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APROLDCS系统在天然气贮存控制系统中的应用

项目背景
贯穿于整个奥地利有一条看不见的运输网络体系,在直径1米的管道中,地下气的输送速度达30 km/h。根据市场需求状况,必须要有充足的天然气储备,而且这个储备量必须每天计算更新。在奥地利总共有4个大型储备区分布在上奥地利的Thann供应上奥地利及附近,另外两个在下奥地利供应维也纳和周边地区,还有一个由RAG管理位于上奥地利的存储区。

这些位于地面以下很深的存贮区原先本身都是气田,气源使用枯竭后对其加以利用,通常只有地表土壤的性质为多孔渗水(沙岩)性质,才能保持流水,起存贮作用,据此,必须要对底部区域进行压力控制,这就需要在地下500至1500米深的存贮区保留一个气层储备,这相当于一个最小储备,保证在一定压力下不会坦塌,在这点上,就要注意与存贮站的自动操作有关的一些相当敏感的数据。

每年,奥地利有三分之一的天然气消耗由这四个存贮站提供,在冬天天然气使用高峰期间,每天的消耗量能达到3700万立方米,而奥地利每天的平均产量只有2百万立方米。冬季每天消耗量的波动和高于平时七倍的消耗量就需要把夏季剩余的天然气存贮起来供冬季使用,Thann的存贮容量为2亿5千万立方米.

当天然气消耗量不是很大的时候,在三个涡轮的作用下,气体以60bar(相当于870PSI)的气压置于17个贮藏井中,贮藏井通过一个分布式的网络与负责分离、加温、脱水、压缩四个主要步骤的站相连,每个区域都可通过设备维护区的贝加莱控制系统来控制操作,在设备维护区,平面显示屏显示整个系统状况,给维护管理员一个直观的界面,同时,对进入过程控制系统的权限进行管理。由控制器和I/O通道等组成的控制系统放置在相邻房间。

过程
第一步,气体首先进入一个分离器,滤掉所有的固体物质和液态副产物,然后,气体进入另一个过滤器,在这里,进一步筛掉无用的杂质,这是气体进行脱水前的必须过程,在脱水过程中去掉水蒸气,保证天然气露点达到摄氏-8度,40bar(相当于580PSI),这个过程在一个装备了密封乙二醇脱水系统工作站中完成。

过程中的下一步显得极其重要,因为它对控制系统的精度要求是最高的,压力和流量控制是决定Kronstorf的气体怎样输送出去的关键因素,压力决定了输送出去的气体是否达到了45 bar(653PSI),所以,如果存贮气体在加热步骤后只有很小的压力,三个太阳能涡轮(2个 1 MW,1个 4 MW,气动)将会提供更大压力,相应地,会出现四种不同的情况:有压或无压气体抽取,有压或无压气体存贮。

这听起来很简单,但实际上投入是相当大的,这就是为什么奥地利贝加莱(贝加莱)公司销售经理Hermann Obermair称此为APROL过程控制系统重要优势之一的原因,控制一套贮存设备的决定性因素就是控制器,在我们的系统中,使用所谓的可压缩公式,在计算机中每50毫秒给出一个精确的流量值。实际存在的问题是,用来测量气体质量的外部校准设备只能用于后来的计算和数据采集功能,而不能用于一般的系统控制,这样,计算的周期就会变长,而且只能在2秒后提供一个实际值,对公式的有效转换可以提升流量测量的质量。

APROL过程控制系统专为全自动无人操作设计,甚至还能完成应用软件中执行标准功能块的任务定义。贝加莱工程师用了二年的时间,通过与客户的紧密合作,开发了这个系统,现在,在OMV内部,已经自行制定了一个标准,这样,对于每个气体存贮任务,都能透明有效地使用软件库了,这同时也保证了标准软件也能应用于将来的项目应用。在安全方面,比如注册,系统管理(远程维护,调配,等)等功能,也已经达到了相应的安全标准。

存贮井根据实际需要自动启动、开启、关闭。OMV的储存设备工程师凭借自身的知识经验顺应最新的技术发展潮流对系统进行优化。此外,供气网络精确的供应计划也追求最高精确度。在远程存储井上配备了紧凑型控制器,用来收集现场数据并控制水力。这些通过位于50米深的具有失效-安全技术的额外安全阀得到改进,总之,在Thann存储站,控制系统一共要处理200多个模拟量和600个左右的二进制信息。在维也纳Florido Tower的外设管理中心, Thann存储站终身职员,包括三个员工和一个系统经理,通过OMV内部数据网络通讯系统与总管理中心相连,遇到有异常故障发生的时候,就有一支队伍随时待命。

贝加莱的过程控制系统
整个系统组成包括贝加莱 APROL过程控制系统带冗余服务器,一个独立的工程服务器(同样也是一个贝加莱的IPC)和两个贝加莱APC680操作站。两个贝加莱 2010控制系统,一种特殊的控制器,两个耦合系统和五个2005子站, 所有这些组成这个自动化项目,另外,在每个3公里以外的子站都安装有Panelware面板,用于现场诊断和输入。

系统本身采用Ethernet TCP/IP通信方式。PLC和一些特殊子站的交叉通信采用了基于RS485和转发器技术的Profibus FMS协议。这保证了即使过程控制系统发生完全故障的时候,所有控制器功能都能处于工作状态,设备也是可以操作的。远程从站的编程和配置也通过位于设备主管理中心的工程站统一完成。在维护区安装有一个模拟的操作板,系统启停所用的一些重要功能都在这里完成。在软件方案中包含一个完整的石油天然气功能库,这个库能与三个太阳能压缩涡轮,卫星远程系统及四个温度压力仪器相通信。其它集成于OMV广域数据网络的特点还包括:
天然气井的通讯及远程维护。
无人操作天然气存贮的自动化应用软件。 服务器的冗余设备。
在复杂的系统中约100个过程图表帮助实现快速简便操作。
计算天然气流量的大容量记录功能。
根据AGA NX19高速控制的流量计算
在已有的OMV办公室中完成控制和远程维护工作。
由OMV开发的无数诊断图表和信息图表能够更加有效地回应各 种不同系统情况。
OMV国有天然气公司标准的本地/远程调度 - 对过程控制系统的 安全和明确的操作进行授权。
OMV 国有天然气公司的标准报警处理, 包括报警层次图像和快速选择。

APROL是一个基于Linux,通用灵活,从现场层到控制层采用统一系统平台的过程控制系统。不论在现场或是远程情况下,过程控制系统中各种各样性能组件能自由集成,并且直接用APROL编程工具CaeManager进行配置的特性,使得APROL成为一个真正通用的过程控制系统。系统在一个平台上完成所有的数据采集、处理和显示工作,这一点可以在Thann的项目更新时得到见证。集成的项 目管理中包括一个修订系统和一些自动文档,它们支持并简化系统 的认定和有效性确认过程。

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