天然氣分輸管理與控制技術研究

梁浩　郝一博　李海川

（中國石油西氣東輸管道公司，上海　200122）

天然氣分輸管理與控制技術研究

梁浩郝一博李海川

（中國石油西氣東輸管道公司，上海200122）

中國石油西氣東輸管道公司采用按照每日指定輸氣量向下游用戶供氣的分輸管理模式，為保證尤其是在無人值守分輸站時向用戶供氣的準確，需實現對天然氣分輸設備的自動控制改造。在分析分輸工藝流程的基礎上，提出了一種按日指定計劃分輸的自動控制方案，介紹了方案中的針對不同用戶情況下按日指定計劃分輸的自動控制調節方法，結合自動控制特性形成調節規律公式，并依據經驗和模型確定自動控制參數，將該自動控制方案應用于分輸站的現場試驗中，實現了分輸站自動分輸的功能。

天然氣分輸管理西氣東輸無人值守PID控制PID參數

0　引言

中國石油西氣東輸管道公司（以下簡稱“公司”）采用每日指定輸氣量向下游用戶供氣的分輸管理模式。從2009年公司開始實行分輸站夜間無人值守的管理模式，因此需要對分輸站控制功能進行改造，以適應分輸站管理模式的變化。筆者在分析分輸站工藝流程的基礎上，提出了一種按日指定計劃分輸的自動控制方案。

1　控制方案

在工業控制系統，調節器通常采用比例、積分和微分調節規律，簡稱PID調節。天然氣管道分輸站的工藝流程為：天然氣經由過濾分離器處理后，再經計量、調壓系統分輸至下游用戶；分輸站調壓系統的PID控制方式是以壓力調節為主的調壓限流控制方式，此種PID控制方式對輸氣壓力的調節穩定可靠，符合管道建設的要求和設計規范，而且已經安全平穩運行了多年［1］。

1.1對電動調節閥的調節控制

采用雙PID控制回路與超馳控制相結合的控制方法對電動調節閥實現調節控制，雙PID控制回路包括壓力調節回路（PID1）、流量調節回路（PID2）。超馳控制就是當調節系統接收到偏差越限和發生故障等異常信號時，由超馳控制的判定邏輯確定使系統越過目前正在工作的調節回路，將系統轉換到預先設定好的另一安全調節回路。

1）白天采用PID1進行調壓限流控制。即在正常情況下采用壓力調節，當流量超過設定流量時，自動切換到流量調節，當流量下降到允許范圍后再自動切換回壓力調節，流量調節起限流保護作用。

2）夜間采用PID2進行調流限壓控制。在保證分輸壓力不超出最大分輸壓力值（該值可取調壓系統中監控調壓閥的設定值）的前提下，進行流量調節。若分輸壓力超出設定的最大分輸壓力值，由超馳控制的判定邏輯將控制系統轉換到壓力調節，當壓力下降到允許范圍后再自動切換回流量調節。

1.2按日指定計劃分輸的自動控制

針對不同的分輸用戶，分別采用以下調節方案：①對于連續分輸且用氣量不穩定的用戶，白天采用調壓限流方式，夜間采用調流限壓方式。②對于間歇分輸的用戶，白天采用調壓限流方式分輸夜間停輸，夜間不能停輸的采用調流限壓方式。

針對每個用戶，實施下述按日指定計劃分輸的自動控制方案：①白天采用調壓限流控制方式，夜間由調流限壓方式來實現按日指定計劃分輸的控制，夜間流量設定值取當天日指定剩余未分輸量的平均值。②為確保對按日指定計劃分輸的控制，當每天分輸量達到日指定分輸量計劃的95%（該值可根據實際情況確定）時發出提示報警。

2　PID控制的調試

結合PID特有的比例調節的快速性、積分調節消除誤差的能力和微分調節的預見性，構成如下的PID調節規律公式：

式中，u（t）為調節器的輸出；e（t）為調節器的輸入信號（誤差輸出）；P為比例度；Ti為積分時間常數；Td為微分時間常數。

在選擇了調節規律和相應的調節器后，下一步是如何確定PID參數，以得到所要求的控制效果。下面介紹幾種常用的工程方法：

1）經驗法。首先把P確定好，再加積分作用以消除誤差，最后利用微分調節作用以進一步提高控制質量，具體作法為［2］：①確定比例度P時，先去掉積分項和微分項，P取較大經驗值，然后逐步減小P，觀察被控系統響應曲線，直到滿意為止。②取上述確定的P值，調節被控系統使其達到4∶1的衰減比，然后將P擴大10%～20%，將Ti由小到大逐步增加，直到獲得衰減比為4∶1的響應曲線為止，確定相應Ti值。③確定好比例度和Ti后，將P縮小10%～20%，適當減小Ti，再把微分時間常數Td由小到大逐步增加，觀察被控系統響應曲線，直到滿意為止，最后確定Td值。在PID控制的工業現場調試與應用中，公司兩分輸站PID參數取值見表1。

表1　公司兩個分輸站PID參數取值表

2）PID參數自整定。PID參數自整定分為使用基于模型和基于規則的兩類方法［3-5］，參照目標或響應模型整定PID參數，見表2。

3　應用實例

近年來在分輸站1進行按日指定計劃分輸的自動控制工業現場試驗，該分輸站白天采用調壓限流控制，夜間采用調流限壓控制來實現對按日指定計劃分輸的控制，取得了較為滿意的控制效果。流量PID控制電動調節閥的測試數據見表3。

表2　PID參數自整定方法表

表3　分輸站流量PID控制電動調節閥的測試數據表

在分輸站2完成了按日指定計劃分輸的自動控制現場試驗，當每天分輸量達到日指定分輸量的95%時會發出提示報警功能，取得了較滿意的應用效果。

4　結束語

公司實行分輸站夜間無人值守的管理模式，根據分輸站管理模式的變化，對西一線分輸站進行了PID控制功能改造，完成按日指定計劃分輸的自動控制方案的實施，實現了分輸站自動分輸的功能，取得了較為滿意的現場應用效果。

［1］劉開富.SY／T 5922-1994天然氣輸送管道運行管理規范［S］.北京：石油工業出版社，1994.

［2］王再英，劉淮霞，陳毅靜.過程控制系統與儀表［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［3］魯明休，羅安.化工過程控制系統［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［4］張俊，羅大庸.廣義預測控制和PID控制在混凝投藥中的應用［J］.信息與控制，2012，41（3）：89-94.

［5］徐孝軒，黃業千，亢澤濤.川氣東送分輸站壓力能回收利用潛力分析［J］.天然氣技術與經濟，2013，7（2）：48-51.

（編輯：蔣龍）

B

2095-1132（2015）06-0049-02

10.3969／j.issn.2095-1132.2015.06.014

修訂回稿日期：2015－11－30

梁浩（1963－），博士，副研究員，從事長輸天然氣管道技術領域的科技項目管理工作。E-mail：xqdsliang?hao@petrochina.com.cn。