中控技术为中俄东线天然气管道工程保驾护航

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中控技术为中俄东线天然气管道工程保驾护航作为世界规模第一的中俄东线天然气管道工程，自2015年6月开工，2017年12月13日全面建设以来，该项目取得了多项创新性成果，制定了多项技术标准和管理规范，在带动我国钢铁冶炼、制管、装备制造等基础工业的发展方面起到了积极推动作用，有力促进了国内气田、管道、储气库、天然气利用项目等上中下游产业链的协同发展。

目录

案例背景介绍

1 项目背景

3371公里长、1422毫米口径、21.4毫米、25.7毫米、30.8毫米壁厚、12兆帕压力等级、380亿立方米年输量、极端严寒的天气、极其复杂的地理环境、中俄两国不同建设标准……

浙江中控技术股份有限公司（以下简称“中控技术”）作为致力于面向以流程工业为主的工业企业提供以自动化控制系统为核心，涵盖工业软件、自动化仪表及运维服务的智能制造产品及解决方案供应商，有幸参与了此次重大项目。

在业主单位提出要实现国产天然气管道站控系统整体解决方案，形成国产站控系统、压缩机控制系统、压缩机保护系统、站控保护系统需求规格，并打造国内天然气管道压气站核心装置国产化示范应用的需求下，中控技术提供了多项核心控制系统产品。其中，CS-G5作为站控系统的主装置，实现盖州压气站远程一键启停及自动化运行；TCS-900实现核心压气站核心装置压缩机的一键启停机自动化运行与机组保护，以及压气站站控安全保护。同时中控技术也承担了多项任务，包括负责完成盖州压气站国产化硬件系统（PLC、SIS、CCS）的搭建；站场压缩机离线仿真模型和一键启停机仿真平台搭建；机柜生产、集成及出厂测试；协助工厂联合测试；机组负荷分配系统调试并协助沈鼓完成机组控制系统调试；完成现场调试阶段的技术保障。

其中，压缩机组作为长输天然气管道的核心设备，需要在站场无人干预的前提下，实现北京油气调控中心对压缩机组及配套空压机系统、压缩机厂房通风系统、变频电机外冷却系统、压缩机厂房火气系统、供配电系统和站内管路的集中监控功能，而油气集输和管网自动化控制具有流程复杂、易燃易爆等特点，对自动化控制系统也提出了很高的可靠性和安全性要求。中控技术的天然气管道压气站压缩机组控制方案，可以满足远程监控功能，在不需要站场人员介入的情况下，实现场站全系统远程一键开机。同时，配套提供的单机和多机负荷分配控制的技术方案，能够优化控制系统功效。

案例实施与应用情况

2 项目亮点

2.1 站场远程一键启停

盖州压气站于2018年底分别成功对两台压缩机组进行站控一键启机。11月27日20点38分北京油气调控中心一键启站，中心调度通过PCS系统对盖州站下发一键启站命令。21点38分、21点53分，1#、2#机组分别达到最低转速6484，命令执行完成。站场继而提高机组负荷，22点18分两台机组转速均提至8000，进入72小时试运行。整个过程，盖州站出站压力从5.6MPa升至8.3MPa。第一台机组启机时长1小时（冷机），两台机组启机时长共1小时15分钟。

一键启停站的控制逻辑是实现天然气长输管道压气站无人值守功能的重要基础，减少启停过程的人为因素，降低因人为主观错误判断和误操作等导致的风险，提高站启停过程的本质安全。除此之外，该功能将调度员由远程设备操作的模式中解放出来，把更多的精力投入监视到管网的整体运行参数中，减少操作工作量，提高工作效率。一键启停站功能的实现弥补了国内技术空白，追上了国际一流管道工程建设发展的脚步。它标志着由单体操作到模糊对象操作的智能化控制的飞跃，是实现无人站场的重要基础，也成为了智慧管道的必备条件之一。

2.2 压缩机负荷分配控制

在管道压缩机系统中，存在多机组串并联控制需求，需要有效、稳定的负荷分配控制算法，以满足多台压缩机在并联运行中实现负荷自动分配调整，通过压缩机性能特点和负荷特性，使效率高的机组多做功，使得多台并联机组自动调整负荷，从而达到整体高效运转。针对站场压缩机系统，中控技术提供了单机和多机组性能和负荷控制的调节方案，单机主要完成压缩机进出口压力调节，多机完成进出站压力和进出站流量调节。

（1）单台压缩机调节

压缩机单机性能控制根据压缩机进出口压力进行转速调节。由性能控制PIC到变频器转速调节输出，保证压缩机进出口压力始终稳定在一个工艺要求的数值上。在性能自动控制模式中，性能控制器检测到的压力实际值（PV）和输入的设定值（SP）自动进行PID计算，并将结果发送给变频调速器。

（2）多机负荷平衡控制

并联压缩机组的负荷分配控制过程分为两部分：负荷控制，即调节各台压缩机组的总负荷，满足站场进出口压力、流量满足设置要求；平衡控制，即在满足出口压力、流量的基础上，根据各台机组的能力进行平衡分配。这两部分控制进行叠加，将并联运行的压缩机组的运行点自动控制在与喘振控制线等距的位置上，使各机组的喘振控制器的偏差DEV相等。同时负荷分配控制由位于SCS中主性能控制器、每台机组UCS中的性能控制器、喘振控制器共同完成。

2.3 控制系统优化

压缩机组是压气站的核心装置，一旦压缩机有故障，整个生产装置将不得不停产。因此压缩机组控制对控制算法的有效性和硬件平台的可靠性、安全性提出了非常高的要求。由于压缩机控制转速高，工况变化快，具有大量的输入输出测点，大量中间变量的浮点运算和快速准确的系统响应，业内普遍面临能达到控制要求的系统不可靠，可靠的系统无法达到控制要求的问题。TCS-900作为SIL3等级的安全控制系统，具备压缩机组控制系统硬件平台的技术能力，配合沈鼓自控先进压缩机组控制算法，完美地解决压缩机控制行业这一关键问题。

本项目应用中，为获得更好的压缩机控制性能，中控技术采用50ms控制周期，硬点规模超500点，软点规模超2500点，控制器负荷小于50%，选用TCS-900系统SIL3等级的快速输入输出模拟量处理模块，启用输入输出回路线路故障诊断功能，并对关键信号的有效性进行判断，设计模拟量、开关量故障退守算法，实现关键信号安全采样的同时，保证压缩机运行的平稳和无扰。同时，采用变量有效范围检测等防御性编程方法，保证程序编程的正确性和健壮性。

其系统优化主要体现在

（1）原有压缩机两套控制系统ESD与UCP优化整合为一套压缩控制系统UCS，减少系统之间的往来信号点，既节约生产成本，同时也规避两个系统之间往来信号产生的故障点，提高了系统可靠性；

（2）原有单独工艺后空冷系统优化整合到UCP控制系统中，既节省了成本，又达到节能的目的。机组运行投入空冷风机控制，机组停止工艺后空冷风机随即停止，这样节省风机运行时间，减少能源浪费；

（3）原有压缩机时序启动控制逻辑等待时间进行优化，自动控制润滑油系统油温在启机之前一直处于热备状态。平时润滑油温加热到启机温度需要30分钟左右，通过自动控制温度便可为机组迅速启动节省了30分钟时间，使压缩机启动时间整体大幅度缩短；

（4）优化防喘振及负荷分配调节：自动负荷分配投入调节稳定，防喘振控制稳定。

长输天然气管线上的阀室均配有压气站，对途经的天然气进行加压处理。压气站压缩机组有电机驱动和燃机驱动，一般组合方式是并联。长期以来，尽管有部分站场实现了调控中心远程启停单台压缩机的功能，但压气站压缩机组的控制很大程度仍然依赖站场运行人员对压缩机组及辅助系统的控制及现场就地操作、确认。中控技术的天然气管道压气站压缩机组控制方案可对并联的压缩机组实现高效率的防喘振控制、性能控制、负荷平衡控制，使压缩机组实现上下游工况稳定可靠、节能增效、降低人为操作失误率的效果。