CN106917960A - 分输站场调压阀冰堵预防自控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种为预防天然气分输站场调压阀冰堵的实时监控系统，包括：现场参数采集模块、现场注醇模块、过程控制模块和管理模块；现场参数采集模块采集天然气管线调压前后的露点、压力、流量、温度和阀门开度参数；过程控制模块将现场实时数据传递给管理模块；管理模块对现场数据进行分析判断后通过过程控制模块将控制信号传递给现场注醇模块；现场注醇模块根据控制信号自动完成向天然气高压管线注醇。本发明对天然气分输站场设备冰堵问题防治，生产安全、降低防治成本和提高天然气分输过程的数字化水平都具有重要的现实意义，有效保障天然气分输站工作人员的人生安全，减少能源浪费，节省设备操作时间和提高工作效率。

Description

分输站场调压阀冰堵预防自控系统

技术领域

本发明属于自动控制系统领域，具体地，涉及一种为预防天然气分输站场调压阀冰堵的实时监控系统，可实现站场数据实时监测和注醇装置自动启停控制，预防分输站场调压阀冰堵。

背景技术

天然气分输场站在冬季运行时，调压阀处由于节流原因易产生冰堵现象，严重影响着输气场站的安全平稳供气。冰堵是由于水气和天然气的某些组分在一定的压力和温度下生成了水化物，堵塞管道、设备和仪表的一种现象。

冰堵对调压阀危害巨大，一是堵塞阀体，造成停输，直接影响到下游民用、商业和工业用气；二是冰堵降温会加速易损件的损坏，诸如调节膜片和密封件；三是解冻后还没有来得及融化冰块，在二次开阀分输时，会在压力的作用下在弯头处撞击管道或者设备，有可能造成管道、设备的位移，给管道、设备埋下了安全隐患。同时由于仅凭经验控制注醇时间和数量，造成注入甲醇的大量浪费。

行业中使用的甲醇泵，目前均无自动启动功能，主要通过人员操作来向站场工艺管线内注入甲醇，人员操作工作量大，人员接触甲醇并可能中毒的风险大。随着站场“少人值守、无人值守”管理模式的推进，站场操作人员将逐步减少，但随着沿线下游用户市场的培育，各站场分输气量将逐年增加，因此，在人员减少的同时，围绕分输站控系统的切实需求，建立注醇自动控制系统，提高自动化控制水平，防止调压阀冰堵事件的发生，提高冬季安全平稳供气的保障措施，对今后冬季安全平稳供气目标的实现有着重要意义。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种分输站场调压阀冰堵预防自控系统，根据当前管线内运行参数，采用科学的预测计算，实现预防分输站场调压阀冰堵，不仅避免冰堵带来的停输，在冰堵早期就进行及时处理，避免了冰堵，节约了甲醇。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

分输站场调压阀冰堵预防自控系统，包括：现场参数采集模块、现场注醇模块、过程控制模块和管理模块；现场参数采集模块采集天然气管线调压前后的露点、压力、流量、温度和阀门开度参数；过程控制模块将现场实时数据传递给管理模块；管理模块对现场数据进行分析判断后通过过程控制模块将控制信号传递给现场注醇模块；现场注醇模块根据控制信号自动完成向天然气高压管线注醇。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：该系统在天然气水合物形成和抑制剂影响机理研究的基础上，对不同工况下分输过程温降、水合物析出和冰堵累积规律形成结论：冰堵形成的警戒工况条件以及防止冰堵所需甲醇注入的定量结果。运用自动控制技术，结合天然气行业的特点，围绕分输站控系统的切实需求，建立分输站场注醇自动控制SCADA系统，实现对分输站场相关参数的数据采集、处理分析、甲醇流量自动控制等操作；该系统对天然气分输站场设备冰堵问题防治，生产安全、降低防治成本和提高天然气分输过程的数字化水平都具有重要的现实意义，有效保障天然气分输站工作人员的人生安全，减少能源浪费，节省设备操作时间和提高工作效率。

附图说明

图1分输站场调压阀冰堵预防自控系统体系结构示意图；

图中，1、高压天然气管线，2、分输调压阀，3、低压天然气管线，4、第一露点检测仪，5、第一压力传感器，6、第一流量计，7、第一温度传感器，8、第二露点检测仪，9、第二压力传感器，10、第二流量计，11、第二温度传感器，12、PLC，13、注醇自动控制计算机，14、第一无线数据采集卡，15、第二无线数据采集卡，16、甲醇箱，17、第一手动阀，18、第一计量泵，19、第二手动阀，20、第二计量泵，21、电磁阀，22、第三手动阀，23、流量计，24、注醇口。

具体实施方式

如图1所示，分输站场天然气管线，高压天然气管线1和低压天然气管线3通过分输调压阀2相连，高压天然气管线1内的高压天然气流经分输调压阀2后进入低压天然气管线，天然气压力降低由于天然气节流效应，分输调压阀2处易发生冰堵。

如图1所示，分输站场调压阀冰堵预防自控系统，包括：现场参数采集模块、现场注醇模块、过程控制模块和管理模块；现场参数采集模块采集天然气管线调压前后的露点、压力、流量、温度参数及阀门开度；过程控制模块将现场实时数据传递给管理模块；管理模块对现场数据进行分析判断后通过过程控制模块将控制信号传递给现场注醇模块；现场注醇模块根据控制信号自动完成向天然气高压管线注醇。

如图1所示，现场参数采集模块，包括：分输调压阀2、第一露点检测仪4和第二露点检测仪8、第一压力传感器5和第二压力传感器9、第一流量计6和第二流量计10、第一温度传感器7和第二温度传感器11；其中，分输调压阀2布置在高压天然气管线1和低压天然气管线3之间，用于提供阀门开度参数；第一露点检测仪4、第一压力传感器5、第一流量计6、第一温度传感器7布置在高压天然气管线1上，分别用于检测高压天然气露点参数、压力参数、流量参数、温度参数；第二露点检测仪8、第二压力传感器9、第二流量计10、第二温度传感器11布置在低压天然气管线2上，分别用于检测低压天然气露点参数、压力参数、流量参数、温度参数；采集天然气管线调压前后的露点、压力、流量、温度及阀门开度参数，为注醇自动控制系统提供判断依据。

如图1所示，现场注醇模块，包括：甲醇箱16、第一手动阀17、第一计量泵18、第二手动阀19、第二计量泵20、电磁阀21、第三手动阀22、流量计23、注醇口24及连接管路；现场注醇模块能够根据管理模块的控制命令或人为控制完成向高压天然气管线内稳定的输送甲醇药剂，并具有甲醇流量监测功能。

现场注醇模块的甲醇箱16与管路入口端相连，入口端之后的管路分为两条并联支路，一条支路上布置了第一手动阀17和第一计量泵18，另一条支路上布置了第二手动阀19和第二计量泵20；两并联支路汇聚后的管路上有电磁阀21和第三手动阀22并联，后续管路上设有流量计23，管路出口端与注醇口24相连。正常情况下，液态甲醇自甲醇箱16流入管路入口端，依次经过第一手动阀17、第一计量泵18、电磁阀21和流量计23进入注醇口24，此时，第二手动阀19、第二计量泵20和第三手动阀22关闭；当第一计量泵18发生故障时，关闭第一手动阀17，开启第二手动阀19和第二计量泵20，保障注醇操作正常运行；当电磁阀21出现问题时，第三手动阀22开启能够确保注醇操作正常运行；第一计量泵18、第二计量泵20和电磁阀21的开启和关闭由注醇自动控制计算机13的开关启停信号控制，第一手动阀17、第二手动阀19和第三手动阀22的开启和关闭由人为控制。

如图1所示，过程控制模块，包括：PLC12、第一无线数据采集卡14和第二无线数据采集卡15；过程控制模块担负管理模块与现场参数采集模块和现场注醇模块之间的数据信号传输。

所述的PLC12收集现场数据采集模块的仪表实时模拟信号(露点、压力、流量、温度和阀门开度参数)，并以TCP/IP形式传输给注醇自动控制计算机13。

所述的第一无线数据采集卡14安置在控制室与注醇自动控制计算机13相连。将注醇自动控制计算机13输出的开关量信号通过网络无线传输给第二无线数据采集卡15；将第二无线数据采集卡15通过无线传递来的瞬时流量信号传递给注醇自动控制计算机13。

所述的第二无线数据采集卡15安置在现场注醇模块上。第二无线数据采集卡15实现了控制现场注醇模块的所有电气测控功能：开关量输入(DI)、开关量输出(DO)、模拟信号输入(AD)、模拟信号输出(DA)及串行通讯。模拟信号输入模块用来测量现场注醇模块流量计23测得的瞬时流量模拟信号；模拟信号输出模块将测得流量模拟信号经过无线传输上传到注醇自动控制计算机13上；开关量输入模块接收自动控制计算机13发出的开关量信号，包括第一计量泵18开关启停信号、第二计量泵20开关启停信号、电磁阀21开关启停信号；开关量输出模块输出控制3路开关量数字信号并通过继电器输出控制阀门和流量泵的打开和关闭。

如图1所示，管理模块为注醇自动控制计算机13。自动控制计算机13主要有传感器信号测量、站场数据接收与处理、数据动态显示、报警、流量泵和电动阀状态检测与控制、系统自动运行等功能。根据现场参数采集模块采集到的数据，通过函数关系式计算结果判定注醇开关的启停并完成开关输出控制，达到注醇系统自动控制。

分输站场调压阀冰堵预防自控系统整体工作原理：现场数据采集模块(第一露点检测仪4和第二露点检测仪8、第一压力传感器5和第二压力传感器9、第一流量计6和第二流量计10、第一温度传感器7和第二温度传感器11、分输调压阀2)实时检测站场天然气管线调压前后露点、压力、流量、温度和阀门开度参数，并以模拟信号的形式传送至PLC12，PLC12将信号以TCP/IP形式传送给注醇控制计算机13，注醇自动控制计算机13对站场实时数据进行分析，通过函数关系式计算结果判定注醇装置开关的启停并输出开关量信号，第一无线数据采集卡14与注醇自动控制计算机13相连，将注醇自动控制计算机13输出的开关量信号通过网络无线传输给第二无线数据采集卡15，第二无线数据采集卡15实现了控制现场注醇模块的所有电气测控功能，输出控制开关量数字信号通过继电器输出控制第一计量泵18、第二计量泵20、电磁阀21的打开和关闭，同时将流量计23测得的瞬时流量信号上传到注醇自动控制计算机13上。

当高压天然气管线1需要注醇时，注醇自动控制计算机13控制第一计量泵18、电磁阀21打开完成注醇，此时第二计量泵20关闭；当第一计量泵18发生故障时，第二计量泵20开启工作完成注醇。当电磁阀21发生故障时，人为打开第三手动阀22保证注醇正常完成。当高压天然气管线1不需要注醇时，注醇自动控制计算机13控制第一计量泵18或第二计量泵20、电磁阀21关闭，停止注醇。

Claims (8)

1.一种分输站场调压阀冰堵预防自控系统，包括：现场参数采集模块、现场注醇模块、过程控制模块和管理模块；其特征在于，现场参数采集模块采集天然气管线调压前后的露点、压力、流量、温度和阀门开度参数；过程控制模块将现场实时数据传递给管理模块；管理模块对现场数据进行分析判断后通过过程控制模块将控制信号传递给现场注醇模块；现场注醇模块根据控制信号自动完成向天然气高压管线注醇。

2.根据权利要求1所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，现场参数采集模块，包括：分输调压阀、第一露点检测仪、第二露点检测仪、第一压力传感器、第二压力传感器、第一流量计和第二流量计、第一温度传感器和第二温度传感器；其中，分输调压阀布置在高压天然气管线和低压天然气管线之间，用于提供阀门开度参数；第一露点检测仪、第一压力传感器、第一流量计、第一温度传感器布置在高压天然气管线上，分别用于检测高压天然气露点参数、压力参数、流量参数、温度参数；第二露点检测仪、第二压力传感器、第二流量计、第二温度传感器布置在低压天然气管线上，分别用于检测低压天然气露点参数、压力参数、流量参数、温度参数；采集天然气管线调压前后的露点、压力、流量、温度参数，为注醇自动控制系统提供判断依据。

3.根据权利要求1-2所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，现场注醇模块，包括：甲醇箱、第一手动阀、第一计量泵、第二手动阀、第二计量泵、电磁阀、第三手动阀、流量计、注醇口及连接管路；现场注醇模块能够根据管理模块的控制命令或人为控制完成向高压天然气管线内稳定的输送甲醇药剂，并具有甲醇流量监测功能。

4.根据权利要求1-3所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，所述的现场注醇模块的甲醇箱与管路入口端相连，入口端之后的管路分为两条并联支路，一条支路上布置了第一手动阀和第一计量泵，另一条支路上布置了第二手动阀和第二计量泵；两并联支路汇聚后的管路上有电磁阀和第三手动阀并联，后续管路上设有流量计，管路出口端与注醇口相连。正常情况下，液态甲醇自甲醇箱流入管路入口端，依次经过第一手动阀、第一计量泵、电磁阀和流量计进入注醇口，此时，第二手动阀、第二计量泵和第三手动阀关闭；当第一计量泵发生故障时，关闭第一手动阀，开启第二手动阀和第二计量泵，保障注醇操作正常运行；当电磁阀出现问题时，第三手动阀开启能够确保注醇操作正常运行；第一计量泵、第二计量泵和电磁阀的开启和关闭由注醇自动控制计算机的开关启停信号控制，第一手动阀、第二手动阀和第三手动阀的开启和关闭由人为控制。

5.根据权利要求1-4所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，过程控制模块，包括：PLC12、第一无线数据采集卡和第二无线数据采集卡；过程控制模块担负管理模块与现场参数采集模块和现场注醇模块之间的数据信号传输。

6.根据权利要求1-5所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，所述的PLC收集现场数据采集模块的仪表实时模拟信号，并以TCP/IP形式传输给注醇自动控制计算机。

7.根据权利要求1-6所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，所述的第一无线数据采集卡安置在控制室与注醇自动控制计算机通过端口RS232相连；将注醇自动控制计算机输出的开关量信号通过网络无线传输给第二无线数据采集卡；将第二无线数据采集卡通过无线传递来的瞬时流量信号传递给注醇自动控制计算机。

8.根据权利要求1-7所述的分输站场调压阀冰堵预防自控系统，其特征在于，所述的第二无线数据采集卡安置在现场注醇模块上；第二无线数据采集卡实现了控制现场注醇模块的所有电气测控功能：开关量输入、开关量输出、模拟信号输入、模拟信号输出及串行通讯；模拟信号输入模块用来测量现场注醇模块流量计测得的瞬时流量模拟信号；模拟信号输出模块将测得流量模拟信号经过无线传输上传到注醇自动控制计算机上；开关量输入模块接收自动控制计算机发出的开关量信号，包括第一计量泵开关启停信号、第二计量泵开关启停信号、电磁阀开关启停信号；开关量输出模块输出控制路开关量数字信号并通过继电器输出控制阀门和流量泵的打开和关闭。