人機界面采集的數據地址。

3.2.3 RS485串口通訊數據采集

根據需求完成對燃料氣撬電加熱系統RS485串口通訊數據的采集。對于已有串口通信設備且設備有空余通道的站場，將燃料氣撬電加熱器控制器中的相應信號，通過RS232-485轉換器接入現有串口協議轉換器;在上位機中完成相應數據庫和通訊連接的建立，完成采集。對于沒有串口通信設備的站場或串口通信設備無空余端口的情況下，通過增加串口通信模塊、串口通信協議轉換器的方式實現新增串口信號的采集。

3.2.4 數據庫建立和畫面組態

在站控系統上位機完成燃料氣撬電加熱系統數據庫、通訊連接的建立，實現數據的采集和下發;在上位機中建立燃料氣撬電加熱系統的控制面板、組態畫面、報警、參數列表、趨勢等。在調控中心上位機完成燃料氣撬電加熱系統數據庫、通訊連接的建立、畫面的組態，實現調控中心的數據采集和下發。

3.3 預期效果

燃料氣撬電加熱器系統的優化提升本著充分利用現有軟件和硬件設備和空余通道、原有數據庫和上位機系統的原則，做到用最少的成本和工作量實現預期功能。電加熱器啟動、停止、運行、故障和復位等硬線信號接入現有PLC模板的空余通道，通過PLC編程，利用程序實現燃料氣撬電加熱系統的遠程控制;加熱器控制模式、加熱芯溫度、斷路器狀態、接觸器狀態等信號，通過站控系統現有通訊協議轉換器進行信號采集和傳輸，在現有站控系統中實現數據庫建立和畫面組態。調控中心和站場可通過一個單獨的上位機頁面完成對本站場或全線所有站場全部電加熱器的狀態監視，以及啟、停、復位等功能，也可以通過點擊圖標進入單獨站場的加熱器控制界面，實現與現場一樣的更詳細、更直觀的監視和控制功能，實現對加熱器各項性能參數的全方位實時精準監控，提升加熱器工作效率，達到減少操作人員工作量和節支降耗的目的。

通過在站控系統中對電加熱器系統啟、停、復位、控制模式切換等命令，以及故障報警等狀態進行事件和報警記錄，實現報警、事件的記錄的有跡可循;通過將加熱器溫度、流量等關鍵模擬量參數的趨勢記錄，實現加熱器關鍵參數歷史趨勢可查;操作人員可通過溫度PID調節面板實現從操作員工作站遠程調節加熱器溫度的目的。

4 結論和意義

“精細化管理”和“節支降耗”是長輸油氣管道發展的必然趨勢，站控系統對燃料氣撬電加熱器遠程控制的優化提升能夠有效減少現場操作人員工作量、提高站場輔助設備的操作及監護效率、降低管道冰堵等安全風險，該技術的推廣將對提升長輸油氣管道自動化控制水平及站場運行管理水平起到一定的積極意義。

參考文獻：

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