壓氣站遠程控制實現理論分析

付　強

摘要 對壓氣站實現遠程控制的實現進行了介紹，并針對可能性進行了理論分析。

關鍵詞 遠程控制；就地控制模式；遠程控制模式；壓縮機輔助系統；SCADA 系統

中圖分類號 TE 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2009）04-0039-02

0 引言

壓氣站遠程控制，顧名思義，是通過遠程信號對壓氣站機組及其他控制設備進行控制，包括機組的起停和閥門的動作等?，F在國外很多天然氣公司都實現了“遠程控制，無人操作，有人值守”的先進管理模式，在這方面有很多值得我們來借鑒。在國內目前還沒有一座壓氣站實現真正意義上的遠程控制，下面就以離心式壓縮機壓氣站為例進行一下遠程控制實現理論的分析。

1 機組遠程控制部分

1.1 機組控制模式

機組控制系統可以分為就地控制模式和站遠程控制模式兩種。

1.2 兩種控制模式的特點

就地控制模式是通過機組控制柜來進行起停機及機組轉速調整等操作，可以在壓縮機廠房內或控制室來進行，其特點是操作時對機組各種突發狀況可以及時反應，進行相應的調整。但是對操作人員要求比較高，必須熟悉機組啟動時的詳細步驟及機組啟動的所有邏輯關系。在單機組啟動及操作時使用就地控制模式操作起來比較方便、直觀，但是涉及到雙機聯控或三機聯控時，則需要考慮機組的喘振余度等問題。尤其是在啟動第二臺機組或第三臺機組時，需要對已啟動的機組喘振余度進行隨時監控、調整轉速，避免因喘振造成機組停機或新啟動的機組喘振余度過低，防喘閥無法關閉，不能進行加載，最終導致壓縮機進口天然氣溫度過高而停機。

站遠程控制模式是通過機組上位機程序來對三臺機組進行聯控，操作時簡單、方便，由啟動程序自動執行機組的啟動過程，還可以通過設定進出口壓力或流量來使機組直接達到需要的運行狀態。多臺機組啟動時在機組的喘振余量控制上也全部由上位機來自動調整，幾臺機組的喘振余量控制在相同的范圍。

1.3 實現遠程控制的方式

調控中心（DCC）對壓氣站的遠程控制是通過SCADA系統向SCS 下達啟機、停機、緊急停機、站緊急關閉等控制命令及設定站入口壓力/ 站出口壓力/ 站排量的控制參數，由SCS 向壓縮機組聯控盤（SCP）下達命令，再由SCP 對機組控制盤（UCP）下達執行命令，UCP 自動完成對機組的控制。

2 輔助系統遠程控制

壓縮機組的輔助系統是機組控制的一個重要組成部分，包括燃料氣系統、密封氣系統、空氣系統、供電系統、潤滑油系統等組成。密封氣系統分為主密封氣。

2.1 燃料氣調壓、計量橇的控制

燃料氣系統主要包括調壓橇、計量橇、機組燃料氣閥等設備，除機組燃料氣閥受機組程序控制外，調壓橇、計量橇屬于較獨立的設備，可以通過站控系統遠程控制內部的電動球閥開關、快速截斷閥關閉等工作；可通過手動對調壓閥后的壓力設定實現三條支路互為備用的功能。燃料氣調壓站和計量站的數據采集、控制以及燃料氣流量計算由站控系統完成。

調壓橇主、副加熱器、調壓閥、電動球閥的控制可由站控系統自動進行控制，根據需要可以納入DCC 的遠程控制?？焖偾袛嚅y一旦關閉后，無法遠控開啟，需要人員到現場手動復位。

2.2 壓縮機密封氣供應控制

壓縮機的密封氣可以大致分為兩個部分：主密封氣和輔助密封氣。主密封氣是機組正常運轉后由壓縮機出口引出的壓縮天然氣作為主密封氣，對控制的要求比較低。輔助密封氣是在機組啟動或停機時，壓縮機出口天然氣壓力達不到密封壓力要求，而采用的另一種外供密封氣。輔助密封氣在控制及操作上面相對難度較大，因為一旦失誤就會造成機組啟動失敗或者對迷宮密封系統造成損壞。

目前有部分壓氣站采用氮氣作為輔助密封氣，采用氮氣或天然氣做密封氣時的切換是通過站控系統上的一個手動按鈕進行切換的。同時，在采用氮氣做密封氣時，氮氣瓶組的出口閥需人工到現場進行操作，無法實現DCC 遠程控制。

另外，做為密封用的氮氣，是由氮氣瓶組（一個瓶組由12 個氮氣瓶構成）組成，一組氮氣瓶組的氣體容量約為480升，順利（正常）啟動、停機機組一次約消耗一組氮氣。在機組啟動過程中由于故障不能使機組順利啟動，或者由于機組故障造成機組緊急停機，如果做密封氣的天然氣的壓力高于5.5Mpa 時，則可用天然氣做密封氣，否則必須立即切換至氮氣做密封氣，并保持55 分鐘的后潤滑期間的氮氣供應。此時氮氣的消耗量較大，一組氮氣將無法滿足要求，由人工手動更換氮氣瓶組。

針對這種情況，府谷壓氣站采用的方式是在輔助密封氣管線上安裝了兩臺小型壓縮機，用壓縮空氣作為動力，受機組程序控制，當機組啟動需要密封氣時，壓縮機啟動，對輔助密封氣管線內的天然氣進行增壓。設備工作正常時，能夠承擔兩臺機組同時啟停機時密封氣的需求。在進出口差壓低于482KPA時啟動，在進出口差壓達到520KPA 時停止運轉。實踐證明，這種方式可以有效地解決機組輔助密封氣的遠程控制問題。投用時間已超過2 年，一直能夠正常工作。

2.3 空氣系統的遠程控制

空氣壓縮機由變配電間供電，出于對空氣壓縮機的保護考慮，空氣壓縮機的供電抽屜可以提供電流過大導致熱繼電器保護斷開，或供電系統中斷保護控制。

要實現對空氣壓縮機的啟、?？刂?，還可以增加空氣壓縮機的控制功能。此遠程控制需SCS 和DCC 手動下令控制。如因電源切換停機可由SCS、DCC 手動啟動，如果是保護停機，由現場人員處理恢復。

2.4 供電系統遠程控制

機組馬達控制中心（MCC）給機組輔助潤滑油泵（后備潤滑油泵電源由電池組提供）、冷卻風扇、油箱加熱器等提供電源。MCC 由市電提供電源，當市電中斷時，由備用柴油發電機提供電源。MCC 柜的電源開關有手動和自動兩種控制方式，可以將潤滑油泵、冷卻風扇等手動投用或停止，也可根據機組程序設定的工藝參數進行自動啟、停。

需將此開關位置狀態上傳SCS、DCC。在MCC 開關機械故障未能吸合或由于電流過大熱繼電器斷開的情況下，由UCP 執行相關報警，由現場人員處理恢復。

2.5 火災檢測系統遠程控制

壓縮機組的火災檢測系統大致由三個部分組成：

1）壓縮機組內的火災檢測系統。包括機罩內的可燃氣體探頭、火災檢測探頭（與機組的二氧化碳消防系統聯動）。壓縮機組內部的火災檢測系統信息可以通過機組控制系統信息查看，其他火災檢測系統可以上傳到SCS、DCC。2）壓縮機廠房內的火災檢測探頭。3）機組兩側的可燃氣體探頭。

3 工藝站場區遠程控制

工藝站場區相對壓縮機組設備比較簡單，主要設備有GOV 閥門、分離器、過濾器、流量計、電動球閥等設備。GOV 閥門是氣（高壓天然氣）液聯動作為動力的球閥，

可以在汽缸進出氣管線上加裝電磁閥，通過SCS、DCC 控制電器閥的開啟關閉來達到控制GOV 閥門動作的目的。分離器和過濾器作用都是分離天然氣中的雜質，這樣就涉及到定期排污的問題?？梢钥紤]在分離器和過濾器下端安裝集液罐或疏水閥。安裝集液罐時下端加裝一個電動球閥與排污管相連接，可以通過SCS、DCC 進行遠程控制電動球閥動作，達到排污的目的。安裝疏水閥時直接與排污管線相連接，可以達到自動排污的目的。

流量計參數上傳至SCS、DCC，除每年定期校驗、保養之外，不需要其他操作。

4 實現遠程控制、無人操作在實際生產中存在的問題通過上面的介紹，在硬件和理論上已經可以初步實現遠程控制、無人操作，但是在實際生產工作中，會遇到各種不同的問題，而這些問題的存在，也會導致遠程控制、無人操作無法實現。

4.1 壓縮機組在遠程控制中可能存在的問題

4.1.1 進出口閥啟動失效

機組進出口閥門通常使用的是氣動軸流閥或氣動球閥。氣動球閥的波差式結構決定了一旦汽缸內的動力氣源供氣量不足時，會出現閥門動作停滯或超時的情況。在北方冬季氣溫寒冷的時候氣動球閥的動力氣管線很容易結冰，導致動力氣供應不足，出現閥門動作失敗，造成機組無法啟動。

4.1.2 防喘閥故障

防喘閥通常為氣動碟閥，其控制原理是機組控制程序發出的4MA ～ 20MA 信號，通過氣電轉換器將電流信號轉換為氣壓信號，再通過防喘閥上的指揮器控制汽缸內進氣量，從而調整碟板動作開度，達到控制要求。

防喘閥的控制結構是通氣關閥，也就是說當氣源關閉時，防喘閥會自動全開。這樣就出現了一個可能性，在冬季氣溫寒冷導致引壓管內結冰堵塞或氣電轉換器、指揮器失效時，防喘閥會自動打開，造成壓縮機進出口天然氣循環，無法正常向下游輸氣。如果只是單臺機組運行時，只會造成輸氣暫時中斷及進出口天然氣溫度高報警，最大的影響是機組非鎖定停機。而當多臺機組通過SCP 聯控時，一臺機組出現防喘閥打開的情況，其他機組仍然按照SCP 控制設定好的站總流量或總出口壓力運行，就會導致其他的機組轉速迅速提高，直至機組超速，有可能對壓縮機組的葉輪或軸承造成損壞。

防喘閥的閥位反饋系統也容易出現故障。閥位反饋系統是將防喘閥的閥位開度信息反饋到機組控制系統中的設備，可以通過“ZERO”和“SPAN”兩了旋鈕對閥位信息的零點和量程進行調整，調整結果對實際的閥位開度沒有影響。旋鈕內部是通過改變電阻的大小來調整輸出電流，從而調整閥位的信息。當投用一段時間后，雖然閥位反饋系統能夠正常工作，但是受溫度的影響逐漸增大，尤其是在晝夜溫差超過15℃的時候，在白天設定好的閥位反饋信息，很有可能在后半夜發生變化，量程或零點逐漸漂移，當漂移值超過±3.5% 時，機組會出現閥位不當的報警。

4.1.3 燃機空氣入口濾芯故障

燃氣輪機工作時需要由空氣入口吸入空氣，為了避免雜質、灰塵等進入燃機內部，因此在空氣入口安裝有空氣濾芯?？諝鉃V芯的使用壽命和工作狀況與壓氣站所處周邊環境及天氣情況有很大的關系。如果周邊環境中粉塵較多、經常有沙塵暴天氣或站場附近有較多的楊樹、柳樹，則空氣濾芯的使用壽命會大幅度降低；如果天氣較潮濕，春秋季空氣濾芯受潮后更容易吸附灰塵、柳絮等；冬季則會在空氣濾芯外部結霜，會在很短時間內使空氣入口差壓達到報警值或停機值。

4.1.4 可燃氣體探頭故障

陜京管道壓縮機組兩側所用的可燃氣體探頭多為DETRONIC 光學式可燃氣體檢測探頭，該探頭工作可靠性高，使用壽命也較長。但是有一個最大的缺陷，就是對環境要求較高，一旦內部的兩個光學鏡片所積灰塵過多或因天氣潮濕導致鏡片上有水汽，則探頭就會出現零點漂移，通常為負值，而當數值超過-3 時，探頭會出現故障報警。

4.2 輔助系統在遠程控制中可能存在的問題

輔助系統經常出現故障的是空氣系統。站內氣動閥門、隔離氣、密封氣壓縮機動力氣等設備所需的壓縮空氣都是通過空氣壓縮機來提供的。空氣壓縮機作為站內的關鍵設備，在機組運行時必須保證不間斷的運行，否則會造成機組停機。通常站內有兩臺空氣壓縮機，一用一備。當一臺出現故障停機時另外一臺立刻自動啟動?？扇绻坏┱緝韧獠抗╇姵霈F故障，出現瞬間閃斷或斷電（發電機自動啟動），空氣壓縮機無法自動重起，需要人員到現場手動閉合開關，重新啟動空氣壓縮機。上面描述的幾種故障在壓氣站內都是比較常見的，在現有人員值班、巡檢的工作模式下可以很快的進行處理，并不影響機組的正常啟動、運行。但是如果控制模式改為DCC 控制，出現故障時由調控中心發現報警、分析報警，之后再通知站內維護人員處理故障，在整個工作流程上會浪費大量的時間，有可能將普通的報警延誤成為故障停機。而且以現在調控中心的工作安排，兩個人一班，監控一整條輸氣管線、數個壓氣站，近百個監控畫面，在工作量上也是無法完成的。而如果增加值班人員數量，也就變成了將壓氣站內的值班人員工作地點換到調控中心，對遠程控制的實現并沒有多大意義。

5 結論

綜上所述，在現階段，我們還沒有能力完全實現“遠程控制，無人操作，有人值守”的管理模式，即使加大投入資金、更換設備，這種方式也不能夠完全的普及。但是我們可以針對這些存在的問題進行部分的改造，提高壓氣站的自動化控制水平，降低人員風險，從而為日后真正實現“遠程控制，無人操作，有人值守”打下良好的基礎。