LNG氣化儲配站智能控制系統研究

李兆田

青島能源華潤燃氣有限公司管網分公司 山東青島 266000

目前國內LNG接收站的生產運行控制模式正從工業3.0時代的傳統自動化系統向工業4.0時代的數字化、智能化方向轉變。未來，終端控制系統和頂層智能系統將以DCS系統為基礎，采集電力系統中低壓柜的現場儀表信號和運行數據。通過對大量現場實時數據進行相應的算法分析，優化生產工藝，降低操作能耗，提前預測現場設備儀表故障，從而降低各種安全風險，控制各類人員，以避免因操作失誤造成的生產風險，達到安全運行、降低成本、提高效率的目的[1]。

1 LNG接收站傳統控制系統架構及存在問題

LNG接收站的傳統控制系統由以下系統組成：DCS生產控制系統、ESD緊急停車系統、FDS火焰檢測系統、GDS可燃有毒氣體檢測系統、VMS振動檢測系統、TGS罐表系統、AMS儀表管理系統，系統間存在一定的邏輯聯鎖控制，但無法實現生產數據與智能運行分析的集成，存在“信息孤島”問題，無法實現“綜合感知、自動控制、趨勢預測、準確決策”功能。

2 LNG接收站控制系統數字智能化建設目標

智能LNG接收站控制系統的總體目標是提高運行效率，降低生產運行成本，有效管理和控制安全風險，實現以下目標：①生產管理可視化：實現各種工藝流程、運行數據的數字化和可視化安全風險，實現“一張安全管理地圖，一條指揮決策鏈”。②運行管理一體化：通過對設計、施工、運行階段各種工藝設備數據的綜合集成，采用數字化集成手段，有效減少人員的重復性工作，提高運行效率，實現終端生產經營全業務流程管理的數字化[2]。③設備管理優化：通過大數據集成分析技術，生成各種報表分析，根據各種故障案例庫和異常參數分析，合理制定檢修計劃，使設備設施在全壽命周期內以低成本、高可靠性運行。

3 LNG接收站控制系統數字智能化模塊辨識

LNG接收站智能模塊包括可視化數據管理系統、生產信息管理系統、HSE應急管理系統、模擬培訓系統、設備完整性管理系統和能源管理分析系統。可視化數據管理系統是后續智能模塊建設的基礎。通過集成LNG接收站數據庫、地理空間數據庫、視頻監控系統信號、DCS、TGS等系統數據，提前實現了接收站工藝設備運行數據的可視化。國內LNG接收站已經部分實現了可視化數據管理系統、生產信息管理系統、HSE應急管理系統、模擬訓練系統等功能，但在數據處理、模型自適應、智能預測等功能實現效果不明顯，下面將對其進行分析從設備故障智能預測模型的建立與分析、能源管理分析和智能降耗[3]。

3.1 設備故障

智能預測設備故障智能預測是以各種儀表檢測信號和生產運行數據為基礎，實現設備設施的可視化資產管理、計劃維修任務分配、故障預測報警等不同于以往的功能簡單故障維修，建立和完善智能預防性維修的最大特點是維修任務主要是根據設備的狀態和點檢測量的結果，結合故障維修來實現設備的可靠性維修。功能實現主要包括：定期設備預防性維護設置、檢查記錄及預防性維護關聯、標準作業計劃、維護維修工單等。①數據處理：通過對振動傳感器、運行三相電流、電流等歷史數據的集成分析對故障模式進行了初步預測。②模型自適應：生成初始故障預測模型后，將設備實時數據與現有模型進行匹配，并不斷修改模型參數，使預測模型精度最大化。③智能預測：預測模型通過不斷學習自適應后，根據現場儀器設備的實時數據，預測設備運行趨勢，判斷設備運行故障類型，實現設備故障預警等功能。

3.2 能源管理分析及智能降耗

根據數據統計，按照500萬T/A的加工規模，LNG接收站年耗電約1億kW/h，耗電量是LNG接收站最大的運營成本。此外液化天然氣接收站下游產量受市場波動影響較大。如何根據天然氣出口需求，有效實現設備啟停聯動，合理匹配設備啟停次數和設備運行負荷水平，成為LNG接收站降低成本、提高效率的關鍵。另外，從運行維護的角度來看，LNG接收站電力系統在運行過程中存在著電力過載、過流、運行狀態不明、潛在故障不明、維護成本高等問題。在低壓配電系統中增加斷路器溫度傳感器，實現溫升的在線監測。另外通過采集Pt和CT的相關信號，采集斷路器的開斷電流和開斷時間，建立模型，實現斷路器電氣壽命的在線監測。電力監控系統可實時監控LNG接收站主要設備的運行數據，如三相電流、功率因數等，能耗管理分析單元和智能降耗模塊可根據上述數據對啟動提出相應的調整建議并對設備進行停機，有效降低電耗，降低運行成本。通過對各6kV設備有功功率和無功功率的實時監測，可以連續分析各設備的用電特性，生成電力故障預測模型。當負荷線路出現不規則電流和電壓時，可提前預測故障點，及時切斷故障電流，防止電力事故的蔓延。故障測距功能是電力系統智能分析與預測的關鍵之一，主要應用于6kV中壓配電系統的饋線管理。故障定位功能通過上層電源監控系統實現。

4 結語

LNG接收站數字系統建設應為平臺式數字系統，滿足自身需求，與國家管網集團數字智能系統兼容，滿足當前及未來發展需求和產業網絡安全，是一個全面的數字可視化和局部智能化系統。