輸氣管線監視閥室自動化設計的關鍵技術

夏需強 呂秀杰 曲林林 唐 帥 李冬華 王全全 王乾龍

(中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110031)

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輸氣管線監視閥室自動化設計的關鍵技術

夏需強 呂秀杰 曲林林 唐 帥 李冬華 王全全 王乾龍

(中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110031)

為了解決輸氣管線監視閥室設計及運行過程中發生的問題，主要針對監視閥室壓力、溫度儀表，太陽能及蓄電池，數據采集裝置進行了研究。壓力儀表安裝時應避免干線管道開孔，利用氣液聯動執行機構，取壓管路預留三通作為壓力取壓孔；溫度儀表安裝時需要考慮不破壞管道防腐層和解決與管道絕緣問題。東北地區大型天然氣管道的應用實踐證明了輸氣管線監視閥室設計技術的正確性。

輸氣管線 監視閥室 氣液聯動執行機構 管道防腐層 太陽能 數據采集 管道絕緣

0 引言

隨著輸氣管線的自動化程度越來越高，輸氣管線中的監視閥室也越來越多。由于監視閥室沒有設備間和外電源，且所處的環境大多比較惡劣，對監視閥室的檢測儀表設備、太陽能設備及蓄電池和數據采集裝置的選型和安裝要求比較高[1-8]。檢測儀表設備安裝不當，會給以后的運行維護帶來很大的安全隱患。以往大型輸氣管線監視閥室壓力儀表取壓孔開在干線旁通管線上，當壓力儀表出現問題時，需要放空兩個閥室間的全部天然氣，會造成巨大經濟損失。本文利用氣液聯動執行機構的取壓用三通接頭作為壓力儀表取壓點，成功解決了這個問題。

監視閥室的溫度儀表檢測元件通常安裝在管道表面焊接的凸臺里，破壞了管道防腐層，造成了陰極保護電流的流失和地電位的不相等，給管道增加了一個潛在的隱患點。本文通過采用管箍固定方式解決了破壞防腐層問題，采用涂抹絕緣涂料和絕緣膠墊解決了與管道絕緣問題。

太陽能設備及蓄電池的選型和安裝不當，會影響設備的使用壽命和給日后維護造成麻煩。以前太陽能蓄電池安裝在地上時，蓄電池的壽命為一年左右；太陽能蓄電池安裝在地下時，潮濕、保溫、集水和運行維護均存在很多問題。本文介紹了太陽能蓄電池的選型原則和地下安裝時各類問題解決方法。

數據采集裝置選型不當，會使得整條管線的控制系統不穩定和數據不能正常傳輸。由于監視閥室數據需要同時向上、下游站場傳輸，以往輸氣管線經常出現監視閥室數據采集裝置死機和上下游站場接收不到數據的問題。本文通過介紹數據采集裝置在選型時的注意要點，解決了數據采集裝置死機和數據接收不到的問題。

1 數據采集

監視閥室采集的數據主要包括：采集介質溫度、管線壓力等參數；監視線路截斷閥的狀態及超壓降速率關斷；監視太陽能及蓄電池狀態；監視閥組間(設置時)可燃氣體泄漏報警和門禁開關狀態[9-15]。

為了便于清管，安裝非插入表面溫度變送器來檢測介質溫度。表面溫度變送器主要有兩種安裝方式：在管道表面焊接凸臺安裝和在管道表面捆綁管箍安裝。在管道表面焊接凸臺安裝，會破壞管道防腐層，對管道有潛在的破壞，故不推薦采用此種安裝方式；在管道表面捆綁管箍安裝時需墊絕緣橡膠，并在所有與管道接觸的金屬部件表面涂絕緣涂料，保證與管道絕緣，故推薦采用此種安裝方式。

采用在氣液聯動執行機構取壓管路上安裝壓力儀表的方式，檢測管線壓力。安裝時，要保證變送器與管道絕緣和取壓管路最低點不積液。

監視線路截斷閥的狀態包括：全開、全關、故障或遠控(根據不同品牌確定干接點信號)，閥門其他參數采用通信方式，RS-485接口、Modbus RTU通信協議。超壓降速率關斷功能通過檢測氣液聯動執行機構內集成壓力變送器信號并計算實現。為了保證安全，氣液聯動執行機構內集成的壓力變送器應使氣路和電路分離。某大型輸氣管線閥室曾發生爆炸的原因就是氣路和電路沒分離。

監視太陽能及蓄電池狀態可通過干接點信號或通信方式(RS-485接口、Modbus RTU協議)實現。

監視閥室設置閥組間時，需安裝可燃氣體探測器和閥組間門禁開關。可燃氣體探測器輸出4～20 mA的有源信號，門禁開關輸出干接點信號。

2 太陽能及蓄電池選型和安裝

根據監視閥室所處的地理位置(地理經度和緯度)，選擇合適的太陽能及蓄電池。太陽能的安裝原則是朝陽，安裝基礎強度滿足要求即可。

一般情況下，全年無0 ℃以下地區采用普通免維護蓄電池，地面上接線箱安裝時(高溫地區應增加遮陽棚)，蓄電池應安裝在接線箱內，接線箱防護等級應不低于IP65。在較低地區(最低氣溫不低于-20 ℃)，蓄電池應選用耐低溫免維護型，可安裝在地上也可以安裝在地下坑內，通常考慮到維護方便，安裝在地面上。蓄電池應安裝在接線箱內，接線箱防護等級應不低于IP65。在寒冷及嚴寒地區(最低氣溫低于-20 ℃)，蓄電池應選用耐低溫免維護型，安裝在地下坑內，地下坑的深度應大于當地凍土層深度。設計時，應考慮防水、保溫、通風和便于維護等因素。為了避免外面的水進入坑內，坑蓋應用 “扣”蓋，通風管口不應朝上且必須固定牢固。

3 數據采集裝置的選型和安裝

數據采集裝置是監視閥室的核心設備，數據采集裝置的選型和安裝關系到監視閥室數據采集的成功與否。數據采集裝置應滿足：寬溫型(至少應該-40～+40 ℃)，數據采集裝置應支持2個IP地址(一定為不同網段)，通信協議為Modbus TCP/IP，保證其可以同時向上、下游站場傳輸數據。數據采集裝置的第三方設備通信模塊的通信協議應為Modbus RTU。抱桿安裝示意圖如圖1所示。

圖1 抱桿安裝示意圖

數據采集裝置應安裝在防爆接線箱內，防爆接線箱的防護等級應不低于IP65，安裝在極其寒冷地區的數據采集裝置的防爆接線箱內應增設加熱措施。數據采集裝置的安裝可采用抱桿方式，也可以地面基礎安裝。地面基礎安裝方式簡單，便于安裝和維護，推薦采用此種安裝方式。當采用抱桿安裝方式時，經過強度計算后設計合適的桿和桿的基礎。當采用地面基礎安裝時，基礎露出地面的高度可根據當地雨水情況來確定。地面基礎安裝示意圖如圖2所示。

圖2 地面基礎安裝示意圖

4 結束語

綜上所述，監視閥室設計和安裝的關鍵包括：表面溫度變送器安裝時不應破壞管道防腐層；壓力儀表安裝時變送器與管道絕緣和取壓管應保證最低點不積液；太陽能及蓄電池的選型和安裝應考慮所處環境，寒冷地區蓄電池安裝時應保證防水、保溫、通風和便于維護；數據采集裝置應選用寬溫型，具有雙IP(在不同網段)，可以同時向上、下游站場傳輸數據，安裝方式盡量采用地上基礎安裝。

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Key Technology of Automation Design for Monitoring Valve Chamber of Gas Transmission Pipeline

In order to solve the problems happening in design and operation of the monitoring valve chamber of gas transmission pipeline,the instruments of pressure and temperature of the chamber, the solar energy and storage battery, and the data acquisition device are researched.For installing pressure instruments,to avoid opening holes on the main pipeline,the reserved tee of the pressure tapping pipeline in air/hydraulic actuator is used as the pressure tapping hole.For installing temperature instruments,the anticorrosion coating shall not be damaged and the pipeline insulation shall be resolved.The designing technology of the monitoring valve chamber of gas transmission pipeline is introduced,and it has been verified in a certain natural gas pipeline project in northeast China.The considered factors are comprehensively resolved and the measures are correct.

Gas transmission pipeline Monitoring valve chamber Air/hydraulic actuator Anticorrosion coating of pipeline Solar energy Data acquisition Pipeline insulation

夏需強(1981—)，男，2007年畢業于中國石油大學(華東)控制理論與控制工程專業，獲碩士學位，工程師；主要從事網絡控制系統和管道自動化方向的研究和設計工作。

TH-3;TP273

A

10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201611023

修改稿收到日期：2016-05-05。