天然气集输监控系统设计

摘 要：设计选用力控组态软件进行天然气集输系统的设计，系统由井口组态、集气站组态、历史报表组态、实时趋势组态、报警和事件组态、使用说明组态等组成。实现了对天然气集输过程的自动监控。本系统的功能有：实时监控集输过程；查看生产现场的实时数据及流程画面；大画面漫游，任意浏览各个画面；随时查看各个装置的实时趋势；在需要时人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；及时得到并处理各种生产报警和系统报警；可以手动或自动打印输出生产报表；与集输管理部门和总公司监控中心的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。另外系统还具有强大的功能可拓展性，可满足不同用户要求。

关键词：力控 天然气 集输控制 集气站组态

天然气集输的工艺流程较为复杂，变量多且相互间的关系密切，为了满足集气系统设计和控制等方面的要求，实现现场实时在线检测装置和仪表计量的运行状况，本文提出了用力控组态软件来监控天然气集输过程，应用系统仿真技术来分析研究集输系统的方法。

力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，人机界面（HMI）系统是高水平自动化控制系统的重要组成部分，是实现系统各项功能的主要接口，是系统操作人员面向控制现场的窗口。用户可以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统。与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的。

一、天然气集输工艺过程的方案设计

天然气集输系统是指天然气矿场集输管网、气体的净化与加工装置、输气干线、输气支线以及各种用途的站场组成，管线中天然气的流动满足反映质量、动量和能量守恒定律的基本方程。本设计共模拟了四个气井，天然气经井口装置的分离之后进入常温分离集气站。

常温分离多井集气站流程。常温分离多井集气站一般有两种类型，如图1和图2所示。两种流程的不同点在于前者的分离设备是三相分离器，后者的分离设备是气液分离器。两者的适用条件不同。前者适用于天然气中油和水含量均较高的气田，后者适用于天然气中只有较多的水或较多的液烃的气田。

图1为井的常温分离多井集气站。多井集气站的井数取决于气田井网布置得密度，一般采气管线的长度不超过5km，井数不受限制。以集气站为中心，5km为半径的面积内，所有气井的天然气处理均可集于集气站内。

二、天然气集输系统设计

1.人机界面（HMI）系统

天然气集输监控系统利用数据采集设备及智能化仪表将现场多个控制点的数据采集进计算机，通过计算机的实时处理，实现了对集输过程的实时监控。在很大程度上提高了天然气集输过程的自动化程度及工作效率。

运行系统之后，进入的第一个界面就是主界面，力控设计的组态主界面如图3所示。主界面可以方便的进入任何一个监控界面，查看报表、报警记录等等，通过它用户可以方便地直接调阅人机界面系统中的所有资源。

2.井口组态界面

井口组态界面动态显示了天然气在井场的处理过程，天然气自井中采出经针形阀节流降压、水套加热炉加热，再经二级节流降压后进入分离器，在分离器中分离游离水、凝析油和机械杂质，气体通过计量后进入集气干线。从分离器分出的液体经计量、油水分离后，水可回注入地层，液烃输至炼油厂处理。井口界面如图2所示。

3.矿场常温集气站组态

常温分离集气站的功能是收集气井的天然气，对收集的天然气在站内进行气液分离处理；对处理后的天然气进行压力控制，使之满足集气管线输压要求。

3.1 常温分离集气站界面

多井常温分离集气站的力控组态设计画面如图3所示，该画面共模拟了四个气井，天然气经井口装置的分离之后进入常温分离集气站。该画面四个气井分别采用了目前我国常用的两种集气站流程，前两个气井采用了第一种流程，后两个气井采用的第二种流程，两种流程的不同点在于前者的分离设备是三相分离器，后者的分离设备是气液分离器。两者的适用条件不同。前者适用于天然气中油和水含量均较高的气田，后者适用于天然气中只有较多的水或较多的液烃的气田。

3.2 数据报表界面

数据报表是工业生产中不可缺少的统计工具，它能将生产过程中的各类信息，如生产数据、统计数据以直观的表格形式进行反映，为生产管理人员提供有效的分析工具。历史报表提供了一种浏览和打印历史数据和统计数据的工具。对历史报表可进行手工或自动打印。数据历史报表的组态画面如图4所示。

3.3 实时趋势界面

实时趋势是变量的实时值随时间变化而绘出的变量-时间关系曲线图。使用实时趋势可以察看某一个数据库点或中间点在当前时刻的状态，而且实时趋势也可以保存一小段时间的数据趋势，这样使用它就可以了解当前设备的运行状况，整个车间当前的生产情况。实时趋势图由以下几部分构成：标题、边框、网格、趋势曲线、游标、时间标记、数值标记、数值显示、当前系统时间等。

3.4 报警和事件界面

监控设备发生异常的时候，通过报警来通知操作人员控制过程和系统的情况，本系统能及时将控制过程和系统的运行情况通知操作人员，同时要求操作人员做出响应。 本系统具有“过程报警”、“系统报警”和“事件记录”的显示、记录和打印功能。

3.5 系统的安全管理

本设计在开发系统Draw的系统参数中设置了“禁止退出”、“禁止Alt”和“禁止Ctrl +Alt + Del”选项，在View运行时将提供系统安全性。

3.6 数据的安全管理

运用力控的用户管理功能来提高系统数据安全。在设计中创建四个级别的用户：操作工级、班长级、工程师级和系统管理员级。其中操作工的级别与权限最低而系统管理员的级别与权限最高。高级别的用户可以修改低级别用户的属性。在系统界面中还设置了显示当前操作人员名称和级别的显示条：

当前用户名称：：#####

当前用户级别：：#####

当用户登录系统时，就会自动显示出当前用户的名称和级别。其中0代表操作工级、1代表班长级、2代表工程师级、3代表系统管理员。

3.7 工程加密

为了更好的进行安全管理，本设计还对工程进行的加密，打开工程的需要验证密码，非本系统用户没有验证密码则无法进入到系统中。

三、结论

本设计选用力控组态软件进行系统设计，实现了对天然气集输过程的监控，实现了控制和保持操作的平稳，使集气系统和控制朝着技术先进，管理先进 ，效益显著的方向迈进，实现了现场工程参数的实时在线检测和显示，保证了天然气集输过程自动化正常运行。本系统具有强大的功能：

1.实时监控集输过程；

2.查看生产现场的实时数据及流程画面；

3.大画面漫游，任意浏览各个画面；

4.随时查看各个装置的实时趋势。

本系统适宜在石油化工行业进行推广使用，可以大大节省劳动力和劳动强度，提高公司效益。此外，本系统还具有强大的可拓展性，只要稍加改动即可满足不同用户的要求。

参考文献

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