天然气长输管道自控设计方法探讨
【摘 要】随着天然气长输管道项目的不断建设发展，对长输管道自控设计从各方面提出了更高的要求，根据长输管道自控设计的主要内容，介绍自控专业的主要设计方法和探讨设计过程中常见的问题。
【关键词】天然气长输管道；自控技术；设计方法
0 引言
截止2017年底，我国天然气长输管道总里程达到7.7万km，我国进口天然气管道陆续开通，国家基干管网基本形成，部分区域性天然气管网逐步完善。随着我国天然气管网的不断发展完善，自动化控制技术（简称自控技术）成为天然气长输管道项目不可或缺的技术手段。天然气长输管道项目也是中石化“十三五” 期间重点开发建设领域，对长输管道自控设计在各方面也提出了更高要求，站场无人值守已经成为长输管道发展的大趋势。随着自动化控制技术和网络信息技术的发展，通过逻辑控制和远程控制相结合的方式，已经能够满足远程控制无人值守现场技术要求。
1 自控设计主要内容
天然气长输管道自控设计主要包括阀室（普通阀室、监视阀室和监控阀室）、站场（输气首站、压气首站、输气末站、分输站、分输清管站、清管站、中间压气站、中间注入站和中间增压注入站）和调控中心配套的自动化控制。自动化控制采用先进的监控及数据采集（SCADA）系统，实现全线由调度控制中心对管道集中监控，形成了调控中心、站场、现场三级控制方式，在调度控制中心能够调度、管理和优化运行整条管线。SCADA系统对各站场和阀室实施远距离的数据采集、监视控制、安全保护和统一调度管理。
以典型的分输站场为例，主要的设计内容如下：
1）现场仪表的选型：主要包括温度检测、压力检测、液位检测、进出站紧急切断阀及放空阀等；
2）站控系统：主要由过程控制系统（PCS）和安全仪表系统（SIS）组成，其中PCS系统实现站内工艺过程的监控，保障工艺系统的安全、可靠、平稳的运行，实现工艺参数的显示、数据处理、报警和数据归档。安全仪表系统由火气系统（FGS）和紧急关断系统（ESD）两个子系统构成。
3）计量系统的选型：采用气体超声流量计对出站气量进行流量计量，现场流量、温度、压力信号传至流量计算机内进行温压补偿及流量累积等计算，同时将计量系统的运行参数通过RS485上传至PCS系统。
4）调压限流系统：调压限流系统采用安全切断阀+自力式调压阀+电动调节阀串联的方式，保证输气管道能够安全、平稳、连续地各下游用户供气。
5）自用气计量调压系统：采用自用气计量调压橇来完成自用气的计量和调压，并将自用气计量调压橇内的数据传至PCS系统。
2 自控设计主要方法
天然气长输管道自控设计是指在接收工艺专业的设计委托后，按照委托内容进行自控专业的设计，并通过多个专业的相互协作完成各专业设计文件，自控设计的主要方法如下：
1）根据工艺专业提供的工艺流程图，和工艺专业讨论确定控制方案并完成ESD系统和FGS系统因果图，同时配合工艺专业完成管道仪表流程图（P&ID）；
2）根据完成的管道仪表流程图，按照相应的标准规范进行仪表及控制系统的选型设计并完成相应的设计文件（包括说明书、设备表、索引表、数据表和技术规格书等）；
3）根据站控系统的规模和设备规格确定控制室和机柜间的尺寸和设备布置，完成控制室及机柜间设备布置图；
4）完成计量系统（超声波流量计）和调压限流系统（调节阀）的计算并与厂家核对主要技术参数，最终确定设计选型；
5）根据其他相关专业的设计文件，完成仪表的配管、配线、供气、供电、伴热的设计文件（平面布置图、接线箱接线图、安装图和电缆表等）；
6）设计文件基本完成后，编写专业单体目录。
3 自控设计常见问题浅析
长输管道自控设计经过多年的实践和经验积累，已经逐步趋于标准化，存在的设计问题已日渐减少，特别是在中石化天然气分公司发布了《天然气长输管道标准化设计》后，统一了中石化在天然气长输管道的设计标准。但由于国标、行业标准规范对于有些方面的设计并未强制要求且存在多种选择，因此自控设计还是存在一些问题需要统一标准，下面以可燃气体报警系统的设计为例进行分析：
1）方法一：可燃气体探测器信号接入可燃气体报警控制器
输气站场：在可能引起天然气泄漏的检测点设置可燃气体探测器，检测天然气泄漏情况，信号远传至可燃气体报警控制器进行声光报警，同时将高高报警信号传至SIS系统进行报警，并与站场内关断阀进行联动控制，以保证站内人身、设备和生产过程的安全。
阀室：在阀组区设置可燃气体探测器，信号远传至设备间可燃气体报警控制器进行声光报警，并将报警信号接入RTU系统。
2）方法二：可燃气体探测器信号接入控制系统
（1）输气站场：在工艺装置区等可能引起天然气泄漏处设置可燃气体探测器，检测气体泄漏情况并报警，信号远传至中控室设置的SIS系统，I/O卡件独立设置，确认可燃气体泄漏时联锁SIS系统执行相应的关断逻辑。
（2）阀室：在阀组区设置可燃气体探测器，信号远传至设备间RTU系统，I/O卡件独立设置。
3）设計方法对比
（1）根据SY 6503-2016《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全规范》第6.3.1条：根据站场（装置）的规模和特点，指示报警设备可按下列方式设置：
a）应优先接入安全仪表系统；
b）可采用专用的指示报警仪表；
c）可接入基本过程控制系统，单I/O卡件应独立设置。
（2）根据SY/T 6966-2013《输油气管道工程安全仪表系统设计规范》第3.2.3：未设置消防控制系统的站场，火灾和可燃气体报警系统可与安全仪表系统合用。
结合以上2项规范综合考虑，天然气长输管道采用方法二，不但减少了可燃气体报警控制器，节约了投资，而且站场可燃气体高高报警信号要接入SIS系统参与相关联锁，减少了中间环节，提高了可靠性且相应逻辑也更容易实现。
4 结束语
随着天然气长输管道的建设和自控技术的发展，自控设计方法在满足标准规范的基础上也在不断推陈出新，设计方法趋于标准化，自控设备趋于橇装化，缩短了设计周期。
参考文献：
[1]孙洪程.过程控制工程设计[M].化学工业出版社，2009.
[2]陆德民.石油化工自动控制设计手册（第三版）[M].化学工业出版社，2011.
（作者单位：中石化中原石油工程设计有限公司）