CN103336512B - 燃气输配智能管理装置 - Google Patents

Abstract

一种燃气输配智能管理装置，包括调压器、控制器、气动控制单元与电源通讯箱。气动控制单元包括导阀、第一电磁阀与第二电磁阀，导阀具有导阀下腔。电源通讯箱具有通讯模块与控制模块，通讯模块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。当压力设定值大于调压器的出口压力并超过控制精度时，控制器向控制模块发送升压指令，控制模块控制开启第一电磁阀，导阀下腔压力上升，调压器的出口压力随之升高；反之，控制器向控制模块发送降压指令，控制模块控制开启第二电磁阀，导阀下腔压力下降，调压器出口压力随之下降。上述燃气输配智能管理装置，能够远程调整调压器的出口压力，无需工作人工亲临现场，提高了安全性与作业效率。

Description

燃气输配智能管理装置

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智能管理装置。

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。目前，燃气的输配管理还处于人工现场管理的阶段，出口压力、流量等需要工作人员进入现场进行调整，作业效率及安全性较低，另外，发生故障时，需要用户报修才能进行维修，管理比较被动，处理不及时，甚至可能造成重大安全事故。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。随着市场的发展和用户需求的不断提高，燃气管网和燃气调压站正在一步一步朝着智能化的方向发展。如何实现燃气输配的智能化管理是当今燃气输配领域的重要课题。

发明内容

基于此，有必要针对燃气的输配管理处于人工现场管理阶段，作业效率及安全性较低的问题，提供一种效率及安全性较高的燃气输配智能管理装置。

一种燃气输配智能管理装置，包括调压器、控制器、气动控制单元与电源通讯箱，

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；

所述控制器具有第一压力检测接口，所述第一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；

所述气动控制单元包括导阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一预调器与第二预调器，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；所述第一预调器分别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，所述第二预调器分别与所述导阀上腔、所述导阀中腔以及所述第一电磁阀的一端相连通，所述第一电磁阀的另一端分别连通至所述导阀下腔与所述第二电磁阀的一端，所述调压器的下腔室与所述导阀中腔连通；

所述电源通讯箱分别连接所述第一电磁阀、所述第二电磁阀与所述控制器，所述电源通讯箱具有通讯模块与控制模块，所述通讯模块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，所述控制模块控制开启所述第一电磁阀，所述导阀下腔压力上升，所述调压器的出口压力随之升高；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，所述控制模块控制开启所述第二电磁阀，所述导阀下腔压力下降，所述调压器出口压力随之下降。

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控制开启所述第一电磁阀或第二电磁阀，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，还包括阀位变送器，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，所述探测杆的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将加载有所述阀位开度的阀位开度信号输出至所述控制器；所述控制器还具有第二压力检测接口，所述第二压力检测接口与所述进气管路相连通，所述控制器通过所述第二压力检测接口检测所述调压器的进口压力，并根据所述阀位开度、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。

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，所述控制模块控制开启所述第二电磁阀，所述导阀下腔压力下降，所述调压器的出口压力随之下降，所述下腔室压力下降，所述阀芯向下关闭，所述调压器的流量变小。

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单元接收远程监控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。

在其中一个实施例中，所述燃气输配智能管理装置还包括紧急切断阀，所述紧急切断阀安装于所述调压器的底部，所述通讯模块在接收到切断指令时，所述控制模块控制开启所述第一电磁阀，所述导阀上腔的压力升高，所述调压器的出口压力随之升高，当所述调压器的出口压力大于所述紧急切断阀的切断压力时，所述紧急切断阀切断所述调压器。

上述燃气输配智能管理装置，通讯模块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，当压力设定值大于调压器的出口压力并超过控制精度时，控制器向控制模块发送升压指令，控制模块控制开启第一电磁阀，导阀下腔压力上升，调压器的出口压力随之升高。当压力设定值小于调压器的出口压力并超过控制精度时，控制器向控制模块发送降压指令，控制模块控制开启第二电磁阀，导阀下腔压力下降，调压器出口压力随之下降。因此，能够对调压器的出口压力进行远程设定，无需工作人员进入现场作业，提高了作业效率与安全性。

附图说明

图1为一个实施例的燃气输配智能管理装置的示意图；

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，一种燃气输配智能管理装置，包括调压器110、控制器120、气动控制单元130与电源通讯箱140。

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。

控制器120具有第一压力检测接口122，第一压力检测接口122与出气管路116相连通，用于检测调压器110的出口压力。

气动控制单元130包括导阀131、第一电磁阀133、第二电磁阀135、第一预调器137与第二预调器139。导阀131具有导阀上腔1311、导阀中腔1312、导阀下腔1313、弹簧1314、弹簧压力调整螺栓1315与阀体1316。导阀上腔1311、导阀中腔1312、导阀下腔1313、弹簧1314、弹簧压力调整螺栓1315自上而下依次设置于阀体1316内。导阀上腔1311的压力等于导阀下腔1313的压力与弹簧1314的压力之和，导阀上腔1311与出气管路116相连通，调压器110的出口压力等于导阀上腔1311的压力。导阀中腔1312为浮动腔体，该浮动腔体具有缓冲腔，顶部具有调节阀芯1319，阀体1316设置有进气管1317与出气管1318，该进气管1317与出气管1318的端部分别伸入缓冲腔，其中，进气管1317伸入缓冲腔的一端具有进气孔，导阀中腔1312向下移动时，调节阀芯1319可伸入并堵塞该进气孔。第一预调器137分别与调压器110的进气管路115、导阀上腔1311以及导阀中腔1312相连通，本实施例是通过进气管1317与导阀中腔1312的缓冲腔相连通。第二预调器139分别与导阀上腔1311、导阀中腔1312以及第一电磁阀133的一端相连通，本实施例是通过进气管1317与导阀中腔1312的缓冲腔相连通。第一电磁阀133的另一端分别连通至导阀下腔1313与第二电磁135阀的一端。调压器110的下腔室112与导阀中腔1312连通，本实施例是通过出气管1318与导阀中腔1312的缓冲腔相连通。弹簧压力调节螺栓1315设置于导阀131的底部，用于调节弹簧1314的压力。

电源通讯箱140分别电连接第一电磁阀133、第二电磁阀135与控制器120。电源通讯箱140具有通讯模块142与控制模块144。通讯模块142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120，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120向控制模块144发送升压指令，控制模块144控制开启第一电磁阀133，导阀下腔压力上升，调压器110的出口压力随之升高；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120向控制模块144发送降压指令，控制模块144控制开启第二电磁阀135，导阀下腔压力下降，调压器110出口压力随之下降。电源通讯箱140还包括电源模块146，电源模块146用于给电源通讯箱140以及控制器120供电。在外部供电的中断的情况下，电源模块146仍可维持至少1个月的工作，所以本发明对现场工况有着更广泛的适用性。

上述燃气输配智能管理装置，通讯模块142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120，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120向控制模块144发送升压指令，控制模块144控制开启第一电磁阀133，导阀下腔压力上升，调压器110的出口压力随之升高。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120向控制模块144发送降压指令，控制模块144控制开启第二电磁阀135，导阀下腔压力下降，调压器110出口压力随之下降。因此，能够对调压器110的出口压力进行远程设定，无需工作人员进入现场作业，提高了作业效率与安全性。

在本实施例中，控制器120还具有操作模块124。操作模块124用于现场设定调压器110的初始压力，控制器120根据该初始压力控制开启第一电磁阀133或第二电磁阀135，将调压器110的出口压力调整至该初始压力。

在本实施例中，燃气输配智能管理装置还包括紧急切断阀。紧急切断阀安装于调压器110的底部。通讯模块142在接收到切断指令时，控制模块144控制开启第一电磁阀131，导阀上腔1311的压力升高，调压器110的出口压力随之升高，当调压器110的出口压力大于紧急切断阀的切断压力时，紧急切断阀切断调压器110。在供气管路出现故障时，远程发送切断指令切断调压器110，避免了故障情况的进一步恶化，不会出现安全事故。

在具体的实施例中，燃气输配智能管理装置还包括阀位变送器150。阀位变送器150安装于调压器110的顶部。阀位变送器150具有探测杆152与位移传感器154，探测杆152的伸入调压器110并与膜片113相连。位移传感器154与探测杆152相连，用于检测阀芯114的阀位开度并将加载有阀位开度的阀位开度信号输出至控制器110。控制器110还具有第二压力检测接口126，第二压力检测接口126与进气管路115相连通。控制器110通过第二压力检测126接口检测调压器110的进口压力，并根据阀位开度、进口压力与出口压力得出调压器的瞬时流量值。

上述燃气输配智能管理装置，采用把阀位变送器150和调压器110连接在一起，同时又将阀位变送器150与控制器120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150中的探测杆152随阀芯114同步运动,而探测杆152又与阀位变送器150中的位移传感器154相连，从而将阀位开度信号转换成了可供控制器120识别的电阻信号，而控制器120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120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，从而达到监测调压器110瞬时流量的目的。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。实现了瞬时流量的测量。通过上述燃气输配智能管理装置，能够实时监测调压器110的瞬时流量值。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%。

在本实施例中，通讯模块142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120向控制模块142发送降压指令，控制模块142控制开启第二电磁阀，导阀131下腔压力1313下降，调压器110的出口压力随之下降，下腔室112压力下降，阀芯114向下关闭，调压器110的流量变小。从而有效实现远程流量限定功能。通讯模块142包括MODBUS单元，电源通讯箱140通过MODBUS单元接收远程监控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、阀位开度与电源通讯箱140的IP地址。在其他实施例中，通讯模块140还可以包括GSM单元，电源通讯箱通过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、阀位开度与电源通讯箱的IP地址发送至指定的移动终端上。通过远程监控中心的监控，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。

本发明采用的气动控制单元130在保留通过弹簧压力调整螺栓1315调整弹簧1314的压力从而改变调压器110的出口压力的同时，新增了利用控制导阀131的导阀下腔1313的压力的变化来改变调压器110出口压力的变化，调压器110出口压力约等于弹簧的压力与导阀下腔1415的压力之和，比如弹簧1314的压力设定为3Bar，而导阀下腔1313的压力为2Bar，那么调压器110的出口压力就为5Bar。如果把调压器110的弹簧1314的压力设定为调压器110最低保障压力，不需要多次重复设定弹簧1314的压力，要改调压器110的出口压力时，只需要改变导阀下腔1313的压力即可。为有效改变控制导阀下腔1313的压力，在气动控制单元130中设置了两个电磁阀，其中，第一电磁阀133是进气电磁阀，第二电磁阀135是排气电磁阀。当第一电磁阀133开启时，会使导阀下腔1313的压力增加，从引起调压器110出口压力随之增加。当第二电磁阀135开启时，会使导阀下腔1313的压力下降，从引起调压器110出口压力随之下降。由于两个电磁阀与电源通讯箱140连接，而电源通讯箱140又与控制器120相连，因此可通过控制器120有效控制两个电磁阀的开启。当控制器120经过电源通讯箱140接到远程的升压指令时，控制器120首先检测当前的出口压力，然后有效开启第一电磁阀133，从而使调压器110出口压力上升，实现有效升压。当控制器120经过电源通讯箱140接到远程的降压指令时，控制器120首先检测当前的出口压力，然后有效开启第二电磁阀135，从而使调压器110出口压力下降，实现有效降压。为此可有效实现远程自动调压功能。

本发明通过对传统的调压器110的使用方式进行改造，加装了多个智能组件，创新的形成了燃气输配智能管理装置。本发明的优点在于该燃气输配智能管理装置集监测、控制、管理、及软硬件于一体，实现了调压器110出口压力和流量的智能化远程动态调节和管理。对于燃气输配领域通过远程方式有效调节管网的压力和流量，实现输配调度的智能化有着较好的实际效果。此外，本发明采用可拆卸结构，维修方便。

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 (5)

1.一种燃气输配智能管理装置，其特征在于，包括调压器、控制器、气动控制单元与电源通讯箱，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；

所述控制器具有第一压力检测接口，所述第一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；

所述气动控制单元包括导阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一预调器与第二预调器，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；所述第一预调器分别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，所述第二预调器分别与所述导阀上腔、所述导阀中腔以及所述第一电磁阀的一端相连通，所述第一电磁阀的另一端分别连通至所述导阀下腔与所述第二电磁阀的一端，所述调压器的下腔室与所述导阀中腔连通；

所述电源通讯箱分别电连接所述第一电磁阀、所述第二电磁阀与所述控制器，所述电源通讯箱具有通讯模块与控制模块，所述通讯模块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，所述控制模块控制开启所述第一电磁阀，所述导阀下腔压力上升，所述调压器的出口压力随之升高；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，所述控制模块控制开启所述第二电磁阀，所述导阀下腔压力下降，所述调压器出口压力随之下降；

还包括阀位变送器，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，所述探测杆的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将加载有所述阀位开度的阀位开度信号输出至所述控制器；所述控制器还具有第二压力检测接口，所述第二压力检测接口与所述进气管路相连通，所述控制器通过所述第二压力检测接口检测所述调压器的进口压力，并根据所述阀位开度、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，所述控制模块控制开启所述第二电磁阀，所述导阀下腔压力下降，所述调压器的出口压力随之下降，所述下腔室压力下降，所述阀芯向下关闭，所述调压器的流量变小；

所述通讯模块包括MODBUS单元，所述电源通讯箱通过所述MODBUS单元接收远程监控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、所述阀位开度与所述电源通讯箱的IP地址；

所述通讯模块包括GSM单元，所述电源通讯箱通过所述GSM单元与远程监控中心通讯，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。

2.根据权利要求1所述的燃气输配智能管理装置，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。

3.根据权利要求1所述的燃气输配智能管理装置，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控制开启所述第一电磁阀或第二电磁阀，将所述调压器的出口压力调整至所述初始压力。

4.根据权利要求1所述的燃气输配智能管理装置，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的燃气输配智能管理装置，其特征在于，所述燃气输配智能管理装置还包括紧急切断阀，所述紧急切断阀安装于所述调压器的底部，所述通讯模块在接收到切断指令时，所述控制模块控制开启所述第一电磁阀，所述导阀上腔的压力升高，所述调压器的出口压力随之升高，当所述调压器的出口压力大于所述紧急切断阀的切断压力时，所述紧急切断阀切断所述调压器。