天然氣輸氣管道自動分輸模式及應用

王春

摘 ?要：天然氣管道分輸主要有人工手動分輸、站控SCADA系統(tǒng)操作分輸、國家管網(wǎng)油氣調控中心遠程分輸和自動分輸，隨著用戶不斷增多，人工分輸控制已不能適應現(xiàn)在的需求，為了解決大量分輸用戶的供氣準確性和安全性問題，根據(jù)以往的分輸模式，分析了天然氣長輸管道分輸用戶的類型、用氣特點和不同用氣需求，確定了用戶的分輸方式和安全保護設定保護值，提出了不同的自動分輸供氣模式以及相應的控制邏輯和自動分輸安全保護邏輯。本文提出的自動分輸控制、安全保護邏輯模式，建議推廣使用。

關鍵詞：天然氣 長輸管道 分輸模式 應用

天然氣長輸管道持續(xù)快速發(fā)展，天然氣用戶規(guī)模也不斷擴大，為提升天然氣管道精細化管理水平，進一步統(tǒng)一和規(guī)范天然氣管道用戶日指定自動分輸技術方式，解決站場天然氣分輸過程中的壓力、流量調節(jié)占用操作人員大量的時間和精力，保證站場分輸任務安全、有效的完成，建立一套標準的自動分輸控制技術。目前輸氣場站已經(jīng)實現(xiàn)天然氣分輸控制與管理的自動化，但主要基于SCADA系統(tǒng)國調操作分輸或站控操作分輸，實現(xiàn)自動分輸主要是根據(jù)分輸用戶的供氣特點，制定不同的自動分輸控制邏輯，自動完成用戶分輸?shù)母黜棽僮鳌崿F(xiàn)分輸站場基于日指定量的自動分輸控制，簡化操作人員日常操作行為，降低人為操作風險。

一、自動分輸控制系統(tǒng)方案

實現(xiàn)安全高效的日指定分輸精準控制，系統(tǒng)應具有相應的故障保護功能及自動分輸控制功能。

二、自動分輸方式

天然氣自動分輸方式主要包括：到量停輸、恒壓、不均勻系數(shù)、剩余平均模式。

1、到量停輸模式。設定每日根據(jù)國家管網(wǎng)調度中心下達日指定輸氣量，在投用自動分屬功能后，分輸?shù)饺罩付孔詣雨P閥，停輸操作。不啟用到量停輸功能，會在分輸量達到設定量時切換到低壓恒壓輸氣模式，保證下游用戶持續(xù)供氣，此方法便于下游不可停輸，有最低壓力保護用戶。此模式獨立于其他三種模式，可以與其他三種模式同時存在。

2、恒壓模式。設定調節(jié)閥后壓力，保持恒定壓力輸氣的模式。此模式可以保證壓力溫度，操作方便，對輸氣量和瞬時流量沒有要求。對于穩(wěn)定供氣的不可中斷用戶，自動分輸采用恒壓控制模式，正常輸氣時采用設定值恒壓供氣，所有支路的管路控制球閥均保持常開，在用支路和備用支路均采用壓力控制，在用支路壓力設定值按照需求運行壓力設定，備用支路壓力設定值為控制壓力低限值（按照用戶低壓保護壓力設定），當在用支路故障關斷，出口壓力低于控制壓力低限值時，備用支路啟輸，保持控制壓力低限恒壓輸氣。以滿足用戶供氣的連續(xù)性和最低壓力要求，不會因支路切換和截斷閥開啟時間造成用戶供氣中斷。

3.不均勻系數(shù)模式。所謂不均勻系數(shù)就是計算出過去7天，每天在某一個時間段的輸送量占當天多少比例的系數(shù)。再乘以當天的設定量，算出當前時段的輸氣流量，再進行流量調節(jié)，進行當前時段的輸氣。此方法便于下游長期輸氣不停輸，并且用氣規(guī)律的用戶。對于不可中斷且有配氣壓力需求用戶，自動分輸采用綜合權法控制。不均勻系數(shù)法采用流量控制為主、壓力控制為輔方式，并針對用戶壓力超限、是否允許到量停輸、最低允許運行流量、實際用氣需求與日指定偏差較大等情況，采取相應的壓力超限控制、到量停輸、低流量保護、偏差調校等4種輔助控制。

其計算方式為：將每天劃分成N個時段（默認為12個時段，可設置），根據(jù)過去M天（默認為7天，可設置）用氣規(guī)律，計算當天各時段所占日總輸量的不均勻系數(shù)，則當前時段的輸氣設定值即為“日指定分輸量×當前時段的不均勻系數(shù)”。

計算公式為：

其中Xwt為每個時段的不均勻系數(shù)；

Qh為過去M天此時段的實際輸氣量；

Qd為過去M天每天的總輸氣量；

Qutn為當日已完成輸氣累積量；

流量設定值計算公式如下：

其中Qset為當前時段輸氣量設定值；

Qa為日指定輸氣量；

Qutn為當日已完成輸氣累積量；

Xwt[i]為當前時段不均勻系數(shù)；

4.剩余平均模式。采用計算設定量減去已輸氣量，算出剩余量，再平均到剩余時間的一種流量輸氣方式。此方式便于輸氣量固定，對瞬時量沒有要求的用戶。

剩余平均模式適用于各時段用氣分布比較均勻，且無壓力限制的用戶。剩余平均法即剩余供氣量（日指定量-已供氣量）按照剩余小時平均分配。每個時段的流量設定值計算方法如下：

Q（小時流量）= （日指定量-已供氣量）/剩余小時

三、停止分輸模式

1.低壓保護模式。在流量控制模式下，為保護下游管道壓力低限，并保持持續(xù)輸氣方式。在調節(jié)閥出口壓力低于設定壓力后，進入低壓保護，確保壓力不低于最低壓力，當前流量低于流量設定值后退出低壓保護模式。

2.高壓保護模式。在流量控制模式下，為保護下游管道壓力上限持續(xù)輸氣方式。進入高壓模式的條件只有一個，在調節(jié)閥出口壓力高于設定壓力后，為保護輸氣安全進入壓力高壓保護，采用高壓恒壓模式。當前流量高于設定流量值時退出高壓保護模式。

3.低流量停輸。在壓力控制模式下，為保護輸氣計量準確，在當前流量低于流量低限設定值持續(xù)300秒（可設置）后，關閉調節(jié)閥，關閉球閥進行低流量停輸。在當壓力低于壓力低限設定值時觸發(fā)低流量再啟輸報警。自動開球閥，通過恒定壓力設定值進行壓力調節(jié)。低流量停輸和低壓啟輸為相互關聯(lián)的啟/停邏輯。

4.高流量保護。在壓力控制模式下，為保證流量計安全，不損壞流量計，設定流量高限值，在當前流量高于流量高限設定值持續(xù)10秒（不可設置）后，進入高流量保護。采取流量上限設定值的90%進行流量調節(jié)輸氣。當壓力達到恒壓壓力設定值時退出高流量保護。

5.低溫保護模式。在流量控制模式下，為保護下游管道不出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象，當溫度達到溫度低限設定值后，采取當前調節(jié)閥出口壓力輸氣，確保壓力不再降低。當溫度超過最大溫度，且當前流量小于流量設定值后120秒（可設置），退出低溫模式。

6.到時間啟輸功能。在前一次到量停輸后，啟用自動啟輸功能，并設置啟輸時間，自動分輸持續(xù)投用。到達時間前將日指定量重新設定（大于之前設定，或流量計清零）。到時間后會自動打開調壓撬球閥，然后自動投用之前輸氣模式繼續(xù)輸氣。到時間啟輸與到量停輸互為啟/停邏輯。

（作者單位：國家管網(wǎng)集團西南管道有限責任公司貴陽輸油氣分公司）