压气站远程控制实现理论分析

付　强

摘要 对压气站实现远程控制的实现进行了介绍，并针对可能性进行了理论分析。

关键词 远程控制；就地控制模式；远程控制模式；压缩机辅助系统；SCADA 系统

中图分类号 TE 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2009）04-0039-02

0 引言

压气站远程控制，顾名思义，是通过远程信号对压气站机组及其他控制设备进行控制，包括机组的起停和阀门的动作等。现在国外很多天然气公司都实现了“远程控制，无人操作，有人值守”的先进管理模式，在这方面有很多值得我们来借鉴。在国内目前还没有一座压气站实现真正意义上的远程控制，下面就以离心式压缩机压气站为例进行一下远程控制实现理论的分析。

1 机组远程控制部分

1.1 机组控制模式

机组控制系统可以分为就地控制模式和站远程控制模式两种。

1.2 两种控制模式的特点

就地控制模式是通过机组控制柜来进行起停机及机组转速调整等操作，可以在压缩机厂房内或控制室来进行，其特点是操作时对机组各种突发状况可以及时反应，进行相应的调整。但是对操作人员要求比较高，必须熟悉机组启动时的详细步骤及机组启动的所有逻辑关系。在单机组启动及操作时使用就地控制模式操作起来比较方便、直观，但是涉及到双机联控或三机联控时，则需要考虑机组的喘振余度等问题。尤其是在启动第二台机组或第三台机组时，需要对已启动的机组喘振余度进行随时监控、调整转速，避免因喘振造成机组停机或新启动的机组喘振余度过低，防喘阀无法关闭，不能进行加载，最终导致压缩机进口天然气温度过高而停机。

站远程控制模式是通过机组上位机程序来对三台机组进行联控，操作时简单、方便，由启动程序自动执行机组的启动过程，还可以通过设定进出口压力或流量来使机组直接达到需要的运行状态。多台机组启动时在机组的喘振余量控制上也全部由上位机来自动调整，几台机组的喘振余量控制在相同的范围。

1.3 实现远程控制的方式

调控中心（DCC）对压气站的远程控制是通过SCADA系统向SCS 下达启机、停机、紧急停机、站紧急关闭等控制命令及设定站入口压力/ 站出口压力/ 站排量的控制参数，由SCS 向压缩机组联控盘（SCP）下达命令，再由SCP 对机组控制盘（UCP）下达执行命令，UCP 自动完成对机组的控制。

2 辅助系统远程控制

压缩机组的辅助系统是机组控制的一个重要组成部分，包括燃料气系统、密封气系统、空气系统、供电系统、润滑油系统等组成。密封气系统分为主密封气。

2.1 燃料气调压、计量橇的控制

燃料气系统主要包括调压橇、计量橇、机组燃料气阀等设备，除机组燃料气阀受机组程序控制外，调压橇、计量橇属于较独立的设备，可以通过站控系统远程控制内部的电动球阀开关、快速截断阀关闭等工作；可通过手动对调压阀后的压力设定实现三条支路互为备用的功能。燃料气调压站和计量站的数据采集、控制以及燃料气流量计算由站控系统完成。

调压橇主、副加热器、调压阀、电动球阀的控制可由站控系统自动进行控制，根据需要可以纳入DCC 的远程控制。快速切断阀一旦关闭后，无法远控开启，需要人员到现场手动复位。

2.2 压缩机密封气供应控制

压缩机的密封气可以大致分为两个部分：主密封气和辅助密封气。主密封气是机组正常运转后由压缩机出口引出的压缩天然气作为主密封气，对控制的要求比较低。辅助密封气是在机组启动或停机时，压缩机出口天然气压力达不到密封压力要求，而采用的另一种外供密封气。辅助密封气在控制及操作上面相对难度较大，因为一旦失误就会造成机组启动失败或者对迷宫密封系统造成损坏。

目前有部分压气站采用氮气作为辅助密封气，采用氮气或天然气做密封气时的切换是通过站控系统上的一个手动按钮进行切换的。同时，在采用氮气做密封气时，氮气瓶组的出口阀需人工到现场进行操作，无法实现DCC 远程控制。

另外，做为密封用的氮气，是由氮气瓶组（一个瓶组由12 个氮气瓶构成）组成，一组氮气瓶组的气体容量约为480升，顺利（正常）启动、停机机组一次约消耗一组氮气。在机组启动过程中由于故障不能使机组顺利启动，或者由于机组故障造成机组紧急停机，如果做密封气的天然气的压力高于5.5Mpa 时，则可用天然气做密封气，否则必须立即切换至氮气做密封气，并保持55 分钟的后润滑期间的氮气供应。此时氮气的消耗量较大，一组氮气将无法满足要求，由人工手动更换氮气瓶组。

针对这种情况，府谷压气站采用的方式是在辅助密封气管线上安装了两台小型压缩机，用压缩空气作为动力，受机组程序控制，当机组启动需要密封气时，压缩机启动，对辅助密封气管线内的天然气进行增压。设备工作正常时，能够承担两台机组同时启停机时密封气的需求。在进出口差压低于482KPA时启动，在进出口差压达到520KPA 时停止运转。实践证明，这种方式可以有效地解决机组辅助密封气的远程控制问题。投用时间已超过2 年，一直能够正常工作。

2.3 空气系统的远程控制

空气压缩机由变配电间供电，出于对空气压缩机的保护考虑，空气压缩机的供电抽屉可以提供电流过大导致热继电器保护断开，或供电系统中断保护控制。

要实现对空气压缩机的启、停控制，还可以增加空气压缩机的控制功能。此远程控制需SCS 和DCC 手动下令控制。如因电源切换停机可由SCS、DCC 手动启动，如果是保护停机，由现场人员处理恢复。

2.4 供电系统远程控制

机组马达控制中心（MCC）给机组辅助润滑油泵（后备润滑油泵电源由电池组提供）、冷却风扇、油箱加热器等提供电源。MCC 由市电提供电源，当市电中断时，由备用柴油发电机提供电源。MCC 柜的电源开关有手动和自动两种控制方式，可以将润滑油泵、冷却风扇等手动投用或停止，也可根据机组程序设定的工艺参数进行自动启、停。

需将此开关位置状态上传SCS、DCC。在MCC 开关机械故障未能吸合或由于电流过大热继电器断开的情况下，由UCP 执行相关报警，由现场人员处理恢复。

2.5 火灾检测系统远程控制

压缩机组的火灾检测系统大致由三个部分组成：

1）压缩机组内的火灾检测系统。包括机罩内的可燃气体探头、火灾检测探头（与机组的二氧化碳消防系统联动）。压缩机组内部的火灾检测系统信息可以通过机组控制系统信息查看，其他火灾检测系统可以上传到SCS、DCC。2）压缩机厂房内的火灾检测探头。3）机组两侧的可燃气体探头。

3 工艺站场区远程控制

工艺站场区相对压缩机组设备比较简单，主要设备有GOV 阀门、分离器、过滤器、流量计、电动球阀等设备。GOV 阀门是气（高压天然气）液联动作为动力的球阀，

可以在汽缸进出气管线上加装电磁阀，通过SCS、DCC 控制电器阀的开启关闭来达到控制GOV 阀门动作的目的。分离器和过滤器作用都是分离天然气中的杂质，这样就涉及到定期排污的问题。可以考虑在分离器和过滤器下端安装集液罐或疏水阀。安装集液罐时下端加装一个电动球阀与排污管相连接，可以通过SCS、DCC 进行远程控制电动球阀动作，达到排污的目的。安装疏水阀时直接与排污管线相连接，可以达到自动排污的目的。

流量计参数上传至SCS、DCC，除每年定期校验、保养之外，不需要其他操作。

4 实现远程控制、无人操作在实际生产中存在的问题通过上面的介绍，在硬件和理论上已经可以初步实现远程控制、无人操作，但是在实际生产工作中，会遇到各种不同的问题，而这些问题的存在，也会导致远程控制、无人操作无法实现。

4.1 压缩机组在远程控制中可能存在的问题

4.1.1 进出口阀启动失效

机组进出口阀门通常使用的是气动轴流阀或气动球阀。气动球阀的波差式结构决定了一旦汽缸内的动力气源供气量不足时，会出现阀门动作停滞或超时的情况。在北方冬季气温寒冷的时候气动球阀的动力气管线很容易结冰，导致动力气供应不足，出现阀门动作失败，造成机组无法启动。

4.1.2 防喘阀故障

防喘阀通常为气动碟阀，其控制原理是机组控制程序发出的4MA ～ 20MA 信号，通过气电转换器将电流信号转换为气压信号，再通过防喘阀上的指挥器控制汽缸内进气量，从而调整碟板动作开度，达到控制要求。

防喘阀的控制结构是通气关阀，也就是说当气源关闭时，防喘阀会自动全开。这样就出现了一个可能性，在冬季气温寒冷导致引压管内结冰堵塞或气电转换器、指挥器失效时，防喘阀会自动打开，造成压缩机进出口天然气循环，无法正常向下游输气。如果只是单台机组运行时，只会造成输气暂时中断及进出口天然气温度高报警，最大的影响是机组非锁定停机。而当多台机组通过SCP 联控时，一台机组出现防喘阀打开的情况，其他机组仍然按照SCP 控制设定好的站总流量或总出口压力运行，就会导致其他的机组转速迅速提高，直至机组超速，有可能对压缩机组的叶轮或轴承造成损坏。

防喘阀的阀位反馈系统也容易出现故障。阀位反馈系统是将防喘阀的阀位开度信息反馈到机组控制系统中的设备，可以通过“ZERO”和“SPAN”两了旋钮对阀位信息的零点和量程进行调整，调整结果对实际的阀位开度没有影响。旋钮内部是通过改变电阻的大小来调整输出电流，从而调整阀位的信息。当投用一段时间后，虽然阀位反馈系统能够正常工作，但是受温度的影响逐渐增大，尤其是在昼夜温差超过15℃的时候，在白天设定好的阀位反馈信息，很有可能在后半夜发生变化，量程或零点逐渐漂移，当漂移值超过±3.5% 时，机组会出现阀位不当的报警。

4.1.3 燃机空气入口滤芯故障

燃气轮机工作时需要由空气入口吸入空气，为了避免杂质、灰尘等进入燃机内部，因此在空气入口安装有空气滤芯。空气滤芯的使用寿命和工作状况与压气站所处周边环境及天气情况有很大的关系。如果周边环境中粉尘较多、经常有沙尘暴天气或站场附近有较多的杨树、柳树，则空气滤芯的使用寿命会大幅度降低；如果天气较潮湿，春秋季空气滤芯受潮后更容易吸附灰尘、柳絮等；冬季则会在空气滤芯外部结霜，会在很短时间内使空气入口差压达到报警值或停机值。

4.1.4 可燃气体探头故障

陕京管道压缩机组两侧所用的可燃气体探头多为DETRONIC 光学式可燃气体检测探头，该探头工作可靠性高，使用寿命也较长。但是有一个最大的缺陷，就是对环境要求较高，一旦内部的两个光学镜片所积灰尘过多或因天气潮湿导致镜片上有水汽，则探头就会出现零点漂移，通常为负值，而当数值超过-3 时，探头会出现故障报警。

4.2 辅助系统在远程控制中可能存在的问题

辅助系统经常出现故障的是空气系统。站内气动阀门、隔离气、密封气压缩机动力气等设备所需的压缩空气都是通过空气压缩机来提供的。空气压缩机作为站内的关键设备，在机组运行时必须保证不间断的运行，否则会造成机组停机。通常站内有两台空气压缩机，一用一备。当一台出现故障停机时另外一台立刻自动启动。可如果一旦站内外部供电出现故障，出现瞬间闪断或断电（发电机自动启动），空气压缩机无法自动重起，需要人员到现场手动闭合开关，重新启动空气压缩机。上面描述的几种故障在压气站内都是比较常见的，在现有人员值班、巡检的工作模式下可以很快的进行处理，并不影响机组的正常启动、运行。但是如果控制模式改为DCC 控制，出现故障时由调控中心发现报警、分析报警，之后再通知站内维护人员处理故障，在整个工作流程上会浪费大量的时间，有可能将普通的报警延误成为故障停机。而且以现在调控中心的工作安排，两个人一班，监控一整条输气管线、数个压气站，近百个监控画面，在工作量上也是无法完成的。而如果增加值班人员数量，也就变成了将压气站内的值班人员工作地点换到调控中心，对远程控制的实现并没有多大意义。

5 结论

综上所述，在现阶段，我们还没有能力完全实现“远程控制，无人操作，有人值守”的管理模式，即使加大投入资金、更换设备，这种方式也不能够完全的普及。但是我们可以针对这些存在的问题进行部分的改造，提高压气站的自动化控制水平，降低人员风险，从而为日后真正实现“远程控制，无人操作，有人值守”打下良好的基础。