天然氣輸氣管道自動分輸模式及應(yīng)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(diào)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(yīng)現(xiàn)在的需求，為了解決大量分輸用戶的供氣準(zhǔn)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(shè)定保護值，提出了不同的自動分輸供氣模式以及相應(yīng)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(guān)鍵詞：天然氣 長輸管道 分輸模式 應(yīng)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(xì)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(shù)方式，解決站場天然氣分輸過程中的壓力、流量調(diào)節(jié)占用操作人員大量的時間和精力，保證站場分輸任務(wù)安全、有效的完成，建立一套標(biāo)準(zhǔn)的自動分輸控制技術(shù)。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(diào)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(fēng)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(zhǔn)控制，系統(tǒng)應(yīng)具有相應(yīng)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(shè)定每日根據(jù)國家管網(wǎng)調(diào)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(guān)閥，停輸操作。不啟用到量停輸功能，會在分輸量達到設(shè)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(shè)定調(diào)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(shè)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(shè)定值按照需求運行壓力設(shè)定，備用支路壓力設(shè)定值為控制壓力低限值（按照用戶低壓保護壓力設(shè)定），當(dāng)在用支路故障關(guān)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(dāng)天多少比例的系數(shù)。再乘以當(dāng)天的設(shè)定量，算出當(dāng)前時段的輸氣流量，再進行流量調(diào)節(jié)，進行當(dāng)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(quán)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(yīng)的壓力超限控制、到量停輸、低流量保護、偏差調(diào)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(rèn)為12個時段，可設(shè)置），根據(jù)過去M天（默認(rèn)為7天，可設(shè)置）用氣規(guī)律，計算當(dāng)天各時段所占日總輸量的不均勻系數(shù)，則當(dāng)前時段的輸氣設(shè)定值即為“日指定分輸量×當(dāng)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(dāng)日已完成輸氣累積量；

流量設(shè)定值計算公式如下：

其中Qset為當(dāng)前時段輸氣量設(shè)定值；

Qa為日指定輸氣量；

Qutn為當(dāng)日已完成輸氣累積量；

Xwt[i]為當(dāng)前時段不均勻系數(shù)；

4.剩余平均模式。采用計算設(shè)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(shè)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(diào)節(jié)閥出口壓力低于設(shè)定壓力后，進入低壓保護，確保壓力不低于最低壓力，當(dāng)前流量低于流量設(shè)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(diào)節(jié)閥出口壓力高于設(shè)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(dāng)前流量高于設(shè)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(zhǔn)確，在當(dāng)前流量低于流量低限設(shè)定值持續(xù)300秒（可設(shè)置）后，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉球閥進行低流量停輸。在當(dāng)壓力低于壓力低限設(shè)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(shè)定值進行壓力調(diào)節(jié)。低流量停輸和低壓啟輸為相互關(guān)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(shè)定流量高限值，在當(dāng)前流量高于流量高限設(shè)定值持續(xù)10秒（不可設(shè)置）后，進入高流量保護。采取流量上限設(shè)定值的90%進行流量調(diào)節(jié)輸氣。當(dāng)壓力達到恒壓壓力設(shè)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(dāng)溫度達到溫度低限設(shè)定值后，采取當(dāng)前調(diào)節(jié)閥出口壓力輸氣，確保壓力不再降低。當(dāng)溫度超過最大溫度，且當(dāng)前流量小于流量設(shè)定值后120秒（可設(shè)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(shè)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(shè)定（大于之前設(shè)定，或流量計清零）。到時間后會自動打開調(diào)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(zé)任公司貴陽輸油氣分公司）