智能化控制在大型天然气场站中的运用

徐进军，白一海，田胜利，牛治国

（中国石油天然气股份有限公司油长庆油田分公司第一采气厂，西安 710000）

0 引言

为更好地满足经济社会发展及城市化建设要求，能源结构不断调整，人们生产生活对天然气资源的消耗量有逐年增长的趋势，天然气的应用范围也有很大的拓展。在这样的情况下，天然气资源的输送、调配工作难度均增加，如果沿用传统调配方法很难取得理想效果，故而场站应积极改革创新输送调配方法。如果大型场站能集成自动化、大数据、远程通信等高新科技，与天然气传输、调配控制系统相配合，就能实现故障问题自动化诊断、需求分析、远程调控等功能。可建立健全管网监控与数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系统，为天然气实现智能化输送调配提供可靠的技术支持。

1 传统生产管理模式缺陷

既往对天然气场站采用的生产管理模式，基本是依靠个体执行气井、集气站、处理厂的生产管理任务。比如，通过人工巡视检查的方式采集气井生产数据信息；采用员工驻站的形式管理集气站的营运活动，主要通过人力管理场站生产区的设备，但人工手动操作模式很难及时发现场站内设备的故障问题，无法实现自动化管理控制［1］。以上这种传统管理模式实施阶段不仅耗用掉大量的人力、物力资源，还不具备时效性，从安全环保、紧急抢险的视角出发，其存在一定的隐患因素。

2 大型天然气场站智能化控制的要求与构成

2.1 要求

在信息化科技持续发展的背景下，天然气资源在相关行业内的应用量不断增加，与其相关的技术也在持续进步，为更好地满足广大用户日益增长的现实需求，应加大智能化控制系统的开发、完善及提升力度。我们可以将智能化控制系统看作一种全新的场站智能控制系统，其是以SCADA 系统为基础设计研发的，内置硬件十分完善，具备强大的功能开发及系统集成能力。场站内传统SCADA 系统在投用阶段的功能以采集温度、压力、流量等数据信息为主，当其超出限值时会发挥报警信号，具备的控制功能相对较少。而新的智能控制囊括了SCADA系统的功能，利用开发链控制、远程压力调控、区域优先管理、数据集成以及智能化计量等诸多功能，实现了场站管理的智能化。智能控制系统具有如下特征：①摆脱了职员、时间、气候、区域、距离等客观因素的束缚；②在网络通信状态正常时，能够结合天然气实际的传输调度需求，在短短的数秒内调整计划方案；③调度中心能将电压或流量命令快速传送给远程调控系统，系统接收到指令以后，可快速作出判断，参照场站现实工作条件，迅速调整压力或流量指标；④压力调节系统利用传感器能快速、全面采集场站内系统的运行参数，并基于远程通信过程快速传送给调度中心，为中心作出重大决策提供可靠的数据支持［2］。

2.2 基本构成

顺序控制系统是智能控制系统的主要构成内容，该系统的功能主要是落实场站中的控制协调工作任务。调压过程配合设计了监控调压器与电控阀，安装运行状态稳定的压力、温度、流量等方面的分析仪器，和SCADA 系统相关联，实现远程智能化控制。在这种全新系统的协助下，可以将天然气场站的控制分成如下三个级别。①地控制级：将单体设备或子系统模块安装在天然气场站中，实现就地、独立控制。②站场控制级：其功能主要是动态采集站内设备运行参数、作业状态等数据，并且能实现运转监测控制、联锁式保护，在远程传输系统及调度中心的协助下完成局部数据的交互。③调控中心级：利用中心实现对全场及所有线路的实时监控、调度和优化运行等［3］。

3 智能化控制的实践应用

3.1 无人值守

智能控制系统最大的功能是实现对天然气场站的自动化、智能化管理。从场站设备开启运行开始，采用远程通信的形式下传启动指令，实现对场站生产模式的自动化启动，随后快速投入运行状态。在场站内业务运行阶段，站控远程终端设备（Remote Terminal Unit，RTU）系统能实现24 h 全天智能监测、管理控制场站内生产设备的运转情况，执行的任务主要有收集工况信息、检测电网状态、故障异常报警、智能化放散、电压及电流调节过程的控制等［4］。在常规工作情景中，为了更好地维护天然气场站运行安全，操作人员可以酌情通过站控RTU系统传达“站正常关闭”指令，场站随之会正常闭合，自动撤退站点运转模式。智能连锁控制的功能主要有超压断离及停站、泄露切断与暂停、低温换热连锁等，在天然气场站安全、稳定运行方面也作出了很大贡献。整体分析智能控制系统无论是在硬件配置还是在管控功能和安全保障方面，均符合无人值守对智能化提出的要求。利用三级控制管理气井、集气站、处理厂中心，在气井实时或定时图像采集、集气站视频动态追踪、生产区无死角录像及处理厂集中化控制等诸多技术的协助下，真正实现了“经→站→厂”三级监控，且科学规划了各部分操控权限，真正实现了逐级监控、分级管理、立体化运转［5］。

3.2 高精度调压调流

过往在调节燃气调压站的压力时，通常采用调整设定自立式调压器部分运行参数的形式来实现。企业需要派遣高压运行人员前往调压站，在专业工具的协助下调度调压指挥器，进而落实调节压力设定值的任务。以上这种传统调控方法操作过程繁琐复杂，需要投入大量的人力、物力资源，时间成本会很高，且对工作人员的调压操作技术能力、实践经验提出较高要求，在每日需要数次调整站点压力设定值的工况下，操作人员的工作压力明显增加，产生了疲惫感，在行为上可能出现错差。另外，在管道压力的调节时间问题上，这种传统调压方法表现出明显的滞后性，响应不灵敏，对管道压力很难实现动态追踪及调控。

而在智能化调压系统投用阶段，利用监控调压器、电动调节阀协同设计调压工艺区，在天然气场站正常运行时，可以通过调整调节阀的张开度控制站点压力、流量［6］。远程调压调流控制系统是调压调流过程实现的重要基础，操作过程十分简单，调度人员仅需将压力或流量值输入上位监控系统内，具备响应快速、操控精准的特征是智能化调峰、科学供气等功能实现的重要基础，弥补了传统调压时间滞后的不足，能够保证天然气公司业务运行过程的安全性，全面提升供气质量。

3.3 智能互差二选一算法

调压调流控制可以被看作在调节阀后端组装压力变送器，如果实践中面对的管理对象是大型天然气场站调压系统，为使调压系统运行过程的安全性、稳定性得到更大的保障，就要将三台压力变送器安装在调压线调节阀的后方，采用3 选2 的方法选出适宜的调压控制参数，通常会选定中间测量压力作为控制参数，具体算法如下：三台压力变送器压力值进行互差以后，自行弃用压力值偏差最大的变送器压力值，对于剩余的两台压力变送器，取其中间测量压力作为控制参数。执行以上工艺设计过程与算法，能使场站内生产设备调控参数更具精确性、可靠性，进而明显提升远程调压、调流工作效率。

3.4 设备管理

在设计研发智能系统时，把场站中所有仪表、电力设备、阴极保护设备等整合至监控系统内，实现对其运行状态的综合管理、整体监控。比如，场外电设备、自发电系统、阴极保护设备状态及有关参数等，通过实现对以上设备运行状态的智能化监控，能够帮助调度人员制订更科学的调度、维护计划，进一步提升场站运行的安全性。智能控制系统还具备信息共享功能，即应用智能化信息共享平台提升办公效率［7］。信息共享实现了天然气场站生产与管理之间“零距离”，明显改善了职工的办公条件，作业效率也相应提升。

4 结语

近年来，智能控制系统陆续被用于国内很多地区的天然气场站管理实践中，取得的成绩是十分理想的，也实现了设计目标。场站智能化水平有了“质”的突破，大部分调度人员无需走出调度室，便能远程完成场站工艺区的生产管理工作任务，确保调压操作的精准性，管网供气过程实现均衡化，明显减轻操作人员的工作压力，智能控制效果得到广大用户的一致肯定，相信在未来其将开辟出更大的发展空间。