一种天然气高中压场站内预付费控制系统
技术领域
本发明涉及天然气计量与控制技术领域。
背景技术
城市燃气企业担负着向所辖区域各类客户分销天然气的重任,终端客户众多,其中不乏大中型工商业客户,使用高(次高)压天然气能源,用于贸易结算的计量仪表同样采用高(次高)压方式计量。
作为上游气源供应方,出于生产经营安全稳妥的考虑以及公平合理的原则,为了降低应收账款及拖欠款方面的风险,减少贸易纠纷,普遍的做法是采用贸易计量仪表与预付费控制系统联锁方式对终端客户供气,一旦客户实际使用的天然气量达到预付给气源供应方的气款金额(依据天然气销售单价折算为天然气量),预付费系统则联锁动作,切断天然气供应,确保气源供应企业的利益。
典型的预付费联锁控制系统工作过程:一般情况下,天然气经过过滤装置净化处理、稳压后进入计量控制单元,IC卡预付费联锁控制系统的控制模块实时检测来自计量仪表的输出值(天然气量),该值与预付费系统中控制模块内的预缴金额(则换成天然气量)进行比对,若实际使用量与预缴金额(则换成天然气量)相等(差值为零)时,控制模块向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,切断阀门动作关闭天然气供应。待控制模块中的IC卡再存入一定金额后则对系统进行复位操作,联锁控制阀门打开,恢复天然气供应。
按照目前国内的实际情况,联锁控制系统的切断阀门一般为24伏直流电源驱动的两位式防爆型电磁阀,一般不能用于高(次高)压系统,只能用于0.4MPa以下中压气源场合,而且由于驱动力有限,管道口径一般在DN300mm以下,且价格昂贵。
此外,对于多回路计量仪表供气方式来说,预付费联锁控制系统一般采取“一表(计量仪表)对应一预付费系统(IC卡预付费控制模块+1阀(联锁控制阀门))”配置方式,不同回路之间独立,不发生联系,互不影响。
典型的多回路计量仪表供气方式和加装预付费联锁控制系统后的工艺流程图分别如图1、图2所示。
分析表明,传统的预付费联锁控制系统存在如下问题:
1、多数情况下燃气公司和用户均优先采用先计量(高压、次高压计量)后调压(或不调压)模式供气,这就是高(次高)压计量模式。对于这种采用高(次高)压计量的场所,以目前的情况,因为没有与IC卡预付费系统匹配的能用于高(次高)压系统的电磁阀,因此尚不能实现IC卡预付费功能,不能对客户拖欠气款风险进行有效控制。市场上常规的电磁阀只能用于0.4MPa以下中压系统。可以说,目前适用于高(次高)压系统的预付费解决方案是空白。
2、即便是0.4MPa以下中压系统,大口径电磁阀也是缺项,市场上鲜有用于IC卡预付费系统联锁控制的大口径电磁阀可供选择,比如DN400mm口径以上口径,市场就没有供应。可以说,目前适用于中压系统大口径管道的预付费解决方案也是空白。
3、图1所示的是典型的多回路计量仪表并联供气,各回路间相互独立、互为备用,表前阀、表后阀一般采用手动球阀,这是燃气行业普遍采用的计量技术方案,明显的问题是没有IC卡预付费功能,但现有的IC卡预付费系统(图2所示)因采用独立的“一表对应一预付费连锁控制系统(一卡一表一阀)”模式,如果正在运行的回路中IC卡预付费金额消费完毕,控制模块会发出指令,自动关闭对应的联锁控制阀门,停止向客户供气。比如。N1计量仪表运行,N2、N3备用(一般处于关闭状态),此时“预1控制模块”的IC卡中预付金额使用完毕,M1阀接到指令后关闭。但如果此时另外未运行的N2、N3回路中IC卡内还有剩余的预付金额(未用完余额),就有可能会出现这样一种情况:客户总的预付费金额没有用完,但气源供应方却关闭了阀门,停止供气,导致客户停气,造成客户损失,随自而来则可能会产生一些纠纷,气源供应方燃气公司存在违约的法律风险。
4、传统的IC卡预付费系统的联锁切断阀门——电磁阀,因为驱动电源动力较小的影响因素,口径受到限制,适用范围窄,价格高。
5、传统的IC卡预付费系统需要在表后阀之后再另行增加一个电磁阀,导致客户负担加重。
6、传统的IC卡预付费系统,客户用气量临近IC卡预付费剩余气量时没有预警环节,很容易导致客户不知情或疏忽状态下停气,出现不该出现的误会和不必要的纠纷。
7、传统的IC卡预付费系统所有设备与装置均需安装在防爆区域内,无疑均需要采用防爆设计,增加投资成本。
8、传统的的IC卡预付费系统不能集成在燃气公司后台管理系统中,不具备虚拟IC卡预付费和远程控制管理功能。
9、传统的的IC卡预付费系统没有与现场可燃气体报警系统集成,各司其责互不联系,投资大。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题,提供一种适用于天然气高中压场站内的预付费控制系统。
为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种天然气高中压场站内预付费控制系统,其包括:进气总管及设置于进气总管上的进气阀门、设置于进气阀门下游的多条并联的计量仪表支路及每条计量仪表支路上设置的计量仪表、设置于计量仪表支路下游的联锁切断阀门,以及一套IC卡预付费控制模块,每个计量仪表的数据传输线连接至所述IC卡预付费控制模块,
所述IC卡预付费控制模块包括用于接收来自计量仪表数据信息的接收单元、对计量仪表数据信息进行运算操作的数据运算处理单元、识别IC卡预付费金额并换算成可使用的天然气体积量的IC卡数据读取与转换单元、根据IC卡预付费金额所对应的可使用天然气体积量达到预警值和切断值时分别通过气源供应方的后台管理系统向客户发送预警信号和向联锁切断阀门发出阀门关闭信号的控制单元,与气源供应方后台管理系统对接并向联锁切断阀门发送关闭信号指令及向用户及气源供应方发布预警信息和联锁切断阀门关闭信息的后台辅助系统对接单元、通过无线或有线方式向用户及气源供应方传输数据信息的数据信息发送单元。
作为一种优选实施方式,所述联锁切断阀门为一个联锁切断总阀,多条计量仪表支路的下游并联成一下游总管,联锁切断总阀设置于所述下游总管。
作为另一种实施方式,所述联锁切断阀门为多个联锁切断阀,每条计量仪表支路设置一个联锁切断阀,且联锁切断阀设置于计量仪表的下游。
优选地,所述联锁切断阀门为带电动执行机构的球阀或带气动执行机构的球阀或带液动执行机构的球阀及对应的驱动控制装置。
优选地,计量仪表将测量得到的数据信息发送至IC卡预付费控制模块的接收单元,经过数据运算处理单元对多个计量仪表的数据信息进行求和运算处理,多路计量仪表用气量之和与IC卡预付费缴存金额按用气价格换算得到的天然气体积量实时比较,当相互间的差值达到计量仪表设定的预警值,后台辅助系统对接单元持续向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户及时给IC卡充值;当实际用气量等于IC卡购气量时,关闭联锁切断阀门。
优选地,每条计量仪表支路上的计量仪表在其上游分别设置有一表前阀。
优选地,每条计量仪表支路上的计量仪表在其下游分别设置有一表后阀。
优选地,所述IC卡预付费控制模块集成于中央控制室站控系统内。
优选地,所述天然气高中压场站内预付费控制系统还包括可燃气体报警探头,所述可燃气体报警探头检测到的天然气浓度值通过IC卡预付费控制模块的对接单元向后台辅助系统传输数据,浓度达到报警值时向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户和气源供应方及时处理消除安全风险;达到切断值时通过气源供应方后台管理系统向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,实施停气操作确保安全。
本发明彻底解决高(次高)压场站、中压场站大口径管道、高(次高)压客户端,包括门站、调压站、储配站、高(次高)压客户计量调压撬等场所实现IC卡预付费控制功能的难题。本发明的IC卡预付费系统既可用于高(次高)压系统,也可以用于中压系统,同时,也适用于大口径阀门场合。本发明还进一步能够与现场可燃气体报警系统集成,相对于现有IC卡预付费系统,投资成本大大降低。
附图说明
图1是现有的多回路计量供气方式的原理示意图。
图2是现有的带IC卡预付费控制系统的多回路计量方案的原理示意图。
图3是本发明总阀控制模式的原理示意图。
图4是本发明分阀控制模式的原理示意图。
图5是本发明的电动球阀驱动电源控制装置控制示意图。
图6是本发明基于次高压站控系统集成模式的总切断阀门原理示意图。
图7是本发明基于高压预付费控制模块的分阀控制模式的原理示意图。
图中,
进气阀KJ,,出气阀KH,表前阀KQ1,表前阀KQ2,表前阀KQ3,表后阀KH1,表后阀KH2,表后阀KH3,电动球阀驱动电源控制装置Q1,电动球阀驱动电源控制装置Q2,电动球阀驱动电源控制装置Q3,电动球阀驱动电源总控制装置Q,预付费切断电磁阀F1,预付费切断电磁阀F2,预付费切断电磁阀F3,电动球阀驱动电源M1,电动球阀驱动电源M2,电动球阀驱动电源M3,电动球阀驱动总电源M,阀门KH10,阀门KH20,阀门KH30,总阀门KH0,现场可燃气体报警探头检测BJT,计量表N1,计量表N2,计量表N3,中央控制室站控系统100,预付系统控制模块YK,预付系统控制模块YK1,预付系统控制模块YK2,预付系统控制模块YK3。
具体实施方式
本发明的天然气高中压场站内预付费控制系统,包括了进气总管及设置于进气总管上的进气阀门、设于进气阀门下游的多条并联的计量仪表支路及每条计量仪表支路上设置的计量仪表、设置于计量仪表支路下游的联锁切断阀门,以及一套IC卡预付费控制模块,每个计量仪表的数据传输线连接至所述IC卡预付费控制模块。
所述IC卡预付费控制模块包括用于接收来自计量仪表数据信息的接收单元、对计量仪表数据信息进行运算操作的数据运算处理单元、识别IC卡预付费金额并换算成可使用的天然气体积量的IC卡数据读取与转换单元、根据IC卡预付费金额所对应的可使用天然气体积量达到预警值和切断值时分别通过气源供应方的后台管理系统向客户发送预警信号和向联锁切断阀门发出阀门关闭信号的控制单元、与气源供应方后台管理系统对接并按照联锁切断阀门发送的预警信号和关闭信号指令向用户及气源供应方发布预警信息和联锁切断阀门关闭信息的后台辅助系统对接单元、通过无线或有线方式向用户及气源供应方传输数据信息的数据信息发送单元。
依据联锁切断阀及计量仪表支路的设置模式,本发明可以分为总阀控制模式及分阀控制模式。总阀控制模式是指,所述联锁切断阀门为一个联锁切断总阀,多条计量仪表支路的下游并联成一下游总管,联锁切断总阀设置于所述下游总管。分阀控制模式是指,所述联锁切断阀门为多个联锁切断阀,每条计量仪表支路设置一个联锁切断阀,且联锁切断阀设置于计量仪表的下游,每个联锁切断阀有独立的数据传输线分别连接至所述IC卡预付费控制模块的控制单元。
所述联锁切断阀门为电动执行机构的球阀或气动执行机构的球阀或液动执行机构的球阀,即采用外加动力,如交流电源220V或380V,或采用压缩空气或液压油作为驱动方式来控制阀门开启或关闭。阀门口径可大可小,依需要选取。小口径阀门可采用直流电源(如24伏)作为驱动动力。
一旦IC卡预付费控制模块发出关阀指令,则通过外加动力驱动该阀门关闭,可以实现远程控制,也可以现场就地控制。联锁切断阀门开关状态及实际开度既可现场显示,也可以远传至中央控制室显示。
实施例1
本例是采用总阀控制模式的案例。
如图3所示,计量仪表N1、计量仪表N2、计量仪表N3的计量数据通过通讯端口送至IC卡预付费控制模块YK的接收单元,各计量仪表支路的下游并联成一条下游总管,由电动球阀驱动电源控制装置Q、电动球阀驱动总电源M、总阀门KH0所集成的联锁切断总阀设置于所述下游总管。IC卡预付费控制模块YK经过求和运算处理后,三路用气之和(总用气量)与IC卡预付费缴存金额(按销售价格将预存金额换算成天然气量)实时比较,当实际发生的总用气量接近IC卡购气量时,系统持续向客户及气源供应方发布数据信息预警,提醒客户及时给IC卡充值;当实际总用气量等于IC卡购气量时,关闭联锁切断总阀,实施停气操作。待用户再次充值时,对预付费系统实施复位操作,恢复向用户供气。
每条计量仪表支路上的计量仪表在其下游分别设置有一表后阀,以便维修或更换计量仪表时切断用。
由于IC卡预付费系统控制模块YK发出的阀门开关信号为低压直流信号,该信号通过驱动电动球阀驱动电源控制装置Q实现驱动电源380伏交流电源分别送入电动执行机构电机启闭线圈绕组及电动球阀驱动总电源M,实现阀门开启和关闭,从而开启或关闭总阀门KH0。原理图见图5所示。
总阀门KH0开度包括开启、关闭等信息可以现场显示,也可以通过4~20M电流信号反馈至IC卡控制模块或站控系统中显示,电流信号与现场实际阀门开度成比例。
就地或远程均可实现联锁切断阀门的复位操作。离线模式情况下,由现场就地控制,在线模式情况下为远程控制,可由IC卡系统控制模块或站控系统发送控制指令,也可人工操作。
IC卡预付费控制模块采用防爆设计为宜。
此外,现场可燃气体报警探头BJT与IC卡预付费控制系统连接,检测到的天然气浓度值通过IC卡预付费控制模块的对接单元向后台辅助系统传输数据,浓度达到报警值时向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户和气源供应方及时处理消除安全风险。达到切断值时通过气源供应方后台管理系统向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,实施停气操作确保安全。
实施例2
本例是采用分阀控制模式的案例。
如图4所示,计量仪表N1、计量仪表N2、计量仪表N3的计量数据通过通讯端口送至IC卡预付费控制模块YK的接收单元,每条计量仪表支路在计量仪表的下游分别设置一个预付费切断电动球阀,每个预付费切断电动球阀有独立的数据传输线连接至所述IC卡预付费控制模块的控制单元。
IC卡预付费控制模块YK经过求和运算处理后的几路用气之和(总用气量)与IC卡预付费缴存金额(按销售价格将预存金额换算成天然气量)实时比较,当实际发生的总用气量达到计量仪表设定的预警值(预警值为IC卡预付费总气量与实际发生总用气量的差值),系统持续向客户及气源供应方发布数据信息预警,提醒客户及时给IC卡充值;当实际总用气量等于IC卡购气量时,IC卡预付费控制模块YK同时向电动球阀驱动电源控制装置Q1、电动球阀驱动电源控制装置Q2、电动球阀驱动电源控制装置Q3发出关断信号,电动球阀驱动电源控制装置接到信号后驱动电动球阀驱动电源M1、电动球阀驱动电源M2、电动球阀驱动电源M3同时分别对阀门KH10、阀门KH20及阀门KH30进行关闭,实施停气操作。
在本例中,每条计量仪表支路上不需要在计量仪表后设置表后阀。对于已有计量仪系统实施本发明的技术方案时,可以将原计量仪表后的表后阀加装电动或其它方式的执行机构。
此外,现场可燃气体报警探头BJT与IC卡预付费控制系统连接,检测到的天然气浓度值通过IC卡预付费控制模块的对接单元向后台辅助系统传输数据,浓度达到报警值时向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户和气源供应方及时处理消除安全风险。达到切断值时通过气源供应方后台管理系统向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,实施停气操作确保安全。
实施例3
本例是次高压站系统集成模式的总阀切断模式。
如图6所示,本例中,将IC卡预付费控制模块YK整合在中央控制室站控系统100中,向预付费联锁切断阀门发送指令。
IC卡不限于实物,即无需实物IC卡,由站控系统增设IC卡预付费功能,利用互联网实现与气源供应方客服系统对接,向用户提供增值服务。用户可通过微信、支付宝、网银等方式向帐户充值。
此外,现场可燃气体报警探头BJT与IC卡预付费控制系统连接,检测到的天然气浓度值通过IC卡预付费控制模块的对接单元向后台辅助系统传输数据,浓度达到报警值时向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户和气源供应方及时处理消除安全风险。达到切断值时通过气源供应方后台管理系统向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,实施停气操作确保安全。
实施例4
本例为一具体实施案例。
天津滨海新区一燃气锅炉供暖客户,使用的天然气气源为1.6MPa压力,日用气量15.0万m3/日左右,用能设备为六台天然气锅炉,采用两开一备计量模式。
对该用户采取的技术实施方案为站控系统控制总阀模式,技术实施方案见下图6所示。
三路计量仪表信息(通常使用两路)实时传输至站控系统的IC卡预付费控制模块,与客户预付费金额(按照实时天然气价格换算成体积量)进行比较,当剩余气量为45万m3时,站控系统通过燃气公司后台管理系统向客户发出预警信息(浅度预警),提醒客户及时充值;当剩余气量为15万m3时,站控系统通过燃气公司后台管理系统向客户再次发出高级别预警信息(深度预警),特别提醒客户及时充值,否则将有可能遭遇停气风险;当剩余气量为0万m3时,站控系统向预付费联锁切断总阀发送关闭阀门指令,预付费链锁切断总阀关闭。同时通过燃气公司后台管理系统向客户发送停气信息以及安全注意事项。
执行上述相关过程的同时,燃气公司后台管理系统也会同时向燃气公司相关管理人员发送相关信息。
待客户充值后,燃气公司人员现场人工复位,恢复供气。
此外,现场可燃气体报警探头BJT与IC卡预付费控制系统连接,检测到的天然气浓度值通过IC卡预付费控制模块的对接单元向后台辅助系统传输数据,浓度达到报警值时向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户和气源供应方及时处理消除安全风险。达到切断值时通过气源供应方后台管理系统向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,实施停气操作确保安全。
实施例5
本例是一对已有计量系统进行技术改造过后的实例。
广州市一家造纸工业企业,用能设备为2台高压的燃气轮机设备,天然气气源为3.6MPa压力,已有计量系统,日用气量为80.0万m3/日左右,两开一备,没有IC卡预付费系统,原计量系统示意图如图1所示。
对该用户采取的技术实施方案为IC卡预付费控制模块联锁控制分阀模式,技术实施方案原理图如下图7所示。
将3个表后手动球阀分别加装电动球阀驱动电源和电动球阀驱动电源控制装置,进行优化设计,成为能够受IC卡预付费控制模块联锁控制的电动球阀,增设一套IC卡预付费控制模块,技术改造完成后IC卡预付费控制系统可以统一控制上述三个联锁切断阀门,无需对工艺系统进行改造,也不需要实施停气施工作业,改造方便快捷。
3路计量仪表信息实时传输至IC卡预付费控制模块的接收单元,与客户预付费金额(按照实时天然气价格换算成体积量)进行比较,当剩余气量为240万m3时,IC卡预付费控制模块与燃气公司后台管理系统通讯,后台管理系统向客户发出预警信息(浅度预警),提醒客户及时充值;当剩余气量为160万m3时,IC卡预付费控制模块通过燃气公司后台管理系统向客户再次发出高级别预警信息(深度预警),特别提醒客户及时充值,否则将有可能遭遇停气风险;当剩余气量为0万m3时,IC卡预付费控制模块同时向三个联锁切断阀发送关闭阀门指令,三个联锁切断阀全部关闭。同时通过燃气公司后台管理系统向客户发送停气信息以及安全注意事项。
执行上述相关过程的同时,燃气公司后台管理系统也会同时向燃气公司相关管理人员发送相关信息。
待客户充值后,燃气公司人员现场人工复位,恢复供气。
同样,现场可燃气体报警探头BJT与IC卡预付费控制系统连接,检测到的天然气浓度值通过IC卡预付费控制模块的对接单元向后台辅助系统传输数据,浓度达到报警值时向用户及气源供应方发布预警信号,提醒客户和气源供应方及时处理消除安全风险。达到切断值时通过气源供应方后台管理系统向联锁切断阀门发出关闭阀门指令,实施停气操作确保安全。