天然气管网压缩机参数优化远控技术的改造及应用_艾力群.pdf

设备管理与维修2023 2（上）究与开发 Z.2010-12-18.9齐华.包钢 NM400 级高强度耐磨钢板问世 N.中国建材报，2010-11-30（3）.10孙业华，王中学，麻衡，等.高强韧性耐磨钢板 NM500 的开发与应用 J.金属热处理，2019，44（9）：21-26.11宗超.NM360 耐磨钢板在备件制作中的运用 J.中国金属通报，2019（12）：89，91.12顾大庆，麻衡.高性能经济性 NM400 耐磨钢板的研究与开发 J.山东冶金，2021，43（1）：13-17.13范磊，陈华辉，宫学源，等.不同润滑条件下氧化铝陶瓷衬板的磨损机制 J.润滑与密封，2012，37（1）：62-66.14马鹏飞.选煤厂溜槽设计与改进 J.选煤技术，2015（1）：88-91.15孙俊生，孙逸群.金属中镶嵌陶瓷的耐磨材料及其制备方法 P.CN101598261B，2012.16GB/T 279792011，氧化铝耐磨陶瓷复合衬板 S.17张金深，李辉，武爱兵.煤化工设备耐磨层堆焊材料及工艺 J.机械制造文摘（焊接分册），2020（6）：13-18.18王戈，富玉竹，姚权桐，等.低碳钢表面激光熔覆不锈钢的组织和性能 J.金属热处理，2021，46（2）：185-190.19付绪兵，杨桂生，童光辉，等.高温尼龙 PA10T 改性研究最新进展 J.高分子通报，2021（1）：1-9.20吴明明，崔永生，李双雯，等.尼龙/玻纤复合材料耐磨性能 J.工程塑料应用，2020，48（7）：111-115.21沈国春.高强度超耐磨 MC 尼龙复合材料及其制备方法 J.现代制造技术与装备，2020（2）：119，121.22刘珊，景泉，刘冬，张彩凤，等.聚甲醛市场及发展方向 J.精细石油化工进展，2020，21（6）：45-48.23陈曦，马小丰，李建华.耐磨增韧改性聚甲醛的制备及性能研究 J.塑料工业，2020，48（4）：153-156.24杨浩，卞达，郭永信，等.Al2O3改性聚四氟乙烯复合涂层的摩擦磨损特性 J.材料保护，2020，53（10）：43-46，111.25蒋自胜，陈士强，刘黎慧.PVC/PTFE 复合材料的制备及性能研究 J.塑料科技，2021，49（2）：19-22.编辑张韵0引言由于设计和历史等因素，每条天然气管道的设计理念、压缩机组型号、自动化水平、人机匹配各有不同，管理模式也大不一样。合建压气站场采用了多个 OEM 厂的机组，如 GE、RR、D-R 及国产的沈鼓和 703 所等，不同厂家的机组性能不同，驱动方式也有燃驱和电驱之分。随着“集中调控、区域化管理”持续推进，油气调控中心在实施天然气管道压缩机组远程控制、现场少人值守、无人干预时，面临较多问题。在运维中心作业区管理模式下，基于天然气管网压气站实施无人站、少人站值守模式研究，依据管网所辖管道及站场的运行管理特点，梳理典型合建站场压缩机组参数自动调整控制技术存在技术难点和问题。未来管线增输，站场机组的组合会越来越复杂，生产运行要求各站中的压缩机应该能够根据输气量任意组合自动负荷分配、远程操控和稳定运行，需要更优化的控制方案和系统，实现压缩机中控系统控制参数自动调整控制、一键操作，现场无人干预是集中调控急需解决的问题。1远控参数调整控制问题某管廊带内合建压气站场从机组厂家以及驱动方式存在多达 7 种不同组合方式，机组厂家或型号不同，转子性能不同，需要并网输气时中心调度员只能分别对同期同厂家的机组实施远程控制。机组负荷分配控制操作依据中心调度员的经验，使用手动操作调节多机组等转速来进行负荷分配的方式，造成机组和管网运行效率降低、控制难度增加、中心调度员操作量大、远控模式下停机风险高、多台并联压缩机负荷分配不平衡等，手动操作难以实现如此复杂的调节。因此，改造负荷分配控制系统，收集分析压缩机远控问题：（1）远控压力设定步长不优化，中心调度员操作量大；远控时，单次压力调整幅度为 0.020.10 MPa，为达到目标压力需多次调整，且等待时间较长，压气站和压缩机组数量较多，尤其在管道输量调整时，调度员工作量大。天然气管网压缩机参数优化远控技术的改造及应用艾力群1，张鹏1，李国军1，马自山2，龚志伟3，艾威4（1.国家管网集团油气调控中心，北京100013；2.西南管道公司，四川成都610095；3.北京兴油工程项目管理有限公司，北京100083；4.重庆建筑科技职业学院，重庆401331）摘要：在运维中心作业区管理模式下，基于天然气管网压气站实施无人站、少人站值守模式研究，依据管网所辖管道及站场的运行管理特点，梳理典型合建站场压缩机组参数自动调整控制技术存在技术难点和问题。分析制定实施压气站少人值守、无人干预值守技术方案，解决压缩机远控问题和优化压缩机远控方式，升级压气站少人值守站管理模式的标准，实现支撑系统的优化改造及可靠性改造，并做优集中调控，具有重要的理论和现实意义。关键词：压缩机；参数优化；远控中图分类号：TK323；TE832文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.0824设备管理与维修2023 2（上）（2）无关键参数报警保护，停机风险高。机组关键参数达到报警值不能继续提高负荷时，UCP 不能及时反馈给 SCADA（SupervisoryControl And Data Acquisition，数据采集与监视控制）系统和调度员，调度员无操作参考，机组停机风险高。（3）负荷分配测试发现耗时长、升速快、燃机排气升温过快、压缩机入口滤芯高报警问题。（4）压缩机负荷分配不均衡，影响机组出力。图 1、图 2 所示为等流量百分比控制策略下的问题：图 1 中 QP，1=QP，2，QP为计算等流量，QC为机组通过流量，QP-QC为循环回流量；图 2 中 Dev1=Dev2，但流量和转速并不相等。某合建压气站采用“1 燃+2 电”组合运行，当出站压力提高至 11.5 MPa 时，电驱的变频器电流已接近报警值，不能再提高出站压力设定。而此时燃驱的转速在5022 r/mim，进口流量（10 350 mm H2O）也较小，负荷较低，相比 6100 r/mim 的额定转速空间非常大，但受小机组（18 MW）限制，大机组（31 MW）不能再提高负荷。在不改变控制系统逻辑的情况下，如果想继续提高出站压力，方案有两个：一是增启一台燃驱，以“2 燃+3”电组合型式运行，但会造成能耗增大，方案不可取；二是中控放弃远控操作权限，切至站控手动提高机组负荷，以达到出口压力要求，不会造成额外能耗增加。（5）压力控制时机组工况波动大。当管道流量发生波动时，机组在定出站压力控制模式下，工况调节频繁；压缩机 PLC 控制反馈调节精度各不相同，造成转速调节频繁，站场无法维持中心控制模式，需要站控干预。为实现压缩机中控系统控制参数自动调整控制、一键调整和优化压缩机远控方式，根据压缩机组不同功能特点及运行现状，开展技术研究，分析制定压气站实施无人值守站规划目标，通过配套支撑系统的优化改造及可靠性改造，并作为规划实现无人值守站管理模式的标准，推动集中调控向高质量发展。2远控参数自控研究目标、内容和技术路线以典型合建压气站多型号燃驱压缩机组为试验点，收集分析压缩机集中调控操作需求，开展技术调研，初步确定优化方案并讨论可行性，开展研究和试验，编制一键设定自动调整技术方案。2.1研究目标（1）优化控制方法，实现进出口压力目标值设定一步到位，解决中心调度员操作频繁的问题，降低误操作风险，提高工作效率。（2）实现关键参数保护功能，机组自动调整时，控制逻辑与负荷调整相关的关键保护参数关联，作为机组负荷调整的边界条件，提升机组运行安全性。（3）优化负荷分配控制策略，解决不同厂家、不同机型、不同功率、不同驱动方式的压缩机并联运行的负荷分配不平衡问题。（4）实现中心投用负荷分配功能，中心控制压缩机组并网、退网，从启机到负荷分配投用及自动加载全程无需压气站现场干预，实现压气站无人值守站建设目标。（5）单台机组跳机时剩余机组转速保持，不增加剩余机组停机风险，提高运行稳定性。（6）实现机组增减提示报警功能，系统自动对比机组工况和控制目标值，给中心调度人员发出增减机组提示。（7）探索实现负荷偏置功能，达到节能效果。（8）针对有流量控制需求的压气站，探索目标流量控制方法。（9）建立科学合理的压缩机组远程控制评价指标，实现压气站无人值守。2.2研究内容随着技术引进和国产化，压缩机远程控制技术得到了应用。目前国内外天然气输送压缩机的远程控制技术有以下 4 种：（1）基准负荷控制。固定部分机组负荷，一台机组调负荷，该方式不稳定、能耗高。（2）等速控制。机组全部等转速运行，要求机组型号、厂家、转子性能完全相同。该方式技术简单，不同性能压缩机负荷分配不能投入。（3）等流量控制。控制机组的流量相同，控制算法过于简单，不同性能机组不能投入负荷分配，远程操控不稳定，运行效率不高。（4）动态优化负荷控制。在压缩机运行点等距的基础上，动态优化分配负荷，能实现全自动运行，提高机组和管网运行效率。负荷平衡按照需要改变每台压缩机的转速以将每台压缩机保持在与相应喘振极限距离相等的点上运行。负荷分配通过一定技术手段（等距离、等比例、等速、等流量等）控制压缩机组的运行，并通过动态优化手段（工艺布置、偏置补偿、效率平衡）实现机组自动平稳运行，提高机组和管网运行效率。由于原有各机组控制系统并不开放，就不能实现高级的优化功能。如果中心调度人员不能随时掌握每台压缩机组的运行效率（压气量与燃气耗量之间的关系），仅追求压缩机组运行点等距的运行方式是远远不够的。而这种高级优化方式的实现在原有封闭的软/硬件平台上是不可能实现的，只有开放的软/硬件图 2等喘振裕度控制策略图 1等流量控制策略25设备管理与维修2023 2（上）平台才能进行高级优化，实现压缩机中控系统控制参数自动调整控制，才能真正得到效益。2.3关键技术路线为了提高运行稳定性、降低运行成本、提高管网效率，实现压缩机中控系统控制参数自动调整控制、一键调整和优化压缩机远控方式，已成为基本要求，并且随着不断的增输，压缩机配置越来越复杂，需要优化负荷分配、参数自动调整控制得到越来越多的应用，需要掌握的关键技术：（1）不同厂家、不同型号的机组负荷分配及负荷平衡控制技术。按照生产需要将总负荷分配到不同厂家、不同型号的压缩机组上，负荷分配及负荷平衡控制技术，即将总负荷按照压缩机运行点与喘振控制线的绝对距离，分配每台压缩机的负荷，保证压缩机运行点到喘振控制线的距离相等。（2）总负荷变化时自动加减载机组的控制技术。当总负荷发生变化时，控制系统在机组允许的时间内，（考虑到电驱和燃驱机组爬坡率要求不同，按 15 min 计算，实际调试中按照现场情况调整），快速完成加减载的控制目标，并实现无出口汇管压力扰动 2%以内。（3）负荷偏置的计算技术。多机组并联时，机组的布置位置、型号、驱动方式等，对机组负荷平衡都有一定影响，通过机组运行点到喘振控制线的距离相等，机组的效率不一定是最优的，但是通过增加或减少偏置值，可以达到优化的负荷平衡。（4）控制算法的通用化、国产化。对控制算法的研究分析，将控制算法进行归纳总结，采用标准编写程序，使控制算法在实现时就具有通用的特性，以便技术推广。并且通过控制程序的标准化，实现控制程序的国产化。3控制参数自动调整控制功能在典型合建压气站场安装一套新的负荷分配控制系统，在新硬件平台基础上进行优化，多台机组同时运行时，调整机组运行转速达到设定的总出口管线压力，以实现生产需求；同时在满足生产需求的情况下，调整每台压缩机的负荷，实现压缩机组高效运行。可以根据生产需求调整运行的压缩机组数量，达到每台机组效率最大化，满足油气调控中心的技术需求。3.1压力设定一步到位步长优化包含三项关键程序：步长分解；根据实测压力反馈逐步台阶下发步长；压缩机升降速率限制。在程序中由比较计算器算出负荷区间，再由选择器选择单次下发的步进值，发给负荷分配控制器。当出站压力反馈满足一个步进值后