基於節能的調壓站防凍智能控制系統及其控制方法
2023-05-03 23:50:41 1
基於節能的調壓站防凍智能控制系統及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於節能的調壓站防凍智能控制方法及其控制系統，所述的方法及系統利用加熱器對天然氣進行加熱，以防止天然氣在絕熱節流降壓過程中降溫而導致的凍堵現象，並防止設備發生故障，且通過採集管道內天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數，通過經驗公式，利用智能控制裝置計算分析露點溫度和耗熱量，並據此向加熱器控制裝置發送控制信號，優化了加熱器的運行，以達到高效節能、智能控制的目的。
【專利說明】基於節能的調壓站防凍智能控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於智能控制的【技術領域】，更具體的說本發明涉及一種基於節能的調壓站防凍智能控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]由於天然氣在絕熱節流降壓過程中會發生溫降，即焦耳?湯姆遜效應，若氣體降溫較大可能會發生凍堵現象，影響管網的正常運行，且還可能使調壓器及其他設備發生故障。採用加熱以提高天然氣溫度，是目前可行的有效防凍措施。但其耗能量也相當大，所以，如何節能是需要重點考慮的問題。除了採用高效的加熱器設備以外，優化運行也是減少能源浪費的重要措施。為了減少不必要的加熱，需要確定開始發生凍堵的工況點，即天然氣的露點溫度td，還要確定設備的耐低溫限值ts。另外，加熱器的加熱量也是可調的，要根據天然氣的流量確定。在控制設計中，雖然天然氣的露點溫度td可以利用確定的數學公式根據天然氣成分、壓力及含溼量計算得到，但由於考慮的因素眾多，計算過程極其複雜；導致控制策略不能實時更新，難以取得節約能源的效果，而且由於反饋控制不及時，現有技術中的系統並不能完全避免凍堵現象，存在故障隱患。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明的目的在於提供一種基於節能的調壓站防凍智能控制系統及其控制方法。本發明基於人工智慧模糊控制的理念，通過監測天然氣特性參數，並基於經驗公式的計算結果來控制加熱器的運行以及流量控制，以達到高效節能、智能控制的目的。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供了以下技術方案:
[0005]一種基於節能的調壓站防凍智能控制方法，天然氣在絕熱節流降壓過程中，採用加熱器對所述降壓的天然氣進行加熱，以將其溫度加熱至所述天然氣的露點溫度td以上以及設備低溫極限溫度ts以上，其特徵在於:利用數據採集裝置採集天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數，然後利用智能控制裝置計算分析露點溫度td，如果天然氣溫度tg低於露點溫度td或設備低溫極限溫度ts，則向所述加熱器發送開啟指令開啟所述加熱器。
[0006]其中，所述智能控制裝置每間隔一定時間，計算分析露點溫度td，且天然氣溫度tg> td+5°C且tg > ts+5°C時，則向加熱器發送關閉指令。
[0007]其中，所述智能控制裝置，通過以下經驗公式計算露點td，
[0008]其中，所述智能控制裝置根據接收的溫度和流量參數計算耗熱量，並依據耗熱量向所述加熱器發送功率調節指令。
[0009]本發明的第二方面，還涉及一種基於節能的調壓站防凍智能控制系統。
[0010]所述智能控制系統:包括用於調節輸送天然氣管道中天然氣壓力的調壓器，以及用於給降壓後管道內的天然氣加熱的加熱器，其特徵在於:所述智能控制系統還包括:智能控制裝置、數據採集裝置、加熱器控制裝置和遠程控制計算機；所述數據採集裝置、加熱器控制裝置和遠程控制計算機均與智能控制裝置連接；所述數據採集裝置包括溫度變送器、壓力變送器、組分變送器和流量變送器，分別用於採集管道內天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數；所述加熱器控制裝置包括開關裝置和功率調節器；所述智能控制裝置包括數據接收處理模塊、解析控制模塊、算法模塊、邏輯控制輸出模塊、調節控制輸出模塊和饋送信號處理模塊；所述解析控制模塊分別與數據接收處理模塊、算法模塊和饋送信號處理模塊連接，所述算法模塊還分別與邏輯控制輸出模塊和調節控制輸出模塊連接；所述數據接收處理模塊與數據採集裝置連接，用以實時處理數據採集裝置採集的數據信息並發送給解析控制模塊；所述饋送信號處理模塊與加熱器控制裝置連接，用於實時採集加熱器的功率和開關量信號並發送給所述解析控制模塊，所述解析控制模塊與遠程控制計算機連接，用以接收數據和控制信號，並根據控制信號向算法模塊發送工作指令並轉發接收的數據信息，所述算法模塊根據數據信息進行數據處理，並通過邏輯控制輸出模塊和調節控制輸出模塊向加熱器控制裝置發送操作指令。
[0011] 其中，所述算法模塊根據接收的溫度、壓力和組分參數，利用經驗公式計算露點溫度td ;如果天然氣溫度tg低於露點溫度td或設備低溫極限溫度ts，則通過邏輯控制輸出模塊向加熱器控制裝置發送開啟指令。
[0012]其中，所述遠程計算機每隔一定時間向解析控制模塊發送控制信號，並根據控制信號向算法模塊發送工作指令並轉發接收的數據信息，所述算法模塊根據接收的溫度、壓力和組分參數，利用經驗公式計算露點溫度td ;如果天然氣溫度tg >、+51:且tg > ts+5°C時，則通過邏輯控制輸出模塊向加熱器控制裝置(30)發送關閉指令。
[0013]其中，所述遠程計算機每隔30s至120s向解析控制模塊發送控制信號。
[0014]其中，所述算法模塊根據接收的溫度和流量參數計算耗熱量，並依據耗熱量通過調節控制輸出模塊向加熱器控制裝置發送功率調節指令。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0016]本發明的控制系統，利用加熱器對天然氣進行加熱，以防止天然氣在絕熱節流降壓過程中降溫而導致的凍堵現象並防止設備發生故障，並通過採集管道內天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數，通過經驗公式利用智能控制裝置計算分析露點溫度和耗熱量，並據此向加熱器控制裝置發送控制信號，優化了加熱器的運行，以達到高效節能、智能控制的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明所述基於節能的調壓站防凍智能控制方法的流程圖。
[0018]圖2為本發明所述基於節能的調壓站防凍智能控制系統的簡要框圖。
[0019]圖3為本發明所述基於節能的調壓站防凍智能控制系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合具體實施例和附圖對本發明的技術方案做進一步的闡述，但本發明的實施方式不限於此。
[0021]實施例1
[0022]由於天然氣在絕熱節流降壓過程中會發生溫降，即焦耳?湯姆遜效應，若氣體降溫較大可能會發生凍堵現象，因而需要利用加熱器對所述降壓後的天然氣進行加熱處理；而本實施例正是基於該加熱器提供了一種對所述加熱器的控制策略。所述的策略基於節能的調壓站防凍智能控制方法來實現，如圖1的流程圖所示，天然氣在絕熱節流降壓過程中，採用加熱器對所述降壓的天然氣進行加熱，以將其溫度加熱至所述天然氣的露點溫度td以上以及設備低溫極限溫度ts以上，並利用數據採集裝置採集天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數，然後利用智能控制裝置計算分析露點溫度td，如果天然氣溫度tg低於露點溫度td或設備低溫極限溫度ts，則向所述加熱器發送開啟指令開啟所述加熱器；而且所述智能控制裝置每間隔一定時間(例如30-120的間隔，該間隔可以通過遠程控制計算機設置或調整)，計算分析露點溫度td，且天然氣溫度tg > td+5°C且tg > ts+5°C時，則向加熱器發送關閉指令。而且，所述智能控制裝置，通過以下經驗公式計算露點td，在調壓器出口壓力確定的情況下，td = AM，其中A是與天然氣組分相關的係數，M是天然氣的含水量。另外，所述智能控制裝置根據接收的溫度和流量參數計算耗熱量，並依據耗熱量向所述加熱器發送功率調節指令。
[0023]而上述控制方法，可以通過如圖2-3所示的智能控制系統來實現，所述控制系統包括輸送天然氣的管道、用於調節所述天然氣壓力的調壓器，以及用於給降壓後管道內的天然氣加熱的加熱器，其特徵在於:所述智能控制系統還包括:智能控制裝置10、數據採集裝置20、加熱器控制裝置30和遠程控制計算機40 ;所述數據採集裝置20、加熱器控制裝置30和遠程控制計算機40均與智能控制裝置10連接；所述數據採集裝置20包括溫度變送器21、壓力變送器22、組分變送器23和流量變送器24，分別用於採集管道內天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數；所述加熱器控制裝置30包括開關裝置31和功率調節器32 ;所述智能控制裝置10包括數據接收處理模塊11、解析控制模塊12、算法模塊13、邏輯控制輸出模塊14、調節控制輸出模塊15和饋送信號處理模塊16 ;所述解析控制模塊12分別與數據接收處理模塊11、算法模塊13和饋送信號處理模塊16連接，所述算法模塊13還分別與邏輯控制輸出模塊14和調節控制輸出模塊15連接；所述數據接收處理模塊11與數據採集裝置20連接，用以實時處理數據採集裝置20採集的數據信息並發送給解析控制模塊12 ;所述饋送信號處理模塊16與加熱器控制裝置30連接，用於實時採集加熱器的功率和開關量信號並發送給所述解析控制模塊12，所述解析控制模塊12與遠程控制計算機40連接，用以接收數據和控制信號，並根據控制信號向算法模塊13發送工作指令並轉發接收的數據信息，所述算法模塊13根據數據信息進行數據處理，並通過邏輯控制輸出模塊14和調節控制輸出模塊15向加熱器控制裝置(30)發送操作指令。其中，所述遠程計算機每隔一定時間向解析控制模塊發送控制信號，並根據控制信號向算法模塊13發送工作指令並轉發接收的數據信息，所述算法模塊13根據接收的溫度、壓力和組分參數，利用經驗公式計算露點溫度td ；如果天然氣溫度tg低於露點溫度td或設備低溫極限溫度ts，則通過邏輯控制輸出模塊14向加熱器控制裝置30的開關裝置31發送開啟指令；如果天然氣溫度tg > td+5°C且tg >ts+5°C時，則通過邏輯控制輸出模塊14向加熱器控制裝置30發送關閉指令。並且，所述算法模塊通過預設的以下經驗公式計算露點td:在調壓器出口壓力確定的情況下，td = AM，其中A是與天然氣組分相關的係數，M是天然氣的含水量。另外，所述算法模塊13根據接收的溫度和流量參數計算耗熱量，並依據耗熱量通過調節控制輸出模塊15向加熱器控制裝置30的功率調節器32發送功率調節指令。在本發明中所述的加熱器可以是電加熱器、燃氣加熱器或其他熱源加熱器。
[0024]雖然本發明已經通過實施例對本發明的技術方案進行了詳細闡述，但本領域的普通技術人員應當理解可以在不脫離本發明公開的範圍以內，可以採用等同替換或等效變換形式來實施本發明。因此，本發明的保護範圍並不限於【具體實施方式】部分的具體實施例，只要沒有脫離發明實質的實施方式，均應理解為落在了本發明要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於節能的調壓站防凍智能控制方法，天然氣在絕熱節流降壓過程中，採用加熱器對所述降壓的天然氣進行加熱，以將其溫度加熱至所述天然氣的露點溫度td以上以及設備低溫極限溫度ts以上，其特徵在於:利用數據採集裝置採集天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數，然後利用智能控制裝置計算分析露點溫度td，如果天然氣溫度tg低於露點溫度td或設備低溫極限溫度ts，則向所述加熱器發送開啟指令開啟所述加熱器。
2.根據權利要求1所述的基於節能的調壓站防凍智能控制方法，其特徵在於:所述智能控制裝置每間隔一定時間，計算分析露點溫度td，且天然氣溫度tg >、+51:且tg >ts+5 °C時，則向加熱器發送關閉指令。
3.根據權利要求1或2所述的基於節能的調壓站防凍智能控制方法，其特徵在於:所述智能控制裝置，通過以下經驗公式計算露點td:在調壓器出口壓力確定的情況下，td =AM，其中A是與天然氣組分相關的係數，M是天然氣的含水量。
4.根據權利要求1或2所述的基於節能的調壓站防凍智能控制方法，其特徵在於:所述智能控制裝置根據接收的溫度和流量參數計算耗熱量，並依據耗熱量向所述加熱器發送功率調節指令。
5.一種基於節能的調壓站防凍智能控制系統，包括用於調節輸送天然氣管道中天然氣壓力的調壓器，以及用於給降壓後管道內的天然氣加熱的加熱器，其特徵在於:所述智能控制系統還包括:智能控制裝置(10)、數據採集裝置(20)、加熱器控制裝置(30)和遠程控制計算機(40);所述數據採集裝置(20)、加熱器控制裝置(30)和遠程控制計算機(40)均與智能控制裝置(10)連接；所述數據採集裝置(20)包括溫度變送器(21)、壓力變送器(22)、組分變送器(23)和流量變送器(24)，分別用於採集管道內天然氣的溫度、壓力、組分和流量參數；所述加熱器控制裝置(30)包括開關裝置(31)和功率調節器(32);所述智能控制裝置(10)包括數據接收處理模塊(11)、解析控制模塊(12)、算法模塊(13)、邏輯控制輸出模塊(14)、調節控制輸出模塊(15)和饋送信號處理模塊(16);所述解析控制模塊(12)分別與數據接收處理模塊(11)、算法模塊(13)和饋送信號處理模塊(16)連接，所述算法模塊(13)還分別與邏輯控制輸出模塊(14)和調節控制輸出模塊(15)連接；所述數據接收處理模塊(11)與數據採集裝置(20)連接，用以實時處理數據採集裝置(20)採集的數據信息並發送給解析控制模塊(12);所述饋送信號處理模塊(16)與加熱器控制裝置(30)連接，用於實時採集加熱器的功率和開關量信號並發送給所述解析控制模塊(12)，所述解析控制模塊(12)與遠程控制計算機(40)連接，用以接收數據和控制信號，並根據控制信號向算法模塊(13)發送工作指令並轉發接收的數據信息，所述算法模塊(13)根據數據信息進行數據處理，並通過邏輯控制輸出模塊(14)和調節控制輸出模塊(15)向加熱器控制裝置(30)發送操作指令。
6.根據權利要求5所述的節能的調壓站防凍智能控制系統，其特徵在於:所述算法模塊(13)根據接收的溫度、壓力和組分參數，利用經驗公式計算露點溫度td;如果天然氣溫度％低於露點溫度td或設備低溫極限溫度ts，則通過邏輯控制輸出模塊(14)向加熱器控制裝置(30)發送開啟指令。
7.根據權利要求5所述的節能的調壓站防凍智能控制系統，其特徵在於:所述遠程計算機每隔一定時間向解析控制模塊發送控制信號，並根據控制信號向算法模塊(13)發送工作指令並轉發接收的數據信息，所述算法模塊(13)根據接收的溫度、壓力和組分參數，利用經驗公式計算露點溫度td ;如果天然氣溫度tg > td+5°C 且tg > ts+5°C時，則通過邏輯控制輸出模塊(14)向加熱器控制裝置(30)發送關閉指令。
8.根據權利要求6或7所述的節能的調壓站防凍智能控制系統，其特徵在於:所述算法模塊通過預設的以下經驗公式計算露點td:在調壓器出口壓力確定的情況下，td = AM，其中A是與天然氣組分相關的係數，M是天然氣的含水量。
9.根據權利要求8所述的節能的調壓站防凍智能控制系統，其特徵在於:所述遠程計算機每隔30s至120s向解析控制模塊發送控制信號。
10.根據權利要求8所述的節能的調壓站防凍智能控制系統，其特徵在於:所述算法模塊(13)根據接收的溫度和流量參數計算耗熱量，並依據耗熱量通過調節控制輸出模塊(15)向加熱器控制裝置(30)發送功率調節指令。
【文檔編號】G05B15/02GK103576557SQ201310483328
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年10月16日
【發明者】高順利, 曹育軍, 劉蓉, 劉燕, 李清, 焦建瑛, 吳波, 杜學平, 孫莉莉 申請人:北京市燃氣集團有限責任公司, 北京建築大學