摘　要：介绍深圳市天然气次高压／中压调压站的压力遥调系统的功能、技术方案比选和实施。并介绍了实施后的应用效果。

关键词：压力遥调；气动；P+I控制器；流量控制

1　概述

深圳的主要气源是广东大鹏液化天然气公司供应的澳洲气源(下称大鹏气源)和由中石油西气东输二线供应的气源(下称西二气气源)。大鹏气源在2006年7月通过坪山、安托山两个门站供应深圳的次高压压管网，西二气气源与2012年5月通过求雨岭门站供应深圳的高压管网。目前已投产高压管网59公里，次高压管网l62公里，中压管网3423公里。与高压管网连接的场站有：高压门站l座，高／次高压调压站l座，电厂计量站两座。与次高压管网连接的次高／中压调压站21座。

深圳燃气输配系统的压力级制分高压、次高压、中压三个级别，采用中压进户，直接供应用户，与其它大多数城市的低压进户有很大的不同。它的优点是减少了中压／低压区域调压站和楼栋调压箱的建设及维护，但GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》的10.2条款要求压力不高于0.2MPa，中压管网的供气压力受到了限制。目前深圳罗湖、福田、南山、盐田等区工业用户少，管网建设密度较大，中压管网的供气压力为0.15MPa；龙岗区、宝安部分区域由于工业用户较多，要求的供气压力较高，同时管网又连接了部分商业、居民用户，供气压力提高到0.18MPa。地处铁路、河流交叉多而管网联网差的布吉片区，在冬季极端冷的天气下仍需将次高／中压调压站的出站压力提高到0.195MPa。在部分调压站故障的情况下，相邻的应急调压站需将压力提升以满足工业用户的用气压力要求，供气压力的不足限制了工业用户的发展。

要解决中压管网压力不足必须要提高次高／中压调压站的出站压力，但又不可超越规范要求。在高峰时段提升压力后，如低峰时段仍采用较高压力供应用户，尤其是居民用户，会给供气安全带来一定的风险，而根据高、低峰时段进行出站压力的合理调整则可以解决该问题。在一天需多次调整的情况下，单依靠人工去操作是不现实的，需增加压力遥调功能。

2　概改造的功能定位及技术方案

在2008年，为应对广东大鹏液化天然气公司对提气速率超过合同要求的用户进行经济性惩罚，对安托山门站、坪山门站两个门站进行增设CS压力遥调^[1]的改造，实现了合理分配两门站流量，并通过在高低峰时段调整出站压力，利用管网调峰，减少采购高价LNG调峰的气量，是最经济的防止超提手段。次高／中压调压站的压力遥调改造是在此基础上进行优化。

2．1　门站压力遥调系统的功能

CS压力遥调系统属气动压力遥调系统，它根本原理是通过远程控制气包上安装的两个电磁阀的启闭进而调整气包的压力，气包的压力通过反馈管引至调压器的导阀来调整出站压力。其原理图见图1。

它主要有以下功能：

(1)手动调压功能。通过人工点击CS系统的控制面板进行电磁阀的开关操作，从而进行压力的调整。每点击一次压力变化5kPa。

(2)自动调压的出口调压功能。通过设置压力步长、静止时间、目标压力等状态参数在站控室的控制面板上进行压力调整，通过出口压力的反馈值调整比对，最终达到设定的出口压力。其调整的过程见图2。

(3)自动调压的气包稳压功能。在出口压力设定后，为消除室外温度、电磁阀内漏等因素引起气包压力的变化进而影响到出站压力的设定。控制器通过气包上的压力传感器的反馈信号，判断是否超出气包设置压力P0的±5％范围，指挥电磁阀动作，使气包压力稳定，从而达到稳定出口压力。

(4)一套CS压力遥调系统，可带多路调压器，通过设置CS导阀上弹簧的不同的压力，可设置各路不同的出口压力。

2．2　调压站压力遥调系统的功能定位

门站是24小时值班站，它的遥调功能定位是考虑以站控为主，中心控制不可以操作，只可以监控。同时与门站连接的次高压管网的运行压力达l.5MPa，调压的步长对管网的波动影响很小。而与调压站连接的中压管网直接连接到用户，其出站压力在0.15MPa(或0.18MPa)，调节过程步长的过大、调节曲线的平滑性均可能影响到用户。同时调压站多数是无人值守站，操作的权限将以中心控制为主。结合以上情况，调压站的压力遥调功能定位如下：

(1)中心控制(调度中心)可随时调控出口压力，有效实现对无人值守站的压力控制。

(2)压力自动跟踪功能。可预设不同时段的出口压力，以适应下游流量的需求。

(3)具有安全保护功能，使出口压力不会超出于特定的上限及下限。

(4)当遥调失效或设备断电时，压力应保持原有水平。

(5)压力调整过程平缓不对下游用户造成影响。

2．3　调压站压力遥调系统的技术方案

根据门站CS遥调系统三年左右的运行情况，发现气动方式的压力遥调在运行稳定性、维护维修工作量等方面优于电动压力遥调系统，因此本次改造定位在气动方式。次高／中压调压站的压力遥调系统在国内实施尚属新技术，而在香港中华煤气的调压站，压力遥调系统已使用多年，运行良好。其设计的理念与我们的需求是很吻合的。在香港中华煤气的帮助下，制定了技术方案，并与原CS压力遥调系统进行了比较、优化压力遥调的方案。本次改造的压力遥调技术方案的原理见图3。

调压站的每路工作调压器(主调压器)均增加了这套系统，可实现一对一控制，主副路的互换可完全实现远程操作，而CS压力遥调系统一对多路需人工调整CS导阀的弹簧，方可进行主副路的切换。

本方案的基本原理是中心控制(调度中心)或站控将压力调整的信号发送到RTU(或PLC)，RTU(或PLC)输出信号到P+1控制器，控制器调整气动压力的大小控制微流阀的开度，进而调整工作调压器的出站压力。微流阀与上限导阀串联，类似监控调压器与主调压器。当微流阀设定的出站压力小于上限导阀设定的压力时，上限导阀处于全开状态，当出站压力等于上限导阀设定的压力时，上限导阀开始工作，限制微流阀调整压力的功能，达到了上限压力保护功能。下限导阀与微流阀的管路并联，类似调压站的主副路。当微流阀设定的压力低于下限导阀时，这时类似主副路切换，下限导阀开始工作，控制出站压力不低于下限导阀设定的压力，达到下限压力保护功能。下限导阀前的电磁阀是为了在紧急情况下调度中心远程取消下限保护功能，将出站压力降低到低于站外市政管道的压力，使调压站不供气。电磁阀属通电打开的功能，在停电情况下不影响正常运行。由于它是通过微流阀调整开度进行控制，不同于CS遥调系统通过电磁阀快速开关控制气包压力，它的压力变化曲线的平滑性较CS遥调系统好，对用户不造成不良影响。

在整个系统中P+I控制器相当于整个遥调系统的大脑。P+I控制器还附带一些附属设备，以安全、稳定地完成控制，工艺图见图4。

P+I控制器的气源来自调压站的进口压力表针阀三通后，气源通过过滤并进行调压，由1.5MPa调整到20psig供应P+I控制器使用，根据设定的压力要求及调压器出口反馈管的压力，P+I控制器通过其排气口排气进一步调整气体压力，控制微流阀的开度。

从原理图上看，改造主要分两部分：气动控制部分(工艺设备部分)、电子控制部分(自控部分)。原主调压器上的导阀利用做下限导阀。增加的设备主要有：机械式比例积分控制器(P+I控制器)、微流阀、上下限导阀(利用原导阀，增加上限导阀)、反馈管。电子控制部分改造包括：电缆导管的安装、PLC模块机柜的安装、站内P+I控制箱的安装及SCADA界面的设计。

3　改造的实施

由于调压站为已运行站，停气改造的时间有限，在实施过程中主要采取以下原则：(1)分步施工，站内与站外施工结合，减少影响供气的时间。(2)安全措施和应急保障做到位。

3．1　改造的施工

电动控制部分的施工对调压站的供气影响较小，在站控系统增加遥调程序的下载时对调度中心的监控有一定的影响，通过派调压站班组人原现场监护，即可保障安全。气动控制部分的施工采取站外组装与站内安装结合的方式，先进行P+I控制器箱及导阀箱的站外组装，后进行站内的组装，主要包括反馈管与调压器、导阀箱、P+I控制器箱的连接。结合单路供气分开改造，使影响供气的施工时间大大缩短。

整个施工过程反馈管的连接采用卡套连接，不涉及到动火，但为安全起见，在停气施工时建议应进行氮气置换，所以管路施工完成后按工作压力的1.5倍进行强度试验，合格后进行气密性试验。

3．2　施工完成后的调试

施工完成后的调试很重要，它分功能性测试及实流调试，在功能性测试阶段主要是对PLC编程的正确性、IP地址的正确性、通讯的正常性、上位SCADA系统的可操作性进行测试。实流调试则侧重在调压的反应速度、调压变化的平滑性、各项功能的符合行、自跟踪功能的吻合性进行测试。

在施工和调试期间，调高相邻的调压站的出站压力，作为应急备用站，当调试站出现异常影响到供气时，备用站可增加供气量并提高供气压力保证供气需求。

4　改造后的效果

改造后可实现以下功能：(1)自动压力跟踪。设定压力与系统自动跟踪压力的符合行很好，见图5。(2)调度中心SCADA远程调压功能。(3)PLC站控功能。(4)本地控制功能。(5)上下限调压保护功能。

具备以上功能后，可达到如下使用效果：

(1)提高自动化程度，节省人力成本。具备远程调压后，日常运行的压力调整无须调压抢修班组操作，使调压抢修班组的工作重点转移到设备的维护及抢修上，而不是经常性的压力调整。

(2)操作简单，减少人为调压错误造成的压力波动。只需通过现场P+I控制器上的指针拨到需要压力值或在站控系统上设定，气动控制系统即以平缓的变化调整主调压器的出口压力达到需要值，避免了以前由于扳手旋转螺丝过快造成的误操作。

(3)压力自动跟踪功能减轻调度中心日常调压的工作量。当在较长一个时期，每天的压力调整基本相同的情况下无须调度中心每时段去调整，只需将各时段所需调整的压力参数下载到PLC，设备即可自动按预设曲线运行。每天不同时段合理设定压力，使调压站的供气量在设备运行工况较好的量程范围内，延长设备的使用寿命。

(4)撤销下限压力保护，通过远程降压关闭调压站功能有利于事故状态下的应急抢修。

5　结论

通过以上的论述，可以得到以下结论：

(1)压力遥调对无人值守站有重要的意义，是以后燃气自动化的发展趋势。

(2)采用本文中介绍的调压站的遥调方式，调压过程平滑变化，对下游用户不造成影响，同时具有上下限压力保护功能，适合城市内无人值守站的使用。

(3)自动压力跟踪功能减少了远程监控人员的工作量，对中压管网调峰有很大的意义，并优化了设备的运行工况。

本文作者：黎珍　吕志军

作者单位：深圳市燃气集团股份有限公司