CN103576557A - 基于节能的调压站防冻智能控制系统及其控制方法 - Google Patents

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本发明涉及一种基于节能的调压站防冻智能控制方法及其控制系统，所述的方法及系统利用加热器对天然气进行加热，以防止天然气在绝热节流降压过程中降温而导致的冻堵现象，并防止设备发生故障，且通过采集管道内天然气的温度、压力、组分和流量参数，通过经验公式，利用智能控制装置计算分析露点温度和耗热量，并据此向加热器控制装置发送控制信号，优化了加热器的运行，以达到高效节能、智能控制的目的。

Description

基于节能的调压站防冻智能控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于智能控制的技术领域，更具体的说本发明涉及一种基于节能的调压站防冻智能控制系统及其控制方法。
背景技术
由于天然气在绝热节流降压过程中会发生温降，即焦耳·汤姆逊效应，若气体降温较大可能会发生冻堵现象，影响管网的正常运行，且还可能使调压器及其他设备发生故障。采用加热以提高天然气温度，是目前可行的有效防冻措施。但其耗能量也相当大，所以，如何节能是需要重点考虑的问题。除了采用高效的加热器设备以外，优化运行也是减少能源浪费的重要措施。为了减少不必要的加热，需要确定开始发生冻堵的工况点，即天然气的露点温度td，还要确定设备的耐低温限值ts。另外，加热器的加热量也是可调的，要根据天然气的流量确定。在控制设计中，虽然天然气的露点温度td可以利用确定的数学公式根据天然气成分、压力及含湿量计算得到，但由于考虑的因素众多，计算过程极其复杂；导致控制策略不能实时更新，难以取得节约能源的效果，而且由于反馈控制不及时，现有技术中的系统并不能完全避免冻堵现象，存在故障隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于节能的调压站防冻智能控制系统及其控制方法。本发明基于人工智能模糊控制的理念，通过监测天然气特性参数，并基于经验公式的计算结果来控制加热器的运行以及流量控制，以达到高效节能、智能控制的目的。
为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
一种基于节能的调压站防冻智能控制方法，天然气在绝热节流降压过程中，采用加热器对所述降压的天然气进行加热，以将其温度加热至所述天然气的露点温度td以上以及设备低温极限温度tS以上，其特征在于：利用数据采集装置采集天然气的温度、压力、组分和流量参数，然后利用智能控制装置计算分析露点温度td，如果天然气温度tg低于露点温度td或设备低温极限温度ts，则向所述加热器发送开启指令开启所述加热器。
其中，所述智能控制装置每间隔一定时间，计算分析露点温度td，且天然气温度tg＞td+5℃且tg＞ts+5℃时，则向加热器发送关闭指令。
其中，所述智能控制装置，通过以下经验公式计算露点td，
其中，所述智能控制装置根据接收的温度和流量参数计算耗热量，并依据耗热量向所述加热器发送功率调节指令。
本发明的第二方面，还涉及一种基于节能的调压站防冻智能控制系统。
所述智能控制系统：包括用于调节输送天然气管道中天然气压力的调压器，以及用于给降压后管道内的天然气加热的加热器，其特征在于：所述智能控制系统还包括：智能控制装置、数据采集装置、加热器控制装置和远程控制计算机；所述数据采集装置、加热器控制装置和远程控制计算机均与智能控制装置连接；所述数据采集装置包括温度变送器、压力变送器、组分变送器和流量变送器，分别用于采集管道内天然气的温度、压力、组分和流量参数；所述加热器控制装置包括开关装置和功率调节器；所述智能控制装置包括数据接收处理模块、解析控制模块、算法模块、逻辑控制输出模块、调节控制输出模块和馈送信号处理模块；所述解析控制模块分别与数据接收处理模块、算法模块和馈送信号处理模块连接，所述算法模块还分别与逻辑控制输出模块和调节控制输出模块连接；所述数据接收处理模块与数据采集装置连接，用以实时处理数据采集装置采集的数据信息并发送给解析控制模块；所述馈送信号处理模块与加热器控制装置连接，用于实时采集加热器的功率和开关量信号并发送给所述解析控制模块，所述解析控制模块与远程控制计算机连接，用以接收数据和控制信号，并根据控制信号向算法模块发送工作指令并转发接收的数据信息，所述算法模块根据数据信息进行数据处理，并通过逻辑控制输出模块和调节控制输出模块向加热器控制装置发送操作指令。
其中，所述算法模块根据接收的温度、压力和组分参数，利用经验公式计算露点温度td；如果天然气温度tg低于露点温度td或设备低温极限温度ts，则通过逻辑控制输出模块向加热器控制装置发送开启指令。
其中，所述远程计算机每隔一定时间向解析控制模块发送控制信号，并根据控制信号向算法模块发送工作指令并转发接收的数据信息，所述算法模块根据接收的温度、压力和组分参数，利用经验公式计算露点温度td；如果天然气温度tg＞td+5℃且tg＞ts+5℃时，则通过逻辑控制输出模块向加热器控制装置(30)发送关闭指令。
其中，所述远程计算机每隔30s至120s向解析控制模块发送控制信号。
其中，所述算法模块根据接收的温度和流量参数计算耗热量，并依据耗热量通过调节控制输出模块向加热器控制装置发送功率调节指令。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的控制系统，利用加热器对天然气进行加热，以防止天然气在绝热节流降压过程中降温而导致的冻堵现象并防止设备发生故障，并通过采集管道内天然气的温度、压力、组分和流量参数，通过经验公式利用智能控制装置计算分析露点温度和耗热量，并据此向加热器控制装置发送控制信号，优化了加热器的运行，以达到高效节能、智能控制的目的。
附图说明
图1为本发明所述基于节能的调压站防冻智能控制方法的流程图。
图2为本发明所述基于节能的调压站防冻智能控制系统的简要框图。
图3为本发明所述基于节能的调压站防冻智能控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的阐述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
由于天然气在绝热节流降压过程中会发生温降，即焦耳·汤姆逊效应，若气体降温较大可能会发生冻堵现象，因而需要利用加热器对所述降压后的天然气进行加热处理；而本实施例正是基于该加热器提供了一种对所述加热器的控制策略。所述的策略基于节能的调压站防冻智能控制方法来实现，如图1的流程图所示，天然气在绝热节流降压过程中，采用加热器对所述降压的天然气进行加热，以将其温度加热至所述天然气的露点温度td以上以及设备低温极限温度tS以上，并利用数据采集装置采集天然气的温度、压力、组分和流量参数，然后利用智能控制装置计算分析露点温度td，如果天然气温度tg低于露点温度td或设备低温极限温度ts，则向所述加热器发送开启指令开启所述加热器；而且所述智能控制装置每间隔一定时间(例如30-120的间隔，该间隔可以通过远程控制计算机设置或调整)，计算分析露点温度td，且天然气温度tg＞td+5℃且tg＞ts+5℃时，则向加热器发送关闭指令。而且，所述智能控制装置，通过以下经验公式计算露点td，在调压器出口压力确定的情况下，td＝AM，其中A是与天然气组分相关的系数，M是天然气的含水量。另外，所述智能控制装置根据接收的温度和流量参数计算耗热量，并依据耗热量向所述加热器发送功率调节指令。
而上述控制方法，可以通过如图2-3所示的智能控制系统来实现，所述控制系统包括输送天然气的管道、用于调节所述天然气压力的调压器，以及用于给降压后管道内的天然气加热的加热器，其特征在于：所述智能控制系统还包括：智能控制装置10、数据采集装置20、加热器控制装置30和远程控制计算机40；所述数据采集装置20、加热器控制装置30和远程控制计算机40均与智能控制装置10连接；所述数据采集装置20包括温度变送器21、压力变送器22、组分变送器23和流量变送器24，分别用于采集管道内天然气的温度、压力、组分和流量参数；所述加热器控制装置30包括开关装置31和功率调节器32；所述智能控制装置10包括数据接收处理模块11、解析控制模块12、算法模块13、逻辑控制输出模块14、调节控制输出模块15和馈送信号处理模块16；所述解析控制模块12分别与数据接收处理模块11、算法模块13和馈送信号处理模块16连接，所述算法模块13还分别与逻辑控制输出模块14和调节控制输出模块15连接；所述数据接收处理模块11与数据采集装置20连接，用以实时处理数据采集装置20采集的数据信息并发送给解析控制模块12；所述馈送信号处理模块16与加热器控制装置30连接，用于实时采集加热器的功率和开关量信号并发送给所述解析控制模块12，所述解析控制模块12与远程控制计算机40连接，用以接收数据和控制信号，并根据控制信号向算法模块13发送工作指令并转发接收的数据信息，所述算法模块13根据数据信息进行数据处理，并通过逻辑控制输出模块14和调节控制输出模块15向加热器控制装置(30)发送操作指令。其中，所述远程计算机每隔一定时间向解析控制模块发送控制信号，并根据控制信号向算法模块13发送工作指令并转发接收的数据信息，所述算法模块13根据接收的温度、压力和组分参数，利用经验公式计算露点温度td；如果天然气温度tg低于露点温度td或设备低温极限温度ts，则通过逻辑控制输出模块14向加热器控制装置30的开关装置31发送开启指令；如果天然气温度tg＞td+5℃且tg＞ts+5℃时，则通过逻辑控制输出模块14向加热器控制装置30发送关闭指令。并且，所述算法模块通过预设的以下经验公式计算露点td：在调压器出口压力确定的情况下，td＝AM，其中A是与天然气组分相关的系数，M是天然气的含水量。另外，所述算法模块13根据接收的温度和流量参数计算耗热量，并依据耗热量通过调节控制输出模块15向加热器控制装置30的功率调节器32发送功率调节指令。在本发明中所述的加热器可以是电加热器、燃气加热器或其他热源加热器。
虽然本发明已经通过实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，但本领域的普通技术人员应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式来实施本发明。因此，本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于节能的调压站防冻智能控制方法，天然气在绝热节流降压过程中，采用加热器对所述降压的天然气进行加热，以将其温度加热至所述天然气的露点温度td以上以及设备低温极限温度tS以上，其特征在于：利用数据采集装置采集天然气的温度、压力、组分和流量参数，然后利用智能控制装置计算分析露点温度td，如果天然气温度tg低于露点温度td或设备低温极限温度ts，则向所述加热器发送开启指令开启所述加热器。
2.根据权利要求1所述的基于节能的调压站防冻智能控制方法，其特征在于：所述智能控制装置每间隔一定时间，计算分析露点温度td，且天然气温度tg＞td+5℃且tg＞ts+5℃时，则向加热器发送关闭指令。
3.根据权利要求1或2所述的基于节能的调压站防冻智能控制方法，其特征在于：所述智能控制装置，通过以下经验公式计算露点td：在调压器出口压力确定的情况下，td＝AM，其中A是与天然气组分相关的系数，M是天然气的含水量。
4.根据权利要求1或2所述的基于节能的调压站防冻智能控制方法，其特征在于：所述智能控制装置根据接收的温度和流量参数计算耗热量，并依据耗热量向所述加热器发送功率调节指令。
5.一种基于节能的调压站防冻智能控制系统，包括用于调节输送天然气管道中天然气压力的调压器，以及用于给降压后管道内的天然气加热的加热器，其特征在于：所述智能控制系统还包括：智能控制装置(10)、数据采集装置(20)、加热器控制装置(30)和远程控制计算机(40)；所述数据采集装置(20)、加热器控制装置(30)和远程控制计算机(40)均与智能控制装置(10)连接；所述数据采集装置(20)包括温度变送器(21)、压力变送器(22)、组分变送器(23)和流量变送器(24)，分别用于采集管道内天然气的温度、压力、组分和流量参数；所述加热器控制装置(30)包括开关装置(31)和功率调节器(32)；所述智能控制装置(10)包括数据接收处理模块(11)、解析控制模块(12)、算法模块(13)、逻辑控制输出模块(14)、调节控制输出模块(15)和馈送信号处理模块(16)；所述解析控制模块(12)分别与数据接收处理模块(11)、算法模块(13)和馈送信号处理模块(16)连接，所述算法模块(13)还分别与逻辑控制输出模块(14)和调节控制输出模块(15)连接；所述数据接收处理模块(11)与数据采集装置(20)连接，用以实时处理数据采集装置(20)采集的数据信息并发送给解析控制模块(12)；所述馈送信号处理模块(16)与加热器控制装置(30)连接，用于实时采集加热器的功率和开关量信号并发送给所述解析控制模块(12)，所述解析控制模块(12)与远程控制计算机(40)连接，用以接收数据和控制信号，并根据控制信号向算法模块(13)发送工作指令并转发接收的数据信息，所述算法模块(13)根据数据信息进行数据处理，并通过逻辑控制输出模块(14)和调节控制输出模块(15)向加热器控制装置(30)发送操作指令。
6.根据权利要求5所述的节能的调压站防冻智能控制系统，其特征在于：所述算法模块(13)根据接收的温度、压力和组分参数，利用经验公式计算露点温度td；如果天然气温度tg低于露点温度td或设备低温极限温度ts，则通过逻辑控制输出模块(14)向加热器控制装置(30)发送开启指令。
7.根据权利要求5所述的节能的调压站防冻智能控制系统，其特征在于：所述远程计算机每隔一定时间向解析控制模块发送控制信号，并根据控制信号向算法模块(13)发送工作指令并转发接收的数据信息，所述算法模块(13)根据接收的温度、压力和组分参数，利用经验公式计算露点温度td；如果天然气温度tg＞td+5℃且tg＞ts+5℃时，则通过逻辑控制输出模块(14)向加热器控制装置(30)发送关闭指令。
8.根据权利要求6或7所述的节能的调压站防冻智能控制系统，其特征在于：所述算法模块通过预设的以下经验公式计算露点td：在调压器出口压力确定的情况下，td＝AM，其中A是与天然气组分相关的系数，M是天然气的含水量。
9.根据权利要求8所述的节能的调压站防冻智能控制系统，其特征在于：所述远程计算机每隔30s至120s向解析控制模块发送控制信号。
10.根据权利要求8所述的节能的调压站防冻智能控制系统，其特征在于：所述算法模块(13)根据接收的温度和流量参数计算耗热量，并依据耗热量通过调节控制输出模块(15)向加热器控制装置(30)发送功率调节指令。
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