天然气输气管道自动分输模式及应用

王春

摘  要：天然气管道分输主要有人工手动分输、站控SCADA系统操作分输、国家管网油气调控中心远程分输和自动分输，随着用户不断增多，人工分输控制已不能适应现在的需求，为了解决大量分输用户的供气准确性和安全性问题，根据以往的分输模式，分析了天然气长输管道分输用户的类型、用气特点和不同用气需求，确定了用户的分输方式和安全保护设定保护值，提出了不同的自动分输供气模式以及相应的控制逻辑和自动分输安全保护逻辑。本文提出的自动分输控制、安全保护逻辑模式，建议推广使用。

关键词：天然气 长输管道 分输模式 应用

天然气长输管道持续快速发展，天然气用户规模也不断扩大，为提升天然气管道精细化管理水平，进一步统一和规范天然气管道用户日指定自动分输技术方式，解决站场天然气分输过程中的压力、流量调节占用操作人员大量的时间和精力，保证站场分输任务安全、有效的完成，建立一套标准的自动分输控制技术。目前输气场站已经实现天然气分输控制与管理的自动化，但主要基于SCADA系统国调操作分输或站控操作分输，实现自动分输主要是根据分输用户的供气特点，制定不同的自动分输控制逻辑，自动完成用户分输的各项操作。实现分输站场基于日指定量的自动分输控制，简化操作人员日常操作行为，降低人为操作风险。

一、自动分输控制系统方案

实现安全高效的日指定分输精准控制，系统应具有相应的故障保护功能及自动分输控制功能。

二、自动分输方式

天然气自动分输方式主要包括：到量停输、恒压、不均匀系数、剩余平均模式。

1、到量停输模式。设定每日根据国家管网调度中心下达日指定输气量，在投用自动分属功能后，分输到日指定量自动关阀，停输操作。不启用到量停输功能，会在分输量达到设定量时切换到低压恒压输气模式，保证下游用户持续供气，此方法便于下游不可停输，有最低压力保护用户。此模式独立于其他三种模式，可以与其他三种模式同时存在。

2、恒压模式。设定调节阀后压力，保持恒定压力输气的模式。此模式可以保证压力温度，操作方便，对输气量和瞬时流量没有要求。对于稳定供气的不可中断用户，自动分输采用恒压控制模式，正常输气时采用设定值恒压供气，所有支路的管路控制球阀均保持常开，在用支路和备用支路均采用压力控制，在用支路压力设定值按照需求运行压力设定，备用支路压力设定值为控制压力低限值（按照用户低压保护压力设定），当在用支路故障关断，出口压力低于控制压力低限值时，备用支路启输，保持控制压力低限恒压输气。以满足用户供气的连续性和最低压力要求，不会因支路切换和截断阀开启时间造成用户供气中断。

3.不均匀系数模式。所谓不均匀系数就是计算出过去7天，每天在某一个时间段的输送量占当天多少比例的系数。再乘以当天的设定量，算出当前时段的输气流量，再进行流量调节，进行当前时段的输气。此方法便于下游长期输气不停输，并且用气规律的用户。对于不可中断且有配气压力需求用户，自动分输采用综合权法控制。不均匀系数法采用流量控制为主、压力控制为辅方式，并针对用户压力超限、是否允许到量停输、最低允许运行流量、实际用气需求与日指定偏差较大等情况，采取相应的压力超限控制、到量停输、低流量保护、偏差调校等4种辅助控制。

其计算方式为：将每天划分成N个时段（默认为12个时段，可设置），根据过去M天（默认为7天，可设置）用气规律，计算当天各时段所占日总输量的不均匀系数，则当前时段的输气设定值即为“日指定分输量×当前时段的不均匀系数”。

计算公式为：

其中Xwt为每个时段的不均匀系数；

Qh为过去M天此时段的实际输气量；

Qd为过去M天每天的总输气量；

Qutn为当日已完成输气累积量；

流量设定值计算公式如下：

其中Qset为当前时段输气量设定值；

Qa为日指定输气量；

Qutn为当日已完成输气累积量；

Xwt[i]为当前时段不均匀系数；

4.剩余平均模式。采用计算设定量减去已输气量，算出剩余量，再平均到剩余时间的一种流量输气方式。此方式便于输气量固定，对瞬时量没有要求的用户。

剩余平均模式适用于各时段用气分布比较均匀，且无压力限制的用户。剩余平均法即剩余供气量（日指定量-已供气量）按照剩余小时平均分配。每个时段的流量设定值计算方法如下：

Q（小时流量）= （日指定量-已供气量）/剩余小时

三、停止分输模式

1.低压保护模式。在流量控制模式下，为保护下游管道压力低限，并保持持续输气方式。在调节阀出口压力低于设定压力后，进入低压保护，确保压力不低于最低压力，当前流量低于流量设定值后退出低压保护模式。

2.高压保护模式。在流量控制模式下，为保护下游管道压力上限持续输气方式。进入高压模式的条件只有一个，在调节阀出口压力高于设定压力后，为保护输气安全进入压力高压保护，采用高压恒压模式。当前流量高于设定流量值时退出高压保护模式。

3.低流量停输。在压力控制模式下，为保护输气计量准确，在当前流量低于流量低限设定值持续300秒（可设置）后，关闭调节阀，关闭球阀进行低流量停输。在当压力低于压力低限设定值时触发低流量再启输报警。自动开球阀，通过恒定压力设定值进行压力调节。低流量停输和低压启输为相互关联的启/停逻辑。

4.高流量保护。在压力控制模式下，为保证流量计安全，不损坏流量计，设定流量高限值，在当前流量高于流量高限设定值持续10秒（不可设置）后，进入高流量保护。采取流量上限设定值的90%进行流量调节输气。当压力达到恒压压力设定值时退出高流量保护。

5.低温保护模式。在流量控制模式下，为保护下游管道不出现冰堵现象，当温度达到温度低限设定值后，采取当前调节阀出口压力输气，确保压力不再降低。当温度超过最大温度，且当前流量小于流量设定值后120秒（可设置），退出低温模式。

6.到时间启输功能。在前一次到量停输后，启用自动启输功能，并设置启输时间，自动分输持续投用。到达时间前将日指定量重新设定（大于之前设定，或流量计清零）。到时间后会自动打开调压撬球阀，然后自动投用之前输气模式继续输气。到时间启输与到量停输互为启/停逻辑。

（作者单位：国家管网集团西南管道有限责任公司贵阳输油气分公司）