输气站场调压机柜内设备故障研究与应用

张兵强　赵连成　刘愉　黄云　舒海丽

【摘 要】调压撬作为输气站场重要的撬装设备，负责向下游用户调节压力与流量。随着生产过程自动化的提高，川气东送输气站场针对现场调压设备设置了调压机柜，调压机柜内的自动控制系统能实现远程及自动控制调压撬设备运行，并实时采集现场参数，同时能够与站场紧急停车系统实现联锁保护。因此在日常生产运行中保证调压机柜内设备正常运行非常有必要，本文从川气东送输气站场的调压机柜内的设备在生产运行中存在的故障问题入手，探求问题出现原因，提出合理应对措施，提高设备运行完好率。

【关键词】输气站场；调压机柜；设备；问题；措施

0 引言

分输站场压力控制系统通常由两部分组成，一部分是由现场的设备及仪表，另一部分是控制室的PID控制器[1]。川气东送输气站场机柜室设置的调压机柜采用罗克韦尔公司ControlLogix调压控制系统，自动化程度高、设备结构复杂。调压机柜内的设备运行状态直接影响现场调压撬设备的安全运行，对下游用户的供气需求有重大影响。因此对调压机柜内的设备开展研究分析，降低设备的故障率，对安全生产运行具有重要意义。

1 调压控制系统设备现状

输气站场压力控制系统现场设备是由安全切断阀（SSV）、监控调压阀（PCV）、工作调压阀（PV）按照从上游至下游的顺序串连一起，安全切断阀、监控调压阀、工作调压阀应为相互独立的设备。正常情况下，安全切断阀和监控调压阀处于全开位置，由工作调压阀对下游压力进行控制。当工作调压阀出现故障，无法控制下游压力时，监控调压阀开始工作，以维持下游压力的安全范围。若监控调压阀也出现故障，不能控制下游压力时，安全切断阀则自动切断气源[2]。

2 运行中存在的问题

2.1 管路自动逻辑切换设置问题

压力控制系统远程控制时通常有两种模式：一种是手动模式；另一种是自动模式。手动模式运行时是通过在上位机手动设定阀位的方式来实现生产控制要求；自动模式运行时是程序通过判断当前的压力、流量与设定的压力、流量进行比较控制PV阀的开度以实现控制功能。与手动模式运行相比，调压系统自动模式运行能根据运行参数进行PID运算，避免频繁的人为手动输入阀位值，减少出錯几率以及工作量，同时自动模式运行还具备管路事故关断报警后的管路逻辑切换功能。在自动模式运行时，当在用支路工作调压阀出现事故关断时，系统检测到信号时经过120秒延时，备用支路自动启用开启工作调压阀，实现管路逻辑切换功能。在管路逻辑切换时，备用支路工作调压阀开启，但备用支路的的进口电动球阀并未开启，因此导致备用调压支路气路未导通。

2.2 安全切断阀（SSV）电磁阀供电电源监控问题

安全切断阀作为调压撬重要组成部件之一，对安全生产运行起到至关重要的作用，能在站场遇到紧急情况下，接收到触发站场紧急关断信号时，执行安全切断操作[3]。目前调压撬SSV安全切断阀电磁阀正常运行状态下为不带电常关状态，当触发ESD或上位机发出切断命令时调压机柜内继电器动作给现场电磁阀供电使电磁阀开启，从而使安全切断阀（SSV）切断。因此在正常状态下调压机柜内控制现场电磁阀动作的继电器上端220V供电需常带电状态。当机柜内控制电磁阀供电的电源空开故障、保险烧坏、连接线路端子松动都会造成继电器上端220V供电断路，即使接收到执行ESD或上位机发出的切断命令信号时，继电器动作，但由于电磁阀220V动力电处于断路状态，现场电磁阀也不能开启切断安全切断阀，因此存在较大安全隐患。

2.3 同级负载供电问题

川气东送自控及通信机柜内设计之初的供电方式为UPS单回路供电，其中机柜中的24V电源、风扇及照明系统电源均来自站场UPS供电输出，属于同级负载。采取此类设置在后续的生产运行中存在的缺陷就是机柜中的风扇或照明灯管属于易老化损坏部件，一旦出现老化烧毁，引起供电回路电流瞬间增大，极易导致机柜内的空开越级跳闸现象，从而导致总空开跳闸[4]。川气东送某输气站场在日常运行中出现过风扇因电磁线圈老化，线圈内部短路，引起回路电流瞬间增大，ESD机柜总空开跳闸，ESD机柜掉电触发ESD关断。调压机柜设计之初同样存在此类同级负载问题，一旦出现机柜掉电问题严重影响下游用户平稳供气。

3 问题处理措施

3.1 逻辑程序优化设置

通过专业自控人员对程序修改设置，将调压撬进口电动球阀添加设置到逻辑程序当中，实现当在用调压支路事故关断后，达到延时时间后首先开启备用之路进口电动球阀，再开启备用之路工作调压阀。需要注意的是在对程序进行优化修改设置时，现场设备须做好安全防范措施，同时程序修改完毕后进行管路逻辑切换测试。通过对调压程序进行优化设置满足了实际生产需要。

3.2 设置电源监控点

报警系统的作用在于及时提醒操作人员密切注视生产中的运行参数，以便采取措施预防事故的发生，是保证安全生产的重要措施[5]。调压机柜内控制电磁阀供电状况是从电源空开经保险到继电器上端进线处为正常带电状态，当继电器接收到信号时动作导通电磁阀220V供电电路，电磁阀带电开启，因此选择在机柜内继电器上端进线正常带电处设置电源监控点，确保当机柜内控制电磁阀供电的电源空开故障、保险烧坏、连接线路端子松动造成供电断路时产生报警信号使值班人员在第一时间发现问题。

3.3 供电改造优化调整

川气东送针对机柜内单回路供电问题实施供电改造优化调整，将自控、通信一级关键负荷采用双电源、双回路UPS供电模式，解决可靠供电问题。同时实现为机柜内风扇及照明等辅助设备单独提供1路非UPS电源供电。通过对自控及通信机柜供电优化改造，将风扇、照明电源与关键负荷电源进行分开设置，互不影响，避免了运行中风扇和照明等易损部件非关键负荷电源因故障造成机柜内电源整体失电，提高了设备运行完好率。

4 结论

鉴于以上对川气东送输气站场调压机柜内设备运行中存在的问题研究分析，为提高调压设备运行完好率，保证安全生产运行，消除安全隐患提供相应参考依据。为做好机柜内设备在生产中安全平稳运行，保证下游用户供气平稳除了上述开展的分析研究，还应在日常生产运行中注意以下几点：（1）巡检作业人员做好机柜设备巡检工作，重点关注设备的相关指示灯显示是否正常，有无报警；（2）随着经济发展及用气结构变化，下游用户的用气量不断增长；传统的PID控制在下游供气结构发生变化后PID参数应根据实际生产需要进行重新设置及优化[6]；（3）由于现场调压设备及机柜内设备自动化程度相对复杂，专业人员日常应做好操作人员设备培训工作，通过培训提高自身技能。

【参考文献】

[1]王书惠.天然气长输管道分输压力控制系统技术研究[J].石油规划设计，2012，23（1）：23-26.

[2]丁昱.燃气调压撬的设计与应用[J].工业技术，2012（18）：128.

[3]李绪勇.天然气长输管道压力调节系统配置探讨[J].仪器仪表用户.2014，27（1）：82-84.

[4]廖珈博，曹志柱，郭渠江.川气东送管道站场ESD系统误触发原因及对策[J].油气储运，2014，33（6）：680-684.

[5]潘永湘，杨延西，赵跃.过程控制与自动化仪表[M].2版.北京：机械工业出版社.2007（5）：01-05.

[6]雷鸿.天然气长输管道调压系统控制方案优化[J].油气储运，2014，33（12）：1343-1346.

[责任编辑：朱丽娜]