CN104100838A - Lng工厂进站天然气的压力调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LNG工厂进站天然气的压力调节装置，包括设置于输气管路的第一调节阀，第一调节阀的两端并联设置有第二调节阀，第二调节阀的最大流通能力大于第一调节阀的最小流通能力，输气端设置有压力检测装置以及用于采集压力检测装置的压力信号并输出电信号的控制器，控制器包括PID模块，控制器分别与第一调节阀和第二调节阀的定位器相连。本发明采用两个调节阀并联的方式设置于输气管路中，在限气时期内只需开启其中一个调节阀并工作在大开度上，避免了调节阀工作在小开度状态，延长了使用寿命。本发明还公开了LNG工厂进站天然气的压力调节方法，可以根据实际需要及阀门的流量特性来设置两只阀门的分程点以实现整体流量的平滑调节。

Description

LNG工厂进站天然气的压力调节装置及方法

技术领域

本发明涉及天然气技术领域，尤其涉及一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置及方法。

背景技术

现有技术中，LNG(液化天然气)工厂从分输站引入到工厂的天然气需要进行压力调节，将压力稳定后再输送到下一工艺流程。现在工厂基本采用自力式调节阀和单只调节阀对压力进行调节稳压。作为单只调节阀，为了满足其工艺流量必然会选择一只大口径的阀门。然而，目前全国天然气紧缺，全国(特别是北方)大约有半年的限气时间，那么这只阀门将有半年的时间工作在小开度上，这时阀门的特性就容易发生畸变，产生较强的噪声和震荡，对阀门寿命产生致命影响。

因此，如何解决进站天然气压力调节阀的寿命短的问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置，用于解决进站天然气压力调节阀的寿命短的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置，包括设置于输气管路的第一调节阀，所述输气管路的进气端连接天然气气源，所述输气管路的另一端为输气端，所述第一调节阀的两端并联设置有第二管路，所述第二管路设置有第二调节阀，所述第二调节阀的最大流通能力大于所述第一调节阀的最小流通能力，所述输气端设置有压力检测装置以及用于采集所述压力检测装置的压力信号并输出电信号的控制器，所述控制器包括PID模块，所述控制器分别与所述第一调节阀和所述第二调节阀的定位器相连。

优选地，所述第二调节阀的最大流通能力小于所述第一调节阀的最大流通能力。

优选地，所述第二调节阀的最大流通能力为所述第一调节阀的最大流通能力的一半。

优选地，所述第一调节阀和所述第二调节阀的仪表风管均连接有电磁阀，所述输气端设置有报警装置，所述报警装置与所述控制器相连，所述控制器与所述电磁阀相连。

本发明提供的一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置，包括设置于输气管路的第一调节阀，输气管路的进气端连接天然气气源，输气管路的另一端为输气端，第一调节阀的两端并联设置有第二调节阀，第二调节阀的最大流通能力大于第一调节阀的最小流通能力，输气端设置有压力检测装置以及用于采集压力检测装置的压力信号并输出电信号的控制器，控制器包括PID模块，控制器分别与第一调节阀和第二调节阀的定位器相连。当天然气经输气管路进站时，控制器可以根据输气端的压力信号对第一调节阀和第二调节阀的开度进行调节。由于本发明采用了两个调节阀并联的方式设置于输气管路中，所以，在限气的时期内可以只需开启其中一个调节阀并工作在大开度上，避免了调节阀工作在小开度状态，延长了调节阀的使用寿命；而且本发明还可以根据实际需要及阀门的流量特性来设置两只阀门的分程点以实现整体流量的平滑调节。

本发明还提供了一种LNG工厂进站天然气的压力调节方法，在输气管路上设置以上任一项所述的LNG工厂进站天然气的压力调节装置，控制器按预定频率采集压力检测装置的压力信号，控制器根据压力信号的变化率调节PID模块的输出值，控制器根据PID模块的输出值输出电信号并将该电信号分别传递至第一调节阀和第二调节阀的定位器，第一调节阀和第二调节阀的定位器根据电信号自动调节第一调节阀和第二调节阀的开度；PID模块的输出值从0％增加至第一分程点(50％～60％)的过程中，第二调节阀的开度从0％逐渐增大至100％，第一调节阀在PID模块的输出值小于第二分程点(40％～50％)时保持关闭，PID模块的输出值从第二分程点增加至100％的过程中，第一调节阀的开度从0％逐渐增大至100％。

优选地，所述预定频率为0.5Hz。

优选地，所述PID模块的输出值从0％增加至第一分程点(50％～60％)的过程中，所述第二调节阀的开度与所述PID模块的输出值的比例系数为1.67～2，所述PID模块的输出值从第二分程点增加至100％的过程中，所述第一调节阀的开度与所述PID模块的输出值的比例系数为1.67～2。

优选地，所述第一分程点为55％，所述第二分程点为45％。

可见，当天然气经输气管路进站时，控制器根据输气端的压力信号实现对两个调节阀的顺序控制，并且使两个调节阀的工作范围扩大，通过合理设置两个调节阀的分程点，从而形成两阀门顺序开启时的一个重叠区，进而使两个调节阀的流量特性实现平滑过渡，以最终实现天然气进站压力的稳定。本方法避免了调节阀工作在小开度的状态，从而延长了调节阀的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例方案提供的一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置工作原理示意图；

图2为本发明具体实施例方案中两个调节阀的开度曲线图；

图3为本发明具体实施例方案中总流量与两个调节阀的开度变化曲线图；

图1至图3中：

输气管路-1、进气端-11、输气端-12、第一调节阀-2、第二管路-3、第二调节阀-4、控制器-5、压力检测装置-6、第一电磁阀-7、第二电磁阀-8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图3，图1为本发明具体实施例方案提供的一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置工作原理示意图；图2为本发明具体实施例方案中两个调节阀的开度曲线图；图3为本发明具体实施例方案中总流量与两个调节阀的开度变化曲线图。

在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置，包括设置于输气管路1的第一调节阀2，输气管路1的进气端11连接天然气气源，输气管路1的另一端为输气端12，天然气经过第一调节阀2的调压之后，经输气端12输送到下一工艺流程。在本方案中，第一调节阀2的两端并联设置有第二管路3，第二管路3设置有第二调节阀4，第二调节阀4的最大流通能力大于第一调节阀2的最小流通能力，输气端12设置有压力检测装置6和控制器5，压力检测装置6用于实时检测输气管路1的输气端12的压力值，控制器5包括PID模块，控制器5分别与第一调节阀2和第二调节阀4的定位器相连，控制器5用于采集压力检测装置6的压力信号并输出电信号，每个定位器可以根据电信号自动调节进入调节阀的仪表风的压力从而达到调节其对应的调节阀的开度的目的。

需要说明的是，本方案中第一调节阀2和第二调节阀4的口径大小可以根据天然气进气量的大小进行配置，为了满足限气期间的流量需求，本发明中优选设计为：第二调节阀4的最大流通能力小于第一调节阀2的最大流通能力。更优选的，第二调节阀4的最大流通能力为第一调节阀2的最大流通能力的一半，即第二调节阀4的口径为输气管路1的总流量流通能力的三分之一，第一调节阀2的口径为输气管路1的总流量流通能力的三分之二。

优选地，第一调节阀2和第二调节阀4的仪表风管分别连接有第一电磁阀7和第二电磁阀8，输气端12设置有报警装置，报警装置与控制器5相连，控制器5分别与第一电磁阀7和第二电磁阀8相连。如果发生紧急停车事件，输气端12的报警装置就会发出紧急停车信号，控制器5就能测到紧急停车信号(可以在系统编程中预先编写好，例如图1中的PSHH-0103报警)，控制器5会立即截断两个电磁阀的电源，从而截断进入阀门的气源信号，最终实现快速关断调节阀。

当天然气经输气管路1进站时，控制器5可以根据输气端12的压力信号对第一调节阀2和第二调节阀4的开度进行调节。由于本发明采用了两个调节阀并联的方式设置于输气管路1中，所以，在限气的时期内可以只需开启其中一个调节阀并工作在大开度上，避免了调节阀工作在小开度状态，延长了调节阀的使用寿命；而且本发明还可以根据实际需要及阀门的流量特性来设置两只调节阀的分程点以实现整体流量的平滑调节，具体实现方式请见下文实施例方案描述。

本发明还提供了一种LNG工厂进站天然气的压力调节方法，具体工作过程为：在输气管路1上设置以上实施例方案中的LNG工厂进站天然气的压力调节装置，控制器5按预定频率采集压力检测装置6的压力信号，优选地，本方案中的预定频率为0.5Hz，即控制器5每隔一秒采集一次压力信号。控制器5根据压力信号的变化率调节PID模块的输出值(0％～100％)，控制器5能够自动根据PID模块的输出值调节两个调节阀的电信号(4-20mA)，控制器5根据PID模块的输出值输出电信号并将该电信号分别传递至第一调节阀2和第二调节阀4的定位器，第一调节阀2和第二调节阀4的定位器根据该电信号自动调节进入第一调节阀2和第二调节阀4的仪表风的压力，从而达到调节其对应的调节阀的开度的目的，进而通过控制回路实现对天然气进站压力的调节。

控制器5中的PID模块分别对第一调节阀2和第二调节阀4进行控制，PID模块的输出值从0％增加至第一分程点(50％～60％)的过程中，第二调节阀的开度从0％逐渐增大至100％，第一调节阀在PID模块的输出值到达第二分程点(40％～50％)之前一直保持关闭，PID模块的输出值从第二分程点增加至100％的过程中，第一调节阀的开度从0％逐渐增大至100％。

需要说明的是，本方案中两个调节阀的开度与PID模块的输出值之间可以为线性关系，也可以为其他函数关系进行变化，只要两个调节阀能够实现顺序打开并使整体流量平滑过渡调节即可。优选地，本方案中两个调节阀的开度变化与PID模块的输出值之间为线性关系。如果用y1表示第一调节阀2的开度，y2表示第二调节阀4的开度，x表示PID模块输出值，那么，y1＝k1×(x-第二分程点)，(第二分程点＜x＜100％)；y2＝k2×x，(0％＜x＜第一分程点)，其中k1和k2为比例系数。具体的，PID模块的输出值从0％增加至第一分程点(50％～60％)的过程中，第二调节阀4的开度与PID模块的输出值的比例系数为1.67～2，PID模块的输出值从第二分程点增加至100％的过程中，第一调节阀2的开度与PID模块的输出值的比例系数为1.67～2。

两个调节阀的开度曲线如图2所示，横坐标为PID模块的输出值，纵坐标为阀门开度，当PID模块输出值较小时，第二调节阀4先打开，图2中两端为圆圈的线段即为第二调节阀4的开度变化曲线，当PID模块输出值到达第二分程点时，第一调节阀2开始打开，图2中两端为矩形框的线段即为第一调节阀2的开度变化曲线，当PID模块的输出值到达第一分程点时，第二调节阀4开度达到100％，当PID模块的输出值到达100％时，第一调节阀2的开度达到100％。

需要说明的是，本发明可以根据实际及阀门的流量特性来设置两个调节阀的分程点，以实现整体流量的平滑调节，本发明中的第一分程点可以在50％～60％之内取值，第二分程点可以在40％～50％之内取值。优选地，本实施例中第一分程点为55％，第二分程点为45％，即设置45％-55％区间作为重叠区，使调节阀流量特性实现平滑过渡，即将两阀的工作范围扩大，形成一个重叠区。如图3所示，横坐标为PID模块的输出值，纵坐标为总流量，实线代表第二调节阀4对应的总流量变化，虚线代表第一调节阀2和第二调节阀开启后对应的总流量变化，实线与虚线有一个重叠区。如果不采用重叠区，必然会在两阀开启的衔接处出现突变点，对控制造成不利影响。

可见，当天然气经输气管路1进站时，控制器5根据输气端12的压力信号实现对两个调节阀的顺序控制，并且使两个调节阀的工作范围扩大，通过合理设置两个调节阀的分程点，从而形成两阀门顺序开启时的一个重叠区，进而使两个调节阀的流量特性实现平滑过渡，以最终实现天然气进站压力的稳定。本方法避免了调节阀工作在小开度的状态，从而延长了调节阀的使用寿命。

本方法还优选在第一调节阀2和第二调节阀4的仪表风管上分别安装有第一电磁阀7和第二电磁阀8，输气端12设置有报警装置，报警装置与控制器5相连，控制器5分别与第一电磁阀7和第二电磁阀8相连。如果发生紧急停车事件，输气端12的报警装置就会发出紧急停车信号，控制器5就能测到紧急停车信号(可以在系统编程中预先编写好，例如图1中的PSHH-0103报警)，控制器5会立即截断两个电磁阀的电源，从而截断进入阀门的气源信号，最终实现快速关断调节阀。

如果后续系统没有启动，那么控制器5的PID模块的输出就被限制在5％，并且变化速率限制在1％/sec，保障系统压力处于绝对稳定状态。而当后续系统启动后，限制则被迅速解除，如此便可以避免调节阀开启过大而对后续系统造成影响，提高了安全性。

本发明提供的装置和方法可以有效解决LNG工厂全年进站大流量调节范围的需要，在国家能源季节性调控下，能满足LNG工厂生产的需要。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种LNG工厂进站天然气的压力调节装置，包括设置于输气管路(1)的第一调节阀(2)，所述输气管路(1)的进气端(11)连接天然气气源，所述输气管路(1)的另一端为输气端(12)，其特征在于，所述第一调节阀(2)的两端并联设置有第二管路(3)，所述第二管路(3)设置有第二调节阀(4)，所述第二调节阀(4)的最大流通能力大于所述第一调节阀(2)的最小流通能力，所述输气端(12)设置有压力检测装置(6)以及用于采集所述压力检测装置(6)的压力信号并输出电信号的控制器(5)，所述控制器(5)包括PID模块，所述控制器(5)分别与所述第一调节阀(2)和所述第二调节阀(4)的定位器相连。

2.根据权利要求1所述的LNG工厂进站天然气的压力调节装置，其特征在于，所述第二调节阀(4)的最大流通能力小于所述第一调节阀(2)的最大流通能力。

3.根据权利要求2所述的LNG工厂进站天然气的压力调节装置，其特征在于，所述第二调节阀(4)的最大流通能力为所述第一调节阀(2)的最大流通能力的一半。

4.根据权利要求1所述的LNG工厂进站天然气的压力调节装置，其特征在于，所述第一调节阀(2)和所述第二调节阀(4)的仪表风管均连接有电磁阀，所述输气端(12)设置有报警装置，所述报警装置与所述控制器(5)相连，所述控制器(5)与所述电磁阀相连。

5.一种LNG工厂进站天然气的压力调节方法，其特征在于，在输气管路(1)上设置如权利要求1至4任一项所述的LNG工厂进站天然气的压力调节装置，所述控制器(5)按预定频率采集所述压力检测装置(6)的压力信号，所述控制器(5)根据压力信号的变化率调节所述PID模块的输出值，所述控制器(5)根据所述PID模块的输出值输出电信号并将该电信号分别传递至所述第一调节阀(2)和所述第二调节阀(4)的定位器，所述第一调节阀(2)和所述第二调节阀(4)的定位器根据电信号自动调节所述第一调节阀(2)和所述第二调节阀(4)的开度；

所述PID模块的输出值从0％增加至第一分程点(50％～60％)的过程中，所述第二调节阀(4)的开度从0％逐渐增大至100％，所述第一调节阀(2)在所述PID模块的输出值小于第二分程点(40％～50％)时保持关闭，所述PID模块的输出值从第二分程点增加至100％的过程中，所述第一调节阀(2)的开度从0％逐渐增大至100％。

6.根据权利要求5所述的LNG工厂进站天然气的压力调节方法，其特征在于，所述预定频率为0.5Hz。

7.根据权利要求5所述的LNG工厂进站天然气的压力调节方法，其特征在于，所述PID模块的输出值从0％增加至第一分程点(50％～60％)的过程中，所述第二调节阀(4)的开度与所述PID模块的输出值的比例系数为1.67～2，所述PID模块的输出值从第二分程点增加至100％的过程中，所述第一调节阀(2)的开度与所述PID模块的输出值的比例系数为1.67～2。

8.根据权利要求5所述的LNG工厂进站天然气的压力调节方法，其特征在于，所述第一分程点为55％，所述第二分程点为45％。