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摘要：随着我国经济的不断发展，对能源的需求越来越大，为了降低单位GDP的碳排放比，天然气作为清洁型能源在国家一次能源消耗中的比例越来越大。中国已经向世界做出承诺，2020年单位GDP的碳排放比2005年降低40-45%。根据正在编制的国家“十二五”油气规划，天然气在国家一次能源消耗中的比例将由目前的4%提高到8%左右。为了保证经济又好又快发展，天然气正在成为经济发展的重要支撑能源。
关键词：天然气；长输管线；自动化
中图分类号： F407.22文献标识码： A
1.液化天然气长输管道输送的优点
1.1液化天然气长输管道运输与普通天然气管道相比
在4000千米以内的短距离运输时,普通的天然气运输管道更有优势,它多用于城市内部的天然气运输。当距离超过4000千米,进行长距离运输时,普通的管道就不能满足需要了。采用液化天然气管道运输,不仅运输量大,而且成本更低,更具经济优势。
1.2液化天然气长输管道运输与传统液化天然气运输相比
据统计,在运输距离小于4000千米时,陆地液化天然气槽车或罐箱运输成本较低,当具体超过4000千米时,长输管道运输更具优势。同等条件下,如果输送距离短的话,使用传统的陆地液化天然气槽车或罐箱运输比较合适,但是在输送距离过长时,使用长输管道进行输送,不仅成本更低,而且输送过程更加稳定,输送量大。
2.长输管道的自动化控制系统和流量检定系统
传统炼化企业生产特点是产品方案多,不安全因素多,控制方案复杂。常采用的主流控制系统有DCS,PLC,SIS等,其目的都是保证生产全程安全受控,强调对生产过程的控制,所以石化企业的自动化常被称为过程控制。而长输管线则不同,流量、温度和压力相对平稳,其生产操作以流程切换和计量管理为主,辅以其他管线操作如清管、启停阴极保护系统等(气体类管线有稳压操作)。PID控制和联锁回路较少,对过程参数的采集、传输和数据管理功能要求更高。长输管线主流控制系统以SCADA系统和流量计量检定系统为主。SCADA系统的分布式结构充分体现了集中管理、分散控制的原则,特别适用于长输管道这种分散性大、跨地域广、各站场功能相似系统的运行管理和控制。
2.1SCADA系统
SCADA是以计算机数据采集与监控系统为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA系统平台最突出的特点是实时、多任务。例如,数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话和实时数据的存储、检索管理、实时通信等。
目前专门针对长输管线的SCADA系统已开发成熟。SCADA系统完成对全线监控、调度、管理的任务,系统投产后,操作人员在调度控制中心通过SCADA系统可完成对管道的监控和运行管理,沿线各个站场达到无人操作的水平。它的发展极大促进了长输管线自動化程度,并为整条管线的管理和运行提供了硬件平台。
2.1.1SCADA系统的结构
长输管道的SCADA系统控制层分为两级:控制(调度)中心级、站控级,若分站场控制点较多,也可增设现场设备控制级。整个系统的硬件通常由RTU(PLC)、调度控制中心、数据传输及网络通讯系统等组成。正常情况下,由调度控制中心对全线进行监视和控制。沿线各站无须人工干预,各站控系统在调度控制中心的统一指挥下完成各自工作。当数据通信系统发生故障或检修时,由站控系统自动完成对本站设备的监视控制。
2.1.2RTU
远程测控终端RTU(RemoteTerminal Unit)是SCADA系统的基本组成单元。RTU至少应具备数据采集与处理、数据传输两种功能,当然许多RTU还具备PID控制、逻辑控制、流量计累积等功能。RTU是长输管线各分站场的核心控制系统。站场I/O点规模较小,一般采用PLC作为RTU的核心处理单元。RTU作为体现“测控分散、管理集中”思路的产品,从20世纪80年代介绍到中国迅速得到广泛应用。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少电缆用量、节省安装费用等方面具有优势。RTU通常由信号输入/输出模块、微处理器、有线/无线通信设备以及电源组成。其特点是模块化结构、通讯距离长、支持通讯类型多。
2.1.3调度控制中心
调度控制中心是SCADA系统的核心部分,一般由主机/服务器、通讯设备、分布式上位机以及各种应用软件组成。SCADA系统控制中心的服务器按冗余(双机)方式配置,互为热备用。主机可以与控制中心的操作站和各站场的RTU进行通信。控制中心的操作人员能够在控制台通过显示终端及输入终端,向现场控制器发出操作指令,实现对各分站场设备的遥控。调度控制中心通常还设立多台以微处理机为核心的调度监视终端、浏览终端、工程师终端和安全管理终端等,用来进行程序编制、修改系统功能和不同层次的管理要求。
SCADA系统实际上由控制设备和组态软件两个方面构成。软件平台是工程定义和运行的环境,它决定了SCADA系统的性能和功能,是SCADA系统的核心和灵魂。组态软件应具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。SCADA系统将工业控制技术、通讯技术、计算机网络技术、分布式数据库技术、多媒体技术和其他IT技术有机融合在一起,方便企业利用其完善的通讯网络平台和应用软件,建立仿真系统,EMS,MIS,ERP,CRP等企业监督管理系统。分布式数据库技术和其他应用软件的功能完善与否是衡量SCADA系统性能的重要参数。
2.1.4数据传输及网络系统
SCADA系统的数据传输及网络系统采用分布式结构,通常伴随主管道设置专用线缆作为主干网的通讯介质,主干通信的物理层通常采用光缆,链路层采用100M以太网,网络层采用TCP/IP协议。同时还配置其他通讯方式作为备用通讯。近年来随着通讯技术的发展,SCADA的通讯网络由原来以无线射频、电话网络转向GPRS,CDMA,ADSL宽带通讯等为主。
2.2流量检定系统
长输管线上采用的流量计往往用于贸易结算,须定期检定,而这些流量计体积大、质量大,拆卸、送检都不方便,故基本所有长输管线都配置在线实况流量检定系统。液体类检定系统的标准器一般采用体积管;气体类检定系统的标准器一般采用气罩。通过阀门的切换即可对流量计进行在线实时检定。检定系统单独设置,管线的流量、温度、压力信号分别送到RTU站控系统和检定系统的流量计算机,由流量计算机控制检定全过程,可通过RS-485接口将检定信息送到RTU站控系统进行显示。有些长输管线还配有标准器的检定设备,其实这没有必要。因为标准器的检定是由国家政府质量技术监督部门来进行的。
3. 输气管线自动化发展趋势
1)为使天然气这种优质能源的使用发挥更大的效益，建设全国调控中心势在必行，将实现统一调控、集中管理，增加市场供气的灵活性、可靠性和安全性。中石油已建并投运北京调控中心作为主调控中心(MCC)和廊坊调控中心作为备用调控中心(BCC)，它们成为中石油国家级调控中心，统筹管理油气管道近50条、工艺站场400多座、监控阀室1000多座。中石化正在计划建设北京天然气调控中心。
2)为减少工程投资，可以逐步探索把部分设备由进口改为合资或国产化。
3)提高高级应用软件的应用水平。
4.结语
天然气作为一种清洁的能源,未来的发展必然会有广阔的前景。液化天然气长输管道运输,是解决未来天然气运输的重要基础。多年来,人们不断加强对液化天然气长输管道运输技术的研究,在结合国外先进生产技术的同时,在管道材料、输送工艺等发面的技术研究不断发展,在不久的将来,液化天然气长输管道运输技术必然会取得长足的进步。
参考文献
[1]田健.液化天然气道路运输安全现状分析与对策研究[J].石油化工设计,2010.
[2]马小明,刘慧华.液化天然气技术与装备 [J].化工装备与技术,2012.
关键词：天然气；长输管线；自动化
中图分类号： F407.22文献标识码： A
1.液化天然气长输管道输送的优点
1.1液化天然气长输管道运输与普通天然气管道相比
在4000千米以内的短距离运输时,普通的天然气运输管道更有优势,它多用于城市内部的天然气运输。当距离超过4000千米,进行长距离运输时,普通的管道就不能满足需要了。采用液化天然气管道运输,不仅运输量大,而且成本更低,更具经济优势。
1.2液化天然气长输管道运输与传统液化天然气运输相比
据统计,在运输距离小于4000千米时,陆地液化天然气槽车或罐箱运输成本较低,当具体超过4000千米时,长输管道运输更具优势。同等条件下,如果输送距离短的话,使用传统的陆地液化天然气槽车或罐箱运输比较合适,但是在输送距离过长时,使用长输管道进行输送,不仅成本更低,而且输送过程更加稳定,输送量大。
2.长输管道的自动化控制系统和流量检定系统
传统炼化企业生产特点是产品方案多,不安全因素多,控制方案复杂。常采用的主流控制系统有DCS,PLC,SIS等,其目的都是保证生产全程安全受控,强调对生产过程的控制,所以石化企业的自动化常被称为过程控制。而长输管线则不同,流量、温度和压力相对平稳,其生产操作以流程切换和计量管理为主,辅以其他管线操作如清管、启停阴极保护系统等(气体类管线有稳压操作)。PID控制和联锁回路较少,对过程参数的采集、传输和数据管理功能要求更高。长输管线主流控制系统以SCADA系统和流量计量检定系统为主。SCADA系统的分布式结构充分体现了集中管理、分散控制的原则,特别适用于长输管道这种分散性大、跨地域广、各站场功能相似系统的运行管理和控制。
2.1SCADA系统
SCADA是以计算机数据采集与监控系统为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA系统平台最突出的特点是实时、多任务。例如,数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话和实时数据的存储、检索管理、实时通信等。
目前专门针对长输管线的SCADA系统已开发成熟。SCADA系统完成对全线监控、调度、管理的任务,系统投产后,操作人员在调度控制中心通过SCADA系统可完成对管道的监控和运行管理,沿线各个站场达到无人操作的水平。它的发展极大促进了长输管线自動化程度,并为整条管线的管理和运行提供了硬件平台。
2.1.1SCADA系统的结构
长输管道的SCADA系统控制层分为两级:控制(调度)中心级、站控级,若分站场控制点较多,也可增设现场设备控制级。整个系统的硬件通常由RTU(PLC)、调度控制中心、数据传输及网络通讯系统等组成。正常情况下,由调度控制中心对全线进行监视和控制。沿线各站无须人工干预,各站控系统在调度控制中心的统一指挥下完成各自工作。当数据通信系统发生故障或检修时,由站控系统自动完成对本站设备的监视控制。
2.1.2RTU
远程测控终端RTU(RemoteTerminal Unit)是SCADA系统的基本组成单元。RTU至少应具备数据采集与处理、数据传输两种功能,当然许多RTU还具备PID控制、逻辑控制、流量计累积等功能。RTU是长输管线各分站场的核心控制系统。站场I/O点规模较小,一般采用PLC作为RTU的核心处理单元。RTU作为体现“测控分散、管理集中”思路的产品,从20世纪80年代介绍到中国迅速得到广泛应用。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少电缆用量、节省安装费用等方面具有优势。RTU通常由信号输入/输出模块、微处理器、有线/无线通信设备以及电源组成。其特点是模块化结构、通讯距离长、支持通讯类型多。
2.1.3调度控制中心
调度控制中心是SCADA系统的核心部分,一般由主机/服务器、通讯设备、分布式上位机以及各种应用软件组成。SCADA系统控制中心的服务器按冗余(双机)方式配置,互为热备用。主机可以与控制中心的操作站和各站场的RTU进行通信。控制中心的操作人员能够在控制台通过显示终端及输入终端,向现场控制器发出操作指令,实现对各分站场设备的遥控。调度控制中心通常还设立多台以微处理机为核心的调度监视终端、浏览终端、工程师终端和安全管理终端等,用来进行程序编制、修改系统功能和不同层次的管理要求。
SCADA系统实际上由控制设备和组态软件两个方面构成。软件平台是工程定义和运行的环境,它决定了SCADA系统的性能和功能,是SCADA系统的核心和灵魂。组态软件应具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。SCADA系统将工业控制技术、通讯技术、计算机网络技术、分布式数据库技术、多媒体技术和其他IT技术有机融合在一起,方便企业利用其完善的通讯网络平台和应用软件,建立仿真系统,EMS,MIS,ERP,CRP等企业监督管理系统。分布式数据库技术和其他应用软件的功能完善与否是衡量SCADA系统性能的重要参数。
2.1.4数据传输及网络系统
SCADA系统的数据传输及网络系统采用分布式结构,通常伴随主管道设置专用线缆作为主干网的通讯介质,主干通信的物理层通常采用光缆,链路层采用100M以太网,网络层采用TCP/IP协议。同时还配置其他通讯方式作为备用通讯。近年来随着通讯技术的发展,SCADA的通讯网络由原来以无线射频、电话网络转向GPRS,CDMA,ADSL宽带通讯等为主。
2.2流量检定系统
长输管线上采用的流量计往往用于贸易结算,须定期检定,而这些流量计体积大、质量大,拆卸、送检都不方便,故基本所有长输管线都配置在线实况流量检定系统。液体类检定系统的标准器一般采用体积管;气体类检定系统的标准器一般采用气罩。通过阀门的切换即可对流量计进行在线实时检定。检定系统单独设置,管线的流量、温度、压力信号分别送到RTU站控系统和检定系统的流量计算机,由流量计算机控制检定全过程,可通过RS-485接口将检定信息送到RTU站控系统进行显示。有些长输管线还配有标准器的检定设备,其实这没有必要。因为标准器的检定是由国家政府质量技术监督部门来进行的。
3. 输气管线自动化发展趋势
1)为使天然气这种优质能源的使用发挥更大的效益，建设全国调控中心势在必行，将实现统一调控、集中管理，增加市场供气的灵活性、可靠性和安全性。中石油已建并投运北京调控中心作为主调控中心(MCC)和廊坊调控中心作为备用调控中心(BCC)，它们成为中石油国家级调控中心，统筹管理油气管道近50条、工艺站场400多座、监控阀室1000多座。中石化正在计划建设北京天然气调控中心。
2)为减少工程投资，可以逐步探索把部分设备由进口改为合资或国产化。
3)提高高级应用软件的应用水平。
4.结语
天然气作为一种清洁的能源,未来的发展必然会有广阔的前景。液化天然气长输管道运输,是解决未来天然气运输的重要基础。多年来,人们不断加强对液化天然气长输管道运输技术的研究,在结合国外先进生产技术的同时,在管道材料、输送工艺等发面的技术研究不断发展,在不久的将来,液化天然气长输管道运输技术必然会取得长足的进步。
参考文献
[1]田健.液化天然气道路运输安全现状分析与对策研究[J].石油化工设计,2010.
[2]马小明,刘慧华.液化天然气技术与装备 [J].化工装备与技术,2012.