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2 01 5 正 第9 卷 第6 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d E c o n o my Vo 1 ． 9． No ． 6 De c ． 2 01 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9／ j i s s n ．2 0 9 5 1 1 3 2 ．2 0 1 5 ．0 6 ． 0 1 4 天然气分输管理与控制技术研究 梁 浩郝一博李海川 I 中国石油西气东输管道公司，上海2 0 0 1 2 2 摘要中国石油西气东输管道公司采用按照每 日指定输气量向下游用户供气的分输管理模式，为保证尤其是在 无人值守分输站时向用户供气的准确，需实现对天然气分输设备的 自动控制改造。在分析分输工艺流程的基础上，提 出了一种按 日指定计划分输的 自动控制方案，介绍了方案中的针对不同用户情况下按 日指定计划分输的 自动控制调节 方法，结合 自动控制特性形成调节规律公式，并依据经验和模型确定 自动控制参数，将该 自动控制方案应用于分输站 的现场试验 中，实现 了分输站 自动 分输的功能。 关键词 天然气分输管理西气东输无人值守P I D控制P I D参数 文献标识码B 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 5 0 6 0 0 4 9 0 2 0 引言 中 国石 油 西气 东 输 管道 公 司 以下 简 称“ 公 司” 采用每 日指定输气量向下游用户供气的分输管 理模式 。从 2 0 0 9 年公 司开始实行分输站夜 间无人值 守 的管理模 式 ，因此需要 对分输站控制功能进行改 造 ，以适应 分输站管理模 式的变化 。笔者在分析分 输 站工艺 流程的基础上 ，提 出了一种按 日指定计划 分输的 自动控制方案。 l 控制方案 在工业 控制系统 ，调节器通常采用 比例 、积分 和微分调节规律，简称P I D调节。天然气管道分输站 的工艺流程 为 天然气经 由过滤分离器 处理后 ，再 经计量 、调压 系统分输至 下游用户 ；分输 站调压 系 统的 P I D控制方式是以压力调节为主的调压限流控制 方式 ，此种 P I D控制方式对输气 压力 的调节稳定 可 靠 ，符合管道建设的要求和设计规范 ，而且已经安 全平稳运行 了多年 ⋯。 1 ． 1 对电动调节阀的调节控制 采用双 P I D控制回路与超驰控制相结合的控制方 法对 电动调节阀实现调节控制 ，双P I D控制 回路包括 压力调节 回路 P I D1 、流量调节 回路 P I D 2 。超驰 控制就是当调节系统接收到偏差越限和发生故障等 异常信号时，由超驰控制的判定逻辑确定使系统越过 目前正在工作 的调节 回路 ，将系统转换 到预先设定 好的另一安全调节回路。 1 白天采用 P I D1 进行调压 限流控制。即在正常 情况下采用压力调节 ，当流量超过设定 流量时 ，自 动切换到流量调节 ，当流量下降到允许范围后再 自 动切换 回压力调节 ，流量调节起限流保护作用。 2 夜间采用P I D 2 进行调流限压控制 。在保证分 输压力不超出最大分输压力值 该值可取调压系统中 监控调压 阀的设定值 的前提下 ，进行流量调节 。若 分输压力超出设定的最大分输压力值 ，由超驰控制 的判定逻辑将控制系统转换 到压力调节 ，当压力下 降到允许范 围后再 自动切换回流量调节 。 1 ． 2 按 日指定计划分输的 自动控制 针 对不 同 的分 输用 户 ，分 别 采用 以下 调 节方 案 ① 对于连续分输且用气量不稳定的用户 ，白天 采用调压限流方式，夜间采用调流限压方式。② 对 于 间歇分输的用户 ，白天采 用调压 限流方式分输夜 问停输 ，夜间不能停输 的采用调流限压方式。 针对每个用户 ，实施下述按 日指定计划分输 的 自动控制方案① 白天采用调压限流控制方式，夜 间 由调流 限压 方式 来实 现按 日指 定计 划分 输 的控 修订 回稿 日期 2 0 1 51 1 3 0 作者简介 梁浩 1 9 6 3一 ，博十 ，剐研究 员，从事长输火然气管道技术领域的科技项 目管理 1 作。E - m a i l x q d s l i a n g h a op e t r oc h i n a ． t om． e n、 天然气技术与经济 ／ 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第9 卷 梁浩，等天然气分输管理与控制技术研究 第6 期 制 ，夜间流量设定值取当天 13指定剩余未分输量的 平均值。② 为确保对按 13 指定计划分输的控制 ，当 每天分输量达到 日指定分输量计划的9 5 ％ 该值可根 据实际情况确定 时发出提示报警 。 2 P I D控 制的调试 结合P I D 特有的比例调节的快速性、积分调节消 除误差的能力和微分调节 的预见性 ，构成如下的P I D 调节规律公式 古 Ie e d I 1 ‘ L ～ j 式中，u t 为调节器的输出；e t 为调节器的输入信 号 误差输出 ；P 为比例度；T i 为积分时间常数 ； 为微分时间常数。 在选择 了调节规律 和相应 的调节器后 ，下一步 是如何确定 P I D参数 ，以得到所要求的控制效果 。下 面介绍几种常用的工程方法 1 经验法。首先把P 确定好 ，再加积分作用以 消除误差，最后利用微分调节作用以进一步提高控 制质量，具体作法为 ① 确定比例度尸时，先去 掉积分项和微分项 ，P取较大经验值 ，然后逐步减小 P ，观察被控系统响应曲线，直到满意为止。② 取 上述确定的P 值 ，调节被控系统使其达到4 1 的衰 减 比，然后将 P扩大 1 0％一2 0％，将 由小到大逐步 增加 ，直到获得衰减 比为4 5 1 的响应曲线为止 ，确 定相应 值 。③ 确定好 比例度和 后 ，将 P 缩小 1 0％ 2 0 ‰适当减小 ，再把微分时间常数 由小 到大逐步增加 ，观察被控系统响应 曲线 ，直 到满意 为止 ，最后确定 值。在 P I D控制的工业现场调试 与 应用中，公司两分输站P I D 参数取值见表 l 。 表 1 公司两个分输站P I D参数取值表 2 P I D 参数自整定。P I D参数 自 整定分为使用基 于模型和基 于规则 的两类方法 b 一 5 ，参照 目标或响应 模型整定P I D 参数 ，见表2 。 3 应用实例 近年来在分输站 l 进行按 日指定计划分输 的 自动 控制工业 现场试验 ，该分输站 白天采用调压限流控 5O ／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 制 ，夜问采用调 流限压控制来实现对按 日指定计 翅【 分输的控制，取得了较为满意的控制效果。流量P I D 控制电动调节 阀的测试数据见表 3 。 表2 P I D参数自整定方法表 公司 软件名 方法 F 汕 。 m蹦c 6 0 ， 香 曩 模 式 识 刷 和 Al f a h v a l Au t 0 ma t i 0 n EcA4 0 0 耋 墨 继 电 反 馈 和 基 于 模 型 的 方 法 ey w eu T D C 3 0 0 0 蓑 标 函 或 越 线 ’ 比 较 整 定 Y f】k 。 ga w a S L P C _ 18 8 l耋 租 靳模 必 ， 表3 分输站流量P I D控铹电动谣节阕蝻 溅燃媾襄 ／ P 误差 在分输站2 完成了按 定计翅分输的自动控制 现场试验 ，当每天分输量达到日指定分输量的9 5 ％ 时会发出提示报警功能，取得了较满意的 应用效果。 4 结束语 公司实行分输站夜间无人值守的管理模式 ，根 据分输站管理模式 的变化 ，对西一线 分输站进行 了 P I D控制功能改造 ，完成按 阿指定计划 分输的 自动控 制方案的实施 ，实现 了分输站 自动分输的功能 ，取 得了较为满意的现场应用效果。 参考文献 [ 1 ]刘开富． s Y／ T 5 9 2 2 - 1 9 9 4 天然气输送管道运行管理规范 [ S ] ． 北京石油工业出 版社 ，1 9 0 4 ． [ 2 ]王再英，刘淮霞，陈毅静． 过程控制系统与仪表 [ M] ．北 京机械工业出 版社 ，2 0 0 8 ． [ 3 ]鲁明体 ，罗安．化工过程控制 系统[ M] ．北京 化学工业 出版社 2 0 0 6 [ 4 ]张俊，罗大庸． 广义预钡 0 控制和． p m 控制在混凝投药中的 应用[ J ] ． 信息与控制 ，2 0 ,2 ，4 _ 1 _ 3 ．8 9 - 9 4 [ 5 ]徐孝轩 ，黄业千，亢译涛． 川气东送分输站压力髓 回收 利用潜力分析[ J ] _ 天然气技术与经济，2 0 1 3 ，7 2 4 8 - 5 1 ． 编辑 蒋龙 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m