坦桑尼亚天然气管道工程调控中心SCADA系统软件的几点功能 4页

学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年8月第35卷第8期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2013Vo1．35No．8坦桑尼亚天然气管道工程调控中心SCADA系统软件的几点功能刘亮，岳碉(中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000)邹萱(中石化胜利石油管理局孤东采~,m／-，山东东营257237)[摘要]以坦桑尼亚天然气管道工程中应用SCADA系统对管道进行监控为例，从实时水力模拟器、培训模拟器、优化器等几个方面对SCADA系统软件的功能进行了详细的介绍，并介绍了管线的管理界面，为相同工程中该软件的应用提供参考。[关键词]SCADA系统；水力模拟；管线效率；压缩机优化器[中图分类号]TE978[文献标志码]A[文章编号]1000坦桑尼亚天然气管道工程在DaresSaalam设置调度控制中心(以下简称“调控中心”)，应用SCA—DA(数据采集与监视控制)系统对沿线管道监控以及对SongoSonga和Mtwara两处气田处理厂的运行情况进行监视。由于长输管道部分Somanga联络站以及SongoSonga，Mtwara和Tegeta三处清管站为无操作员职守站场，需要操作人员在调控中心对无人值守站场以及沿线远控阀室进行操作控制。同时，调控中心应该考虑将来项目扩容，以及在Somanga联络站将来增加压缩机组的监控要求和数据优化方法。1中心软件管理概述调控中心在实时模式下，通过SCADA(数据采集与监视控制)系统获得现场仪表数值驱动模拟器，产生能表示总流量与压力分配、目前设备运行状况的计算。在离线模式下，通过预计的供应、需求流量与设备状况的时间序列驱动模拟器或通过交互式设备运行与设定值修改驱动模拟器。当系统运行稳定，通过解决数值分析连续性、动量与能量方程而引发运行异常的情况时，此模拟器能够准确预测出压力、温度与流量分布。这意味着软件能够监控稳定瞬态状况、温度变化、产品性质以及流态变化。2实时水力模拟器实时水力模拟器仅仅是一个安装在一定环境下的模拟器，在此环境下能够通过管线测量数据对其进行实时更新。此模拟器能够计算出详细的管线水力状况的表征，储存管线的详细流量、压力、温度与天然气性质变化。当天然气组分进入管线，并且沿着管线长度跟踪其变化时，天然气组分被用于测定天然气性质。由模拟器计算出的工况可以被其他应用软件所使用，比如检漏、效率计算、跟踪功能等。通过更新管线与任何中间位置上的边界测量来驱动实时水力模拟器。模拟器在循环更新的基础上接收仪表的更新，并计算流量、压力、温度与天然气性质数值的变化。接着，这些数值计算可用于诸如检漏的实时应用中。所有实时应用的准确度遗迹系统性能完全依靠实时模拟器结果的准确度，模拟器结果主要受以下情况的影响：①准确、可重复性的使用仪表；②能够模拟所有操作工况的模拟器；③可快速更新的、[收稿日期]2013—06—21[作者简介]刘亮(1980一)，男，2003年南京理工大学毕业，工程师，现主要从事国内外石油天然气管道工程控制系统设计及工程项目设计管理工作。-\n学兔兔www.xuetutu.com油气管道工程2o13年8月高效可靠的遥测系统。2．1组分跟踪组分跟踪为水力模拟器的一部分。如果来自一个或多个来源的组分多变或与其他来源(天然气会在管线接口混合)不同，那么需要使用组分跟踪功能。可以沿着管线方向跟踪组分变化，且组分变化会在管线接口处混为一体。如果一个来源拥有不同组分，那么通常会通过色谱仪通知模拟器在气体组分的变化。接着，沿管线跟踪气体组分。坦桑尼亚项目现阶段设计为两处气田处理厂供气，经Dar市向两处用户进行分输。根据业主规划，将来还会增加天然气注入点和下气分数点。为便于分析不同组分气源的传输和混气以及在不同传送点的气质，以及用于计量系统的输入，此部分功能显得很重要。2．2清管器跟踪清管器跟踪模块不断跟踪已经插入管段的清管进程。接着，它将在产品流速与清管器特性的基础上，计算出到达管段上任何预先界定位置的预期时间。当清管在达到下游清管器接收者的0．5h(或者其他可组态时间)内，向操作员发出警报，因此能够将操作员使用的时间最小化，有助于减少产品泄漏。清管器跟踪模块能准确告之清管的发送与接收时间，以便保持精确跟踪。为了提高后期清管器运行水平，将选用调整模块，评估到达时间的差异。对于可以沿着管线同时进行跟踪的清管器数量以及自动模式下完全操作的模块数量是没有限制的，如果清管器信号可用的话，操作员要求的唯一输入是清管器信号提供的发送时间与接收时间。如果中间清管器信号是可用的，那么可以更新并调整清管器位置，以保证在随后的清管器段内准确度的提高。2．3管线效率管线效率功能监控产品输送的效率，而产品输送的效率受管线状况、天然气泄漏与管线内沉积物质的影响。能够以管线摩擦系数来不断计算效率因素，其以管线输送量与各管段压力降为基础。如果效率因素下降且低于阈值水平，则将会发出警报，表示此时应将清管器放人相关管段内。2．4工艺预测功能集成的系统能提供完整的预测功能，并且此预报功能与气体交易系统联系甚密。在持续不断的基础上，实时模拟器计算出管线、管线区域或整个管道的管存量与管充。可以按照质量、标准体积或能量来测定管存量，而且操作员可以使用相关信息。此类数据可以使操作员了解整个管线管道内的管存分布。工艺预测功能是一种离线功能，组态的模拟器能够准确反映出管线分布与特征，以便用户能够模拟所有类型的系统操作。模拟器将具有下列信息，以便其能密切反映出管线与其他中间压缩机站(本工程一期仅在Somanga联络站预留压缩机接口及安装位置)的运行行为：①场地分布与设备位置；②管线迫降曲线描述与特征i③所有设备特征i④控制器与逻辑特征；⑤流体性质；⑥流量／压力与温度。此模拟器具有以下性能：①模拟所有系统操作，影响管线的水力反应；②用于稳态与复杂的假设分析；③模拟场站、管线与控制逻辑，包括PID控制器在内i④具有图形组态与直观图形输出功能；⑤提供容易定义的位置或程序的所有数据趋势与迫降曲线分布；⑥确定设备型号，调整控制参数；⑦被当作模拟进展进行交互操作(打开／关闭阀门、起动／关停压缩机、更改设定点、改变PID特征等)，或者通过场景／脚本编辑器的预定义行为控制模拟而起动模拟器。如果有必要的话，可使用时间序列来定义临界流量／压力的变化。可以开始、暂停或者重新开始模拟与在线环境中有无缝连接，它可以将实时状态用做初始状态。工艺预测的输出结果是关于用户考虑到的各方面的完整报告，包括流量、压力、温度、气体组分、管存、能源、设备运行特征等。它还包括完整的警报与时间报告，以及一个包络，能够显示系统任何位置上产生的最大、最小压力。3培训模拟器(离线模拟)培训模拟器可用于培训操作员处理各种能在实际管线情况下碰到的常见与罕见事件。培训模拟器有\n学兔兔www.xuetutu.com第35卷第8期刘亮等：坦桑尼亚天然气管道工程调控中心SCADA系统软件的几点功能助于提高操作员的操作经验，如果采用其他方法，有可能需要数月或数年才能具有这些经验。培训操作员处理危险事件，甚至学会预防此类事件发生。以下为培训模拟器具有的功能的例子：①迅速提高操作员处理日常管线操作的经验；②学会在设计限制内安全、有效地进行操作；③培训操作员识别并处理危险管线操作，包括处理管线泄漏事件的能力；④阐释误操作的影响，学会查找故障；⑤优化管线系统性能，提高输送效率；⑥说明并验证起动与关停程序；⑦训练清管器跟踪操作。这些典型的要求可包括在综合培训计划内，各操作员都拥有适合自己工作情况的培训准则，包括：①可测量的培训目标定义；②对学员的表现评定；③表现与过程的调查跟踪。培训模拟器将准确采用与实时模拟器相同的模拟器与预报器模拟器，但增加了教师与学员使用界面。教师环境包括培训模拟器控制与下列设备：1)创建培训场景。随着其自身升级，这些为教师设定的、模拟器读取的命令脚本，能够在教师预定义的时间内自动执行此类命令。2)负荷培训模拟开始的不同初始状态。培训模拟器能从实际运行管线管理开始，这要求通信线路能与在线SCADA系统相联，使得能培训情景可以从管线目前状况开始。3)保存、归档与恢复。任何命令脚本与初始状态均能够从资料文库内保存并检索，也能轻易重放培训场景。在培训模拟期间的任何地点，其现状可以保存在资料文库内，也能够被其他培训场景所使用。4)维护。维护学员发出的命令序时日志与引发的系统事件，可用于详细的培训后分析。5)控制模拟。有必要时，可以加速模拟器，以便迅速达到指定培训事件。6)学员评定模拟期间的记录统计信息与其他记录信息。7)生成培训报告。学员环境是一个复制的SCADA前端，与真正的SCADA显类似。而且，可以通过对SCADA本身复制来驱动学员环境。无论是使用复制的SCADA前端还是对SCADA本身复制，可用于控制管线的完全相同的命令将发送至水力模拟器，水力模拟器对这些命令作反应，作出测量反应，就好像从真正的管线中获得反应一样。‘教师设定场景并开始模拟，学员给予回应。接着，通过复制的scADA前端，学员直接与模拟器互动，好象控制真正的管线一样。学员环境可能还包括管线模拟器的附加输出结果，比如流量与压力的分布情况。是否显示此类附加信息，取决于培训期的目标。．4优化器压缩机优化器是一款配有先进、高速水力解决方案的专有软件，它能迅速计算出运行时可能出现的所有水力状况，包括流量、压力与温度分布。考虑到各个不同场景，优化器能够通过分析设备运行成本与其他额外成本来测定所有操作成本。成本费用计算包括以下几点：①压缩机自耗气成本；②压缩机电力成本；③其他运行成本。优化器的输出结果可自动分为不同的操作建议表，比如哪个压缩机是打开／关闭状态，建议的运行速度，哪个阀门是打开／关闭，哪些可用于所有控制方案的设定值等等。对于各种排列选项，可以显示不同的结果分类，比如：燃料使用量与总电量。优化器还能够自动考虑到对现有操作做出最少改变的操作情景。以列表结果报告数据，也可以显示出各操作选择数据的图形显示。可以通过消息系统将优化器与实时系统相连接，以便优化当前运行状况。这使得优化器能够使用真正的(调整的)管线状况，而不是设计数据。或者，使用用户数据将优化器初始化，以便准备并优化未来所需条件。优化器本身能够显著地降低压缩机运行成本。然而，在优化器稳态输出的基础上改变运行条件却是一种危险的做法。改变运行条件将会改变产生的瞬态压力。因此，用户可用选择自动检查提议的优化场\n学兔兔www.xuetutu.com油气管道工程2013年8月景是否压力过大。这将使用优化器连带的预报功能，可以使模型在优化器、实时模拟器与工艺预测模拟器问自由转移。5管线管理界面可以通过图形用户界面对所有系统数据进行组态。绘制管线与系统上的所有设备的图形，通过专用属性页输入设备各个组件参数。接着，在数据库内保存所有组态数据，这些数据是Microsoft访问的标准，却适用于大多数数据库。通过运行时浏览器屏幕显示所有运行时数据，将现代技术的时代感与传统的窗口外观与感觉相结合。它是一款结合窗口、图形平移与缩放、旋转、聚焦变化、动态更新、趋势、剖析等功能在一起的强大的图形功能。6结语以上讨论的SCADA系统调控中心软件模块功能在其他天然气管道工程项目中已经广泛应用，但针对该工程需要重点关注天然气多入口多出口的工况，以及将来工程扩容后将会增加更多的天然气注气口以及下气点。在该阶段同时需要设计考虑到将来规模增加后的不同气质组分跟踪、压缩机监控功能以及根据实际要求进行的系统软件优化。[编辑]宋换新(上接第337页)2)施工中的剩余泥浆和泥浆除砂处理后的泥浆残物用泥浆泵抽至泥浆罐车中，拉运至当地环保部门制定的废料填埋场，进行处理。残余的极少量泥土混合物就地深埋，深度不少于2m。3)施工过程产生的废弃物随时清理回收，做到工完、料净、场地清。6．2防雨水冲刷措施1)为了保证在斜井进出口位置不会因雨季造成汇水面，影响穿越过程中的施工安全，对于可能产生有汇水的斜井穿越位置的进出口四周修筑隔离堤坝，保证汇水不能进入斜井内。对于雨季施工，在人口处必须设置防雨棚，在出口位置(冲沟底部)可能发生冲刷的迎水面，必须设置截水坝，并将进出口四周进行堤坝隔离。2)如果雨季汛期，无法保证雨水不进入斜井内的情况下，可等汛期过后再行施工。7结语在兰一郑一长成品油输油管道建设施工中，中国石油天然气管道局第一工程分公司利用斜井定向钻工艺成功地功克了在地势陡峭的黄土塬上进行管道施工的难题，取得较好的效果。[编辑]宋换新