长输油气管道站控系统对燃料气撬电加热器控制的优化提升

闫龙 袁野 赵江会

摘 要：本文以长输油气管道站控系统对燃料气撬电加热器控制的基本原理、主要功能进了分析和阐述，同时对燃料气撬电加热器控制的优化提升提出了解决方案，对优化提升的必要性、实现方式、预期效果以及积极意义等方面进行了阐述，旨在为实现站控系统对燃料气撬电加热器控制的创新和突破提供合理化解决方案和建议，提高长输管道辅助设备的自动化控制水平，为提高站场辅助设备的操作及监护效率，降低员工伤亡风险，保障生产安全起到一定的参考借鉴意义。

关键词：长输管道;燃料气撬;自动化控制

1 概述

作为长输油气管道站场重要的辅助设备，燃料气撬通常作为压缩机、发电机、燃气机组、生活用气等管道运行生产关键设备和区域的燃料来源，是将主管道的高压气体调节到满足压缩机、发电机、燃气机组所需的低压燃料气然后提供给用气设备的成套撬装设备。作为站场自动化控制系统的第三方设备之一，燃料气撬通常配有独立的控制系统，站控系统通过硬线连接、第三方通讯等方式实现与燃料气撬的数据采集与控制。目前国内外大多数长输油气管道站控系统对燃料气撬的监控参数通常包括流量、温度、压力、加热器状态、报警等，实现了燃料气撬系统远程监视与控制的基本功能。通过站控系统人机界面可实现燃料气撬参数的读取、阀门的开关、流量监视、报警管理、事件记录、历史趋势记录等功能。近年来，随着运营单位对“精细化管理”、“节支降耗”、“安全生产”等管理理念的深入实行，对站场辅助设备自动化控制水平的要求也逐步提升。如何实现对燃料气撬更优的控制，逐渐成为生产运营单位新的科研课题。

2 目的和必要性

天然气冰堵是燃料气撬在生产运行中面临的主要风险因素，其成因主要是气体减压时会对外做功，使部分管段温度降低，气体中的水蒸气产生凝结，严重时导致管段发生冰堵现象，对局部管段形成冰阻塞。天然气冰堵现象的发生会致使关键设备气源中断，导致设备损坏，严重的甚至会引起生产安全事故。目前国内多数长输油气管道站场利用加热炉、电加热器等加热设备对天然气管路进行加热，或在燃料气撬、阀门引压管等易堵管段安装电伴热带，使气体温度保持在水露点以上，实际应用效果明显。由此可见，燃料气撬电加热器系统是针对性防止和解决冰堵问题的关键设备。

结合目前国内外已建成长输油气管道现状，燃料气撬多作为站控系统外独立成撬的第三方辅助设备，设计过程中，仅要求站控系统实现对燃料气撬的基本数据采集和控制，一些关键操作如电加热系统启、停、故障复位、电加热器温度远程PID调节、燃料气系统故障监视等操作则通常需要由操作人员在现场完成，这大大降低了操作效率，增加了操作人员的工作量，对管道的安全平稳运行产生了一定的影响，亦不利于节支降耗的实现。

3 解决方案

根据上述实际情况，本文对长输管道站控系统对燃料气撬电加热器控制的优化提升提出了如下建议和解决方案。

3.1 总体思路

在站控系统上完全实现燃料气撬自有控制系统的全部功能，并将关键参数纳入站控系统数据库，实现数据备份、历史事件记录、报警记录、历史趋势等功能。通过站控系统操作员工作站实现对燃料气撬电加热器控制系统的远程监视和控制功能;在站控系统操作员工作站上增加电加热器控制面板，实现电加热器的远程启停、复位等功能;在站控系统操作员工作站上增加电加热器系统状态报警页面，实时显示电加热器报警、运行状态、温度、流量等参数;通过远程对加热器进行启停控制、温度监视或者自动PID温度调节，实现加热器系统的精准监控，提升加热器工作效率，达到节支降耗的目的;在站控系统中建立数据库，显示电加热器参数的实时趋势曲线和历史曲线。

3.2 方案简述

上述优化提升目的的实现，需要从燃料气撬新增状态采集、控制命令增加、RS485串口通讯数据采集、PLC程序编写、上位机画面组态、工作站数据库添加等几项内容出发，方案如下：

3.2.1 新增状态的采集

新增每台电加热器的运行、停止状态和故障报警状态。新增的状态通过在燃料气撬电加热器控制柜和PLC机柜之间敷设跨接电缆的形式，实现硬线信号的采集传输，将上述信号连接至PLC的备用数字量通道;在PLC程序中开发相应的程序，采集相应信号，分配供人机界面采集的数据地址。其他状态如电加热器的就地远控状态、手自动状态、断路器、接触器等状态则通过串口通讯方式，通过站控系统已有串口通信设备或增加串口采集设备实现数据采集。

3.2.2 控制命令增加

新增每台电加热器的启动、停止、复位等命令。需要对燃料气撬电加热器控制方式进行改造，通过修改接线、增加继电器等方式，实现就地和远程的双重控制模式;新增的状态通过在燃料气撬电加热器控制柜和PLC机柜之间敷设跨接电缆的方式实现状态采集和命令传输，将上述信号连接至PLC的备用数字量通道;在PLC程序中开发相应的程序，采集相应信号，分配供人机界面采集的数据地址。

3.2.3 RS485串口通讯数据采集

根据需求完成对燃料气撬电加热系统RS485串口通讯数据的采集。对于已有串口通信设备且设备有空余通道的站场，将燃料气撬电加热器控制器中的相应信号，通过RS232-485转换器接入现有串口协议转换器;在上位机中完成相应数据库和通讯连接的建立，完成采集。对于没有串口通信设备的站场或串口通信设备无空余端口的情况下，通过增加串口通信模块、串口通信协议转换器的方式实现新增串口信号的采集。

3.2.4 数据库建立和画面组态

在站控系统上位机完成燃料气撬电加热系统数据库、通讯连接的建立，实现数据的采集和下发;在上位机中建立燃料气撬电加热系统的控制面板、组态画面、报警、参数列表、趋势等。在调控中心上位机完成燃料气撬电加热系统数据库、通讯连接的建立、画面的组态，实现调控中心的数据采集和下发。

3.3 预期效果

燃料气撬电加热器系统的优化提升本着充分利用现有软件和硬件设备和空余通道、原有数据库和上位机系统的原则，做到用最少的成本和工作量实现预期功能。电加热器启动、停止、运行、故障和复位等硬线信号接入现有PLC模板的空余通道，通过PLC编程，利用程序实现燃料气撬电加热系统的远程控制;加热器控制模式、加热芯温度、断路器状态、接触器状态等信号，通过站控系统现有通讯协议转换器进行信号采集和传输，在现有站控系统中实现数据库建立和画面组态。调控中心和站场可通过一个单独的上位机页面完成对本站场或全线所有站场全部电加热器的状态监视，以及启、停、复位等功能，也可以通过点击图标进入单独站场的加热器控制界面，实现与现场一样的更详细、更直观的监视和控制功能，实现对加热器各项性能参数的全方位实时精准监控，提升加热器工作效率，达到减少操作人员工作量和节支降耗的目的。

通过在站控系统中对电加热器系统启、停、复位、控制模式切换等命令，以及故障报警等状态进行事件和报警记录，实现报警、事件的记录的有迹可循;通过将加热器温度、流量等关键模拟量参数的趋势记录，实现加热器关键参数历史趋势可查;操作人员可通过温度PID调节面板实现从操作员工作站远程调节加热器温度的目的。

4 结论和意义

“精细化管理”和“节支降耗”是长输油气管道发展的必然趋势，站控系统对燃料气撬电加热器远程控制的优化提升能够有效减少现场操作人员工作量、提高站场辅助设备的操作及监护效率、降低管道冰堵等安全风险，该技术的推广将对提升长输油气管道自动化控制水平及站场运行管理水平起到一定的积极意义。

參考文献：

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