无人值守天然气站电气设备的可靠性分析

2020-12-31余文

数字通信世界 2020年9期

余文

（广东省天然气管网有限公司，广东广州 510000）

1 无人值守天然气站电气设备的发展现状

当前无人值守天然其设备终端发展迅速，并已经形成体系化和智能化，并逐渐向模块化和通用性迈进。产品需求的逐渐发展促使中国天然气设备无人值守终端设备在自动化应用的快速通道上。随着天然气作为工业能源的重要来源地位凸显，各行各业也都加大力度和投入探索天然气智能化和自动化的应用，于此同时国家为了发展工业和达到民用能源升级在天然气站的投入上也越来越多。相关产业的发展，使天然气无人值守自动化程度加深但也更加复杂，与此同时也面临着许多制约因素。一旦发生无人值守天然气设备的故障必将导致大面积的气体爆炸事故，给企业生产和人员安全带来重大灾难。基于以上考虑，必须加强在无人值守天然气设备终端可靠性的研究，保障安全性又可享受天然气这种优质能源的便利性。

2 提高无人值守天然气站电气设备的可靠性

天然气站无人值守电气设备发展迅速，同时应用领域也不断拓宽，功能性越来越丰富，同时对环境的适应性要求也越来越高。天然气相关电气设备通过不断演化，相关系统所服务的对象也越来越广泛，在这种良性促进下，天然气站无人值守设备功能变得逐渐强大。无人值守设备不仅应用在天然气使用端，在天然气运输管道工业也发挥着重要的作用，由于国家能源战略的布局安排，许多天然气管道被布置在西部隔壁环境，在这种恶劣环境下更加需要无人值守电气管理，这也更加凸显出电气自动化设备可靠性的重要性。例如，在天然气无人值守电气设备中一个重要装置压力变送器，他在自然过程中每一步操作都将压力填充在设备中，而多次的使用与工作必须要求压力变送器具备很高的可靠性，能承受不同恶劣天气和复杂环境因素。设备的可靠性是保证全天候使用的重要因素，因此在维护的设计上也要做到简单方便，不会导致设备长时间宕机。在国际上，设备可靠性具有专业的定义，是指在特定环境条件下和特定时间段内执行特定功能的能力，而只要是设备就具有不确定发生宕机的可能性，这种随机性在数学上通常用“概率”来表达。

3 影响无人值守天然气站电气设备可靠性的因素

3.1 环境条件因素

环境条件的概念是一个大范畴，他不仅仅表达设备周围情况，同时还包含设备运行的状态、产生的电气、电磁、生物和化学环境等。外部环境条件收到自然因素和地理因素的影响，当外部条件恶劣时，会导致设备在长期运行中发生器件之间的磨损，外部架构的磨损氧化，当元件进一步恶化后将使量的积累达成质的飞跃，更将影响设备运行稳定性，传感器灵敏度和仪器仪表准确性。因此为了提高设备在工作过程中的可靠性，环境因素是绕不开的话题，必须要有专业的监督部门对设备工作环境各项指标进行监督，同时配套定期检查制度，主要针对环境中湿度和温度等指标进行监控，从而对环境条件完成把控。由于设备电气化程度较高，因此除了上述外界环境因素外，还特别容易收到内部不同组建工作中产生电磁干扰的影响，这部分因素影响的降低一方面要通过设计层面完成，另一方面通过设置抗干扰装置和自检测机制来完成，通过不同手段抑制电磁干扰来提高设备工作的可靠性。

3.2 动态因素

电气自动化设备在工作过程中是一个动态的过程，他通常会消耗电能、水能和空气能来完成相应工作，这个过程中会产生一定的能量转化，其中不仅有物理能量的转化也有化学能量的转化。在转化的过程中往往产生新的因素，这些动态因素同样存在不稳定性，影响设备工作的可靠性。一方面，动态因素中有电能和流体源，在天然气站无人值守工作过程中势必消耗电能，同时使流体源与空气中的灰尘、二氧化碳等其他物质混合，在这些物质通过采集进入天然气通道时，会对我们内部器件和过滤装置造成一定磨损，在严重情况下甚至会造成设备宕机。另一方面，在天然气开采运输过程中，水蒸气无处不在，当数量达到一定浓度后经常容易在输送管道中结冰，给传输造成堵塞，同时也给管路的重量结构造成影响，都会产生不稳定因素。最后，天然气的开采同时也伴有硫化物气体的产生，当硫化物遇到水时往往产生具有腐蚀性的液体和气体对设备造成腐蚀伤害。

3.3 机械作业因素

无人值守天然气站在工作过程中需要让设备进行一定的大幅度操作完成开采、灌注等动作，这就少不了需要一定机械操作，而器械部分有复杂的控制系统和机械部件有机组成，工作机制非常精密，为了保证机械部分工作有序高可靠性，就需要机械部分每个零件都保持良好的工作状态。不仅如此，机械作业因素还体现在对天然气站周边进行施工时产生的噪音、粉尘等，这些对电气设备运行都会产生一定影响，给传感器和仪表带来不利因素，因此这部分因素也要进行考虑，并通过管理手段坚决杜绝。

3.4 电子干扰因素

大规模电气设备在工作过程中，很难避免产生一定电磁波和电气等电磁干扰，这二者在环境中也会给设备造成一定干扰，这导致设备工作的各种指标发生变化。而在天然气无人值守设备中，控制和通信系统都将产生较强的电磁环境，如不做好电磁隔离会给设备工作中将造成一定影响。为此必须做好抗电磁干扰工作，比如建立电磁传感报警器，一旦产生难以抑制的电磁环境，系统立刻错处响应。举个技术例子，PLC技术在开关环节的应用就有效完成了对系统的控制，提高了系统的可靠性。

3.5 人为因素

虽然天然气已经向无人值守化发展，但是在检修还是关键步骤操作上，还是需要工作人员定期干预，但是由于不同运营公司雇佣人员素质水平差异较大，操作人员对专业的理解和认知水平不同，当发生一些特殊情况是，工作人员作出的判断和反映不尽相同，一点出现错误操作很容易造成电气自动化设备损害，这也是影响系统可靠性的关键因素。

4 提高中国天然气站电气自动化设备可靠性的合理建议

4.1 提高电气设备部件的质量

设备部件的质量好坏和一致性严重影响整体自动化设备可靠性。因此设备在总装前需要负责审查零部件工作人员做好登记和统计，根据质量标准做好审查。在设备组装前要对零部件合理放置，避免零部件存放混合。在采购零部件时注意把握产品材质的一致性，尽量选择同一生产线或同一企业产品；在设备组装完成投入使用后，设备维护人员要定时保养和更换易损零件，最大限度的降低设备维护成本，与此同时通过设备电气系统设置安装实时监控设施，完成对设备各个组建的监控和记录，通过数据的形式完成存储。

4.2 改善电气设备的周围环境，防止机械设备的电磁干扰

由于受到天然气易燃易爆特性的影响，对无人值守天然气站电气自动化设备周边环境需要严格管控，一方面监测周边气候、温度、明火等情况，另一方面监控设备运转情况。当设备周边环境不适合电气自动化设备投入工作时，检测系统传感器要向设备中央监督部门发出告警，设备中央监督工作人员根据告警情况作出分析研判并汇报有关部门采取必要措施。为了加强监控系统可靠性，监控要执行备份方案。当设备在工作时，由于自身原因产生故障应及时通过传感器向设备中央监督部门发出警报，同样有工作人员作出快速反应，派出当地维修组进行抢修。同时设备工作中注意电磁干扰防护，一方面通过设置保护装置，另一方面做好相关干扰的检测。

4.3 加强对工程操作人员的专业培训

我国电气自动化水平不断提高，这得益于众多科技行业应用能力提升，在技术升级的同时将对人员专业技术提出更高的要求。而无人值守天然气电气自动化设备技术要求非常高，而对应的从业操作人员专业水平则不均其整体水平较低，因此在供需两端存在较为突出的矛盾。为了解决这个矛盾，消除因操作人员素养不足产生的安全隐患，行业必须加强对这部分人员队伍的专业培训，同时要加大设备维护和修理方面的经验交流，形成行业共识。在人员入口端要提高文化门槛，提升待遇，吸引更高层次人员到岗工作。

4.4 对施工过程进行合理科学的管理

除了设备上需要提高可靠性以外，在无人值守天然气站的建立施工中也要严格把关。在整体建立施工过程中建立科学管理规范，从而保证天然气站在多方面指标的制约下可以到达较高的工艺水平，这样可以让无人无人值守天然气站有一个稳定的工程环境，有助于其完成持续可靠的工作。在这个过程中，将成熟的自动化技术引进施工中，不仅可以大大缩短工期还可以达到规定标准，这也再一次印证技术的引用可以大大促进行业的发展。