CNG 混空氣摻混馳放氣工藝中自控技術的應用

高 娜

本市管道煤氣是利用回收化肥廠合成氨馳放氣作為城市氣源，隨著市區煤氣用戶的不斷增加，用氣缺口很大，為解決氣源供應問題，經過與中國市政工程華北設計院充分論證、綜合比較，本著結合實際、兼顧長遠的原則，實施利用CNG摻混空氣后再與原有馳放氣摻混方案，作為城市補充過渡氣源。為保證壓縮煤層氣釋放及摻混的安全穩定運行，配套建設一套完整的自動化儀表及數據采集監控系統，極大地提高整個工藝流程的安全性、準確性和方便性。

1 自控系統介紹

系統分為CNG摻混空氣和馳放氣與CNG混空氣摻混兩部分。

1)CNG摻混空氣。充滿壓縮天然氣(CNG)的撬車通過高壓軟管與減壓釋放裝置連接，通過高壓管路，CNG(20 MPa)進入減壓釋放裝置，先經過一級換熱器進行加熱，溫度達到60℃，加熱后的CNG經過一級調壓裝置，將CNG壓力調至1.6 MPa，此時CNG溫度降至5℃左右，再進入二級換熱器進行加熱，把CNG加熱至15℃，加熱后的CNG經二級調壓至1 MPa～1.2 MPa，溫度為5℃以上。此過程通過可編程控制器PLC控制一級調壓閥開度，從而實現控制流量及壓力要求。最后經過增熱減壓(二次換熱、二次減壓)的CNG通過文丘里引射裝置與空氣相混合，摻混成CNG混空氣，混空氣壓力為0.03 MPa～0.05 MPa，文丘里引射裝置的結構和尺寸大小基本是固定不變的，混合比例也是基本穩定的，為 CNG∶空氣 =0.583∶0.417，整個過程通過 PLC 對調壓裝置和其他輔助系統進行控制、顯示、記錄，可全自動運行。

2)CNG混合空氣摻混馳放氣。CNG混空氣摻混馳放氣采用等壓靜態混合器混合，即將CNG混空氣和馳放氣經調壓至相同壓力0.03 MPa～0.05 MPa，計量后，通過靜態混合器進行混合，摻混過程通過PLC系統控制氣動閥開度來實現按比例混合均勻。

2 主要設備及監控參數

2.1 主要設備

在此工藝流程中，最關鍵設備是減壓釋放裝置中的第一級調壓器和控制馳放氣與CNG比例的氣動調節閥，這兩處設備全部選用自帶安全切斷的氣動調節閥。它在無氣、無電的情況下，可手動調壓;在有氣(儀表風)、有電的情況下，可控制進氣量控制調壓閥開啟達到調壓和控制流量的目的，流量范圍可從0到滿量程，既可在小流量工作，也可在大流量工作。可根據出口壓力自動打開和關閉，也可根據出口壓力要求PLC(置于控制室操作臺內)自動調節調壓閥開啟，達到調壓目的。

壓力變送器PT與壓力開關PS，同時測量同一點壓力信號，一個遠傳，一個就地，保證測量準確和可靠。

選用智能渦輪流量計，該表內置溫度、壓力傳感器，自帶溫壓補償，將工況流量直接轉換成標準流量。

2.2 主要監控內容

入口壓力、第一級調壓后壓力、第二級調壓后壓力;出口壓力、出口天然氣溫度;第二級調壓后的壓力開關、出口壓力開關狀態;報警情況;控制第一級調壓閥的調壓過程;控制入口系統切斷閥、第一級調壓閥的開關;控制各路的啟停;入混合器CNG混空氣壓力、流量;入混合氣馳放氣壓力、流量;混合氣出口調壓后壓力。

現場所有模擬量及數字量參數全部遠傳至控制室PLC內，在控制室內可監視控制整個調壓摻混過程，PLC對各類參數進行監測，記錄，并輸出用于控制站內設備啟停的控制信號，人工操作少，可做到無人堅守。

3 自動系統主要功能

3.1 數據采集與傳輸功能

采集站內工藝運行參數。

3.2 控制功能

全站的啟動、停止控制，包括ESD緊急停車;減壓釋放裝置、混氣裝置、熱水鍋爐等設備的安全運行監護;工藝參數自動調節控制;壓力、溫度等參數超限報警及取鎖保護控制。

3.3 顯示功能

動態流程顯示(包括實時運行參數及設備狀態);運行參數的動態顯示，參數的實時歷史趨勢圖顯示;報警畫面顯示。

3.4 打印功能

報表打印;故障記錄打印。

3.5 其他功能

站內數據管理;自診斷自恢復;控制數限及訪問數限的限定;數據的安全處理功能。

4 系統特點

4.1 專用性

本控制系統專用于壓縮天然氣調壓站的監測和控制，由常規儀表顯示系統和可編程控制器(PLC采集控制)組成，采用西門子PLC對全過程進行監控，整套設備可全自動、半自動和手動控制，可根據入口、出口壓力設定范圍分別自動啟停，根據出口壓力或流量自動啟停運行。

4.2 安全性

由于壓縮天然氣調壓裝置工作壓力高，且壓力變化范圍寬，因此，不僅要求調壓設備的安全性，也在自控系統上采取冗余測量并設計多重自保聯鎖控制，以保證系統安全運行。對于第二級調壓出口壓力，由壓力變送器PT和壓力開關PS同時測量，PT信號進入PLC軟聯鎖，PS信號在裝置內就地硬聯鎖，相互獨立的安全聯鎖控制在第一級調壓閥關閉時，停止該路工作，同時自動啟動備用路，正常供氣。

5 結語

該項目采用CNG、馳放氣、空氣三種氣體進行混合，這三種氣體氣質差別大，壓力變化范圍寬，自控系統的實施，成功地實現了各氣源摻混比例的精確和自動調節，保證CNG釋放及混氣的正常運行、降低能耗、提高勞動生產率、改善勞動條件，同時加強生產管理、保證安全生產，從而取得較好的綜合經濟效益。

[1]過程控制技術原理與應用[M].北京:中國電力出版社，2005.

[2]咸慶信，類延法.PLC技術與應用——專業技能入門與精通[M].北京:機械工業出版社，2001.

[3]GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范[S].