输气管线监视阀室自动化设计的关键技术

夏需强 吕秀杰 曲林林 唐 帅 李冬华 王全全 王乾龙

(中国石油天然气管道工程有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110031)



输气管线监视阀室自动化设计的关键技术

夏需强 吕秀杰 曲林林 唐 帅 李冬华 王全全 王乾龙

(中国石油天然气管道工程有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110031)

为了解决输气管线监视阀室设计及运行过程中发生的问题，主要针对监视阀室压力、温度仪表，太阳能及蓄电池，数据采集装置进行了研究。压力仪表安装时应避免干线管道开孔，利用气液联动执行机构，取压管路预留三通作为压力取压孔；温度仪表安装时需要考虑不破坏管道防腐层和解决与管道绝缘问题。东北地区大型天然气管道的应用实践证明了输气管线监视阀室设计技术的正确性。

输气管线 监视阀室 气液联动执行机构 管道防腐层 太阳能 数据采集 管道绝缘

0 引言

随着输气管线的自动化程度越来越高，输气管线中的监视阀室也越来越多。由于监视阀室没有设备间和外电源，且所处的环境大多比较恶劣，对监视阀室的检测仪表设备、太阳能设备及蓄电池和数据采集装置的选型和安装要求比较高[1-8]。检测仪表设备安装不当，会给以后的运行维护带来很大的安全隐患。以往大型输气管线监视阀室压力仪表取压孔开在干线旁通管线上，当压力仪表出现问题时，需要放空两个阀室间的全部天然气，会造成巨大经济损失。本文利用气液联动执行机构的取压用三通接头作为压力仪表取压点，成功解决了这个问题。

监视阀室的温度仪表检测元件通常安装在管道表面焊接的凸台里，破坏了管道防腐层，造成了阴极保护电流的流失和地电位的不相等，给管道增加了一个潜在的隐患点。本文通过采用管箍固定方式解决了破坏防腐层问题，采用涂抹绝缘涂料和绝缘胶垫解决了与管道绝缘问题。

太阳能设备及蓄电池的选型和安装不当，会影响设备的使用寿命和给日后维护造成麻烦。以前太阳能蓄电池安装在地上时，蓄电池的寿命为一年左右；太阳能蓄电池安装在地下时，潮湿、保温、集水和运行维护均存在很多问题。本文介绍了太阳能蓄电池的选型原则和地下安装时各类问题解决方法。

数据采集装置选型不当，会使得整条管线的控制系统不稳定和数据不能正常传输。由于监视阀室数据需要同时向上、下游站场传输，以往输气管线经常出现监视阀室数据采集装置死机和上下游站场接收不到数据的问题。本文通过介绍数据采集装置在选型时的注意要点，解决了数据采集装置死机和数据接收不到的问题。

1 数据采集

监视阀室采集的数据主要包括：采集介质温度、管线压力等参数；监视线路截断阀的状态及超压降速率关断；监视太阳能及蓄电池状态；监视阀组间(设置时)可燃气体泄漏报警和门禁开关状态[9-15]。

为了便于清管，安装非插入表面温度变送器来检测介质温度。表面温度变送器主要有两种安装方式：在管道表面焊接凸台安装和在管道表面捆绑管箍安装。在管道表面焊接凸台安装，会破坏管道防腐层，对管道有潜在的破坏，故不推荐采用此种安装方式；在管道表面捆绑管箍安装时需垫绝缘橡胶，并在所有与管道接触的金属部件表面涂绝缘涂料，保证与管道绝缘，故推荐采用此种安装方式。

采用在气液联动执行机构取压管路上安装压力仪表的方式，检测管线压力。安装时，要保证变送器与管道绝缘和取压管路最低点不积液。

监视线路截断阀的状态包括：全开、全关、故障或远控(根据不同品牌确定干接点信号)，阀门其他参数采用通信方式，RS-485接口、Modbus RTU通信协议。超压降速率关断功能通过检测气液联动执行机构内集成压力变送器信号并计算实现。为了保证安全，气液联动执行机构内集成的压力变送器应使气路和电路分离。某大型输气管线阀室曾发生爆炸的原因就是气路和电路没分离。

监视太阳能及蓄电池状态可通过干接点信号或通信方式(RS-485接口、Modbus RTU协议)实现。

监视阀室设置阀组间时，需安装可燃气体探测器和阀组间门禁开关。可燃气体探测器输出4～20 mA的有源信号，门禁开关输出干接点信号。

2 太阳能及蓄电池选型和安装

根据监视阀室所处的地理位置(地理经度和纬度)，选择合适的太阳能及蓄电池。太阳能的安装原则是朝阳，安装基础强度满足要求即可。

一般情况下，全年无0 ℃以下地区采用普通免维护蓄电池，地面上接线箱安装时(高温地区应增加遮阳棚)，蓄电池应安装在接线箱内，接线箱防护等级应不低于IP65。在较低地区(最低气温不低于-20 ℃)，蓄电池应选用耐低温免维护型，可安装在地上也可以安装在地下坑内，通常考虑到维护方便，安装在地面上。蓄电池应安装在接线箱内，接线箱防护等级应不低于IP65。在寒冷及严寒地区(最低气温低于-20 ℃)，蓄电池应选用耐低温免维护型，安装在地下坑内，地下坑的深度应大于当地冻土层深度。设计时，应考虑防水、保温、通风和便于维护等因素。为了避免外面的水进入坑内，坑盖应用 “扣”盖，通风管口不应朝上且必须固定牢固。

3 数据采集装置的选型和安装

数据采集装置是监视阀室的核心设备，数据采集装置的选型和安装关系到监视阀室数据采集的成功与否。数据采集装置应满足：宽温型(至少应该-40～+40 ℃)，数据采集装置应支持2个IP地址(一定为不同网段)，通信协议为Modbus TCP/IP，保证其可以同时向上、下游站场传输数据。数据采集装置的第三方设备通信模块的通信协议应为Modbus RTU。抱杆安装示意图如图1所示。

图1 抱杆安装示意图

数据采集装置应安装在防爆接线箱内，防爆接线箱的防护等级应不低于IP65，安装在极其寒冷地区的数据采集装置的防爆接线箱内应增设加热措施。数据采集装置的安装可采用抱杆方式，也可以地面基础安装。地面基础安装方式简单，便于安装和维护，推荐采用此种安装方式。当采用抱杆安装方式时，经过强度计算后设计合适的杆和杆的基础。当采用地面基础安装时，基础露出地面的高度可根据当地雨水情况来确定。地面基础安装示意图如图2所示。

图2 地面基础安装示意图

4 结束语

综上所述，监视阀室设计和安装的关键包括：表面温度变送器安装时不应破坏管道防腐层；压力仪表安装时变送器与管道绝缘和取压管应保证最低点不积液；太阳能及蓄电池的选型和安装应考虑所处环境，寒冷地区蓄电池安装时应保证防水、保温、通风和便于维护；数据采集装置应选用宽温型，具有双IP(在不同网段)，可以同时向上、下游站场传输数据，安装方式尽量采用地上基础安装。

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Key Technology of Automation Design for Monitoring Valve Chamber of Gas Transmission Pipeline

In order to solve the problems happening in design and operation of the monitoring valve chamber of gas transmission pipeline,the instruments of pressure and temperature of the chamber, the solar energy and storage battery, and the data acquisition device are researched.For installing pressure instruments,to avoid opening holes on the main pipeline,the reserved tee of the pressure tapping pipeline in air/hydraulic actuator is used as the pressure tapping hole.For installing temperature instruments,the anticorrosion coating shall not be damaged and the pipeline insulation shall be resolved.The designing technology of the monitoring valve chamber of gas transmission pipeline is introduced,and it has been verified in a certain natural gas pipeline project in northeast China.The considered factors are comprehensively resolved and the measures are correct.

Gas transmission pipeline Monitoring valve chamber Air/hydraulic actuator Anticorrosion coating of pipeline Solar energy Data acquisition Pipeline insulation

夏需强(1981—)，男，2007年毕业于中国石油大学(华东)控制理论与控制工程专业，获硕士学位，工程师；主要从事网络控制系统和管道自动化方向的研究和设计工作。

TH-3;TP273

A

10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201611023

修改稿收到日期：2016-05-05。