CN103324184B - 燃气输配监控系统 - Google Patents

Abstract

一种燃气输配监控系统，包括阀位变送器、调压器、阀位变送器、与控制器、流量计量仪与电源通讯箱。调压器具有上腔室、下腔室、膜片、阀芯、进气管路与出气管路。阀位变送器安装于调压器的顶部，检测阀芯的阀位开度并输出加载有阀位开度的阀位开度信号。控制器接收阀位开度信号，检测调压器的进口压力，检测调压器的出口压力，根据阀位开度、进口压力与出口压力得出调压器的瞬时流量值。流量计量仪安装于进气管路，计量流经调压器的总流量值。电源通讯箱包括通讯模块，通讯模块用于将瞬时流量值与总流量值发送至远程控制中心。上述燃气输配监控系统，通过对瞬时流量的监控，实时了解调压器的工作状态，无需进入现场维护，节约了人力，降低了成本。

Description

燃气输配监控系统

技术领域

本发明涉及燃气输配领域，特别是涉及一种燃气输配监控系统。

背景技术

燃气调压站是城市燃气输配管道的重要组成部分，是燃气管网供气调节和安全管理的一个重要环节，具有分布广且无人值守的特点。随着我国天然气开发应用进程的不断加快，特别是城市燃气的广泛应用，对燃气输配管理提出了更多的实际需求。为了满足管理与结算的需要，调压站需要配备专用的燃气流量测定与管理设备。

目前，燃气流量测定与管理设备主要通过流量计进行燃气流量的测量，采用IC卡控制器进行消耗量的监控并在超过预设消耗量时，通过控制截止阀关闭燃气管路，以停止对下游的供气。但是，上述燃气流量测定与管理设备，无法进行瞬时流量的测定，维护人员需要定时进入调压站现场查验才能得知调压站的工作状态，浪费了人力资源。同时，使用过程中难以根据下游的使用情况进行调压，下游压力忽大忽小，供气不稳定，降低了供气质量。此外，截止阀安装于燃气管路中，在截止阀关闭后无法自行开启，需要维护人员现场进行重新开启，现场作业安全性较低。另外，燃气调压站通常无人值守，仅靠维护人员定时维护无法实时对燃气输配进行监控，一旦IC卡消耗殆尽，通常需要用户报修才能进行维修，管理比较被动，处理不及时。

发明内容

基于此，有必要针对传统的燃气流量测定与管理设备无法进行瞬时流量的测定，维护人员需要定时进入调压站现场查验才能得知调压站的工作状态，浪费了人力资源的问题，提供了一种可进行瞬时流量测定，无需维护人员进入现场作业便可获取工作状态的燃气输配监控系统。

一种燃气输配监控系统，包括调压器、阀位变送器、控制器、流量计量仪与电源通讯箱，

所述调压器具有上腔室、下腔室、膜片、阀芯、进气管路与出气管路，所述膜片用于隔离所述上腔室与所述下腔室，所述阀芯与所述膜片固连，所述上腔室与所述出气管路相连通；

所述阀位变送器安装于所述调压器的顶部，所述阀位变送器具有探测杆与位移传感器，所述探测杆伸入所述调压器并与所述膜片相连，所述位移传感器与所述探测杆相连，用于检测所述阀芯的阀位开度并输出加载有所述阀位开度的阀位开度信号；

所述控制器与所述阀位变送器电连接，用于接收所述阀位开度信号，所述控制器具有第一压力检测接口与第二压力检测接口，所述第一压力检测接口与所述进气管路相连通，用于检测所述调压器的进口压力，所述第二压力检测接口与所述出气管路相连通，用于检测所述调压器的出口压力；所述控制器根据所述阀位开度、所述进口压力与所述出口压力得出所述调压器的瞬时流量值；

所述流量计量仪安装于所述进气管路，用于计量流经所述调压器的总流量值；

所述电源通讯箱分别电连接所述控制器与所述流量计量仪，所述电源通讯箱包括通讯模块，所述通讯模块用于将所述瞬时流量值与所述总流量值发送至远程控制中心。

在其中一个实施例中，还包括气动控制单元与电动调节阀，所述气动控制单元包括导阀与预调器，所述导阀具有导阀上腔、导阀中腔、导阀下腔与弹簧，其中，所述导阀上腔的压力等于所述导阀下腔的压力与所述弹簧的压力之和，所述导阀上腔与所述出气管路相连通，所述调压器的出口压力等于所述导阀上腔的压力；所述预调器与所述调压器的进气管路、所述导阀上腔以及所述导阀中腔相连通，所述调压器的下腔室经由所述电动调节阀与所述导阀中腔连通，所述电动调节阀与所述电源通讯箱电连接，所述电源通讯箱还包括控制模块，所述控制模块用于控制调整所述电动调节阀的开度。

在其中一个实施例中，所述通讯模块还用于接收加载有总流量设定值的总流量设定指令，当所述总流量值达到所述总流量设定值时，所述控制模块控制关闭所述电动调节阀，所述下腔室压力减小，所述阀芯下移关闭所述调压器。

在其中一个实施例中，所述通讯模块还用于接收加载有压力设定值的远程压力设定指令并传送至所述控制器，当所述压力设定值大于所述调压器的出口压力并超过控制精度时，所述控制器向所述控制模块发送升压指令，所述控制模块控制增大所述电动调节阀的开度，所述下腔室压力增大，所述调压器的阀芯上移，所述出口压力升高；当所述压力设定值小于所述调压器的出口压力并超过所述控制精度时，所述控制器向所述控制模块发送降压指令，所述控制模块控制减小所述电动调节阀的开度，所述下腔室压力减小，所述调压器的阀芯下移，所述出口压力下降。

在其中一个实施例中，所述通讯模块还用于接收加载有限流设定值的远程限流指令，当所述瞬时流量值大于所述限流设定值时，所述控制器向所述控制模块发送降压指令，所述控制模块控制减小所述电动调节阀的开度，所述下腔室压力减小，所述调压器的阀芯下移，所述调压器的流量变小。

在其中一个实施例中，所述控制器还具有操作模块，所述操作模块用于现场设定所述调压器的初始压力，所述控制器根据所述初始压力通过所述控制模块控制所述电动调节阀的开度，将所述调压器的出口压力调整至所述初始压力。

在其中一个实施例中，所述导阀还具有弹簧压力调节螺栓，所述弹簧压力调节螺栓设置于所述导阀的底部，用于调节所述弹簧的压力。

在其中一个实施例中，所述通讯模块包括MODBUS单元，所述电源通讯箱通过所述MODBUS单元接收远程控制中心的控制指令或向所述远程监控中心发送所述进口压力、所述出口压力、所述瞬时流量值、所述总流量值、所述阀位开度与所述电源通讯箱的IP地址。

在其中一个实施例中，所述通讯模块包括GSM单元，所述电源通讯箱通过所述GSM单元与监控中心通讯，还通过所述GSM单元将所述进口压力、所述出口压力、所述瞬时流量值、所述总流量值、所述阀位开度与所述电源通讯箱的IP地址发送至指定的移动终端上。

在其中一个实施例中，所述电源通讯箱还包括电源模块，所述电源模块用于给所述电源通讯箱以及所述控制器供电。

上述燃气输配智能监控系统，把阀位变送器和调压器连接在一起，同时又将阀位变送器与控制器电连接。当调压器的阀芯移动开启和关闭时，阀位变送器中的探测杆随阀芯同步运动,而探测杆又与阀位变送器中的位移传感器相连，从而将阀位开度信号转换成了可供控制器识别的电阻信号，而控制器又与调压器进口管路与出口管路相连，从而可检测到调压器的进口压力与出口压力，控制器可根据内置的计量公式Q=F（P1，P2，S，Cg）求得调压器的瞬时流量值，其中，Q为瞬时流量值，P1为进口压力，P2为出口压力，S为阀位开度，Cg为流量系数且为一常量。同时，流量计量仪测量调压器的总流量值。电源通讯箱将瞬时流量值与总流量值发送至远程控制中心，从而达到远程测定瞬时流量与总流量的目的，瞬时流量值在一定程度上反应了调压器的工作状态，通过对瞬时流量的监控，可以实时了解调压器的工作状态，无需维护人员进入现场进行维护，节约了人力，降低了成本。

附图说明

图1为一个实施例的燃气输配监控系统的原理图；

图2为图1中电源通讯箱的模块图；

图3为图1中气动控制单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1、图2和图3所示，在一个实施例中，一种燃气输配监控系统，包括调压器110、阀位变送器120、控制器130、流量计量仪140与电源通讯箱150。

调压器110具有上腔室111、下腔室112、膜片113、阀芯114、进气管路115与出气管路116。膜片113用于隔离上腔室111与下腔室112，阀芯114与膜片113固连，上腔室111与出气管路116相连通。

阀位变送器120安装于调压器110的顶部。阀位变送器120具有探测杆122与位移传感器124。探测杆122伸入调压器110并与膜片113相连。位移传感器124与探测杆122相连，用于检测阀芯114的阀位开度并输出加载有阀位开度的阀位开度信号。

控制器130与阀位变送器120电连接，用于接收阀位开度信号。控制器130具有第一压力检测接口132与第二压力检测接口134。第一压力检测接口132与进气管路115相连通，用于检测调压器110的进口压力。第二压力检测接口134与出气管路116相连通，用于检测调压器110的出口压力。控制器130根据阀位开度、进口压力与出口压力得出调压器110的瞬时流量值。控制器130还具有操作模块136，操作模块136用于现场设定调压器110的初始压力，控制器130根据初始压力通过控制模块154控制电动调节阀170的开度，将调压器110的出口压力调整至初始压力。

流量计量仪140安装于进气管路115，用于计量流经调压器110的总流量值。

电源通讯箱150分别电连接控制器130与流量计量仪140。电源通讯箱150包括通讯模块152，通讯模块152用于将瞬时流量值与总流量值发送至远程控制中心。在本实施例中，通讯模块152包括MODBUS单元。电源通讯箱150通过MODBUS单元接收远程控制中心的控制指令或向远程监控中心发送进口压力、出口压力、瞬时流量值、总流量值、阀位开度与电源通讯箱150的IP地址。在其他实施例中，通讯模块152包括GSM单元，电源通讯箱150通过GSM单元与监控中心通讯，还通过GSM单元将进口压力、出口压力、瞬时流量值、总流量值、阀位开度与电源通讯箱150的IP地址发送至指定的移动终端上。通过远程控制中心的监控，能够及时了解故障情况，及时处理，避免了故障情况的进一步恶化。

上述燃气输配智能监控系统，把阀位变送器120和调压器110连接在一起，同时又将阀位变送器120与控制器130电连接。当调压器110的阀芯114移动开启和关闭时，阀位变送器120中的探测杆122随阀芯114同步运动,而探测杆122又与阀位变送器120中的位移传感器124相连，从而将阀位开度信号转换成了可供控制器130识别的电阻信号，而控制器130又与调压器110进口管路115与出口管路116相连，从而可检测到调压器110的进口压力与出口压力，控制器130可根据内置的计量公式Q=F（P1，P2，S，Cg）求得调压器110的瞬时流量值，其中，Q为瞬时流量值，P1为进口压力，P2为出口压力，S为阀位开度，Cg为流量系数且为一常量。同时，流量计量仪140测量调压器110的总流量值。电源通讯箱150将瞬时流量值与总流量值发送至远程控制中心，从而达到远程测定瞬时流量与总流量的目的，瞬时流量值在一定程度上反应了调压器110的工作状态，通过对瞬时流量的监控，可以实时了解调压器110的工作状态，无需维护人员进入现场进行维护，节约了人力，降低了成本。关于瞬时流量值的测定，计量公式Q=F（P1，P2，S，Cg）的具体情况如下：

已知调压参数：（输入）

1．  进口压力最大值P1max（MPa）

2．  进口压力最小值P1min（MPa）

3．  出口压力最大值P2max（MPa）

4．  出口压力最小值P2min（MPa）

5．  要求调节流量Q（计算时应加20%作为计算流量）（Nm3/h）

6.  压差△P取0.005～0.05MPa

7．  介质相对密度ρ0.61

8．  进口介质温度t正常为15℃

选型步骤：

1）计算Cg值：

根据以上参数计算阀门流量系数，公式如下：

当P1＜2P2

$\mathrm{Cg}=\frac{Q\×120\%}{4.982\×P_1\×\sin (106.78\×\sqrt{\frac{\mathrm{\ΔP}}{P_1}})}\×\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\×(273.16+t)}{175.8}}$

当P1≥2P2

$\mathrm{Cg}=\frac{Q\×120\%}{4.982\×P_1}\×\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}\×(273.16+t)}{175.8}}$

注：①其中P1表示调压器进口压力，为绝对压力值，一般取最小值输入进行计算；

②当调压器安装在主调压器之前，则P1取调压器进口压力；当调压器安装在主调压器之后，则P1取调压器出口压力；

③压差△P一般取0.05MPa，进口压力较低时，可适当减小。

2）对照下表，确定调压器规格：

根据上述计算结果，与表中Cg值对比，选取较大的值对应的阀门规格。

3）验算：

依据选定的Cg值，分别输入进气压力（最大、最小），计算输出流量，确定是否满足要求。

流量计算公式：

当P1＜2P2

$Q=4.982\×\mathrm{Cg}\×P_1\×\sin (106.78\×\sqrt{\frac{\mathrm{\ΔP}}{P_1}})\×\sqrt{\frac{175.8}{\mathrm{\ρ}\×(273.15+t)}}$

当P1≥2P2

$Q=4.982\×\mathrm{Cg}\×P_1\×\sqrt{\frac{175.8}{\mathrm{\ρ}\×(273.15+t)}}$

注:对于一台固定的调压器其全量程的Cg值是一个常数,而不同开度下的Cg值与量程基本上成线性关系，比如：全量程为10mm，当开度为3mm时，其Cg值就为全量程Cg的30%。

在具体的实施例中，燃气输配监控系统还包括气动控制单元160与电动调节阀170。气动控制单元160包括导阀162与预调器164，导阀162具有导阀上腔1622、导阀中腔1624、导阀下腔1626、弹簧1628、弹簧压力调整螺栓1621与阀体1623。弹簧压力调节螺栓1621设置于导阀162的底部，用于调节弹簧1628的压力。其中，导阀上腔1622的压力等于导阀下腔1626的压力与弹簧1628的压力之和，导阀上腔1622与出气管路116相连通，调压器110的出口压力等于导阀上腔1622的压力。导阀中腔1624为浮动腔体，该浮动腔体具有缓冲腔，顶部具有调节阀芯1625，阀体1623设置有进气管1627与出气管1629。该进气管1627与出气管1629的端部分别伸入缓冲腔，其中，进气管1627伸入缓冲腔的一端具有进气孔，导阀中腔1626向下移动时，调节阀芯1625可伸入并堵塞该进气孔。预调器164与调压器110的进气管路115、导阀上腔1622以及导阀中腔1624相连通，不难理解，进气管1627与预调器164连通。调压器110的下腔室112经由电动调节阀170与导阀162中腔连通，不难理解，出气管1629与电动调节阀170连通。电动调节阀170与电源通讯箱150电连接，电源通讯箱150还包括控制模块154与供电模块156。控制模块154用于控制调整所述电动调节阀170的开度，电源模块156用于给电源通讯箱150以及控制器130供电。

在本实施例中，通讯模块152还用于接收加载有总流量设定值的总流量设定指令。当总流量值达到总流量设定值时，控制模块154控制关闭电动调节阀170，下腔室112压力减小，阀芯114下移关闭调压器110。在调压器110关闭后，远程监控中心可以及时检测到调压器110的状态，并可及时的作出处理。在远程控制中心监测到调压器110关闭后，可以根据实际情况决定是否需要重新开启调压器110。在需要重新开启时，远程控制中心通过更新总流量设定值并可重启调压器，无需维护人员进入现场启动，提高了作业的安全性。

通讯模块152还用于接收加载有压力设定值的远程压力设定指令并传送至控制器130。当压力设定值大于调压器110的出口压力并超过控制精度时，控制器130向控制模块154发送升压指令，控制模块154控制增大电动调节阀170的开度，下腔室112压力增大，调压器110的阀芯114上移，出口压力升高。当压力设定值小于调压器110的出口压力并超过控制精度时，控制器130向控制模块154发送降压指令，控制模块154控制减小电动调节阀170的开度，下腔室112压力减小，调压器110的阀芯114下移，出口压力下降。通过上述调压，使调压器110的出口压力始终保持在压力设定值的控制精度内，下游压力较稳定，提高了供气质量。此外，通讯模块152还用于接收加载有限流设定值的远程限流指令。当瞬时流量值大于限流设定值时，控制器130向控制模块154发送降压指令，控制模块154控制减小电动调节阀170的开度，下腔室112压力减小，调压器110的阀芯114下移，调压器110的流量变小。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种燃气输配监控系统，其特征在于，包括调压器、阀位变送器、控制器、流量计量仪与电源通讯箱，

所述调压器具有上腔室、下腔室、膜片、阀芯、进气管路与出气管路，所述膜片用于隔离所述上腔室与所述下腔室，所述阀芯与所述膜片固连，所述上腔室与所述出气管路相连通；

所述阀位变送器安装于所述调压器的顶部，所述阀位变送器具有探测杆与位移传感器，所述探测杆伸入所述调压器并与所述膜片相连，所述位移传感器与所述探测杆相连，用于检测所述阀芯的阀位开度并输出加载有所述阀位开度的阀位开度信号；

所述控制器与所述阀位变送器电连接，用于接收所述阀位开度信号，所述控制器具有第一压力检测接口与第二压力检测接口，所述第一压力检测接口与所述进气管路相连通，用于检测所述调压器的进口压力，所述第二压力检测接口与所述出气管路相连通，用于检测所述调压器的出口压力；所述控制器根据所述阀位开度、所述进口压力与所述出口压力得出所述调压器的瞬时流量值；

所述流量计量仪安装于所述进气管路，用于计量流经所述调压器的总流量值；

所述电源通讯箱分别电连接所述控制器与所述流量计量仪，所述电源通讯箱包括通讯模块，所述通讯模块用于将所述瞬时流量值与所述总流量值发送至远程控制中心，

所述的燃气输配监控系统，还包括气动控制单元与电动调节阀，所述气动控制单元包括导阀与预调器，所述导阀具有导阀上腔、导阀中腔、导阀下腔与弹簧，其中，所述导阀上腔的压力等于所述导阀下腔的压力与所述弹簧的压力之和，所述导阀上腔与所述出气管路相连通，所述调压器的出口压力等于所述导阀上腔的压力；所述预调器与所述调压器的进气管路、所述导阀上腔以及所述导阀中腔相连通，所述调压器的下腔室经由所述电动调节阀与所述导阀中腔连通，所述电动调节阀与所述电源通讯箱电连接，所述电源通讯箱还包括控制模块，所述控制模块用于控制调整所述电动调节阀的开度。

2.根据权利要求1所述的燃气输配监控系统，其特征在于，所述通讯模块还用于接收加载有总流量设定值的总流量设定指令，当所述总流量值达到所述总流量设定值时，所述控制模块控制关闭所述电动调节阀，所述下腔室压力减小，所述阀芯下移关闭所述调压器。

3.根据权利要求1所述的燃气输配监控系统，其特征在于，所述通讯模块还用于接收加载有压力设定值的远程压力设定指令并传送至所述控制器，当所述压力设定值大于所述调压器的出口压力并超过控制精度时，所述控制器向所述控制模块发送升压指令，所述控制模块控制增大所述电动调节阀的开度，所述下腔室压力增大，所述调压器的阀芯上移，所述出口压力升高；当所述压力设定值小于所述调压器的出口压力并超过所述控制精度时，所述控制器向所述控制模块发送降压指令，所述控制模块控制减小所述电动调节阀的开度，所述下腔室压力减小，所述调压器的阀芯下移，所述出口压力下降。

4.根据权利要求1所述的燃气输配监控系统，其特征在于，所述通讯模块还用于接收加载有限流设定值的远程限流指令，当所述瞬时流量值大于所述限流设定值时，所述控制器向所述控制模块发送降压指令，所述控制模块控制减小所述电动调节阀的开度，所述下腔室压力减小，所述调压器的阀芯下移，所述调压器的流量变小。

5.根据权利要求1所述的燃气输配监控系统，其特征在于，所述控制器还具有操作模块，所述操作模块用于现场设定所述调压器的初始压力，所述控制器根据所述初始压力通过所述控制模块控制所述电动调节阀的开度，将所述调压器的出口压力调整至所述初始压力。

6.根据权利要求1所述的燃气输配监控系统，其特征在于，所述导阀还具有弹簧压力调节螺栓，所述弹簧压力调节螺栓设置于所述导阀的底部，用于调节所述弹簧的压力。