燃气调压器故障分析系统的设计与实现杨凯--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

燃气调压器故障分析系统的设计与实现杨凯

发表时间：2021/7/12 来源：《基层建设》2021年第12期作者：杨凯

[导读] 根据《中国天然气发展报告（2019）》预计，2050年前我国天然气消费继续保持增长趋势，将给城市的输配管网维护带来更大压力。燃气调压器是输配系统中最重要的环节之一

        武汉市车都天然气有限公司湖北省武汉市 430056
        摘要：根据《中国天然气发展报告（2019）》预计，2050年前我国天然气消费继续保持增长趋势，将给城市的输配管网维护带来更大压力。燃气调压器是输配系统中最重要的环节之一，其发挥着各级压力调节、用气压力控制及维稳的作用。自工业革命后，英美等国家创造并发展了先进的设备管理与维修的理念，提出从原始的“事后维修”转变到“预防维修”“适时管理”等现代设备管理与维修的模式，而我国在智慧燃气的理念支持下，调压器故障诊断系统及在线预警技术方面发展迅速。
        关键词：燃气调压器；故障分析系统；设计与实现

        引言
        在燃气企业输配系统中，燃气调压器是非常重要的一类关键设备，它承担着燃气管网各级压力之间的调节和用气压力的控制，因此也是燃气公司日常运维管理的重点对象。目前我国各主要燃气企业已普遍建立起了调压器日常巡检制度和在线监控系统，以对调压器进行监控管理，并定期对调压器进行保养和维护。
        1燃气调压器用途
        燃气调压器顾名思义是对天然气系统压力调节、稳定的设备，通过对输气系统燃气流量控制，达到维持正常系统压力，避免因压力过高或过低情况引发的一些列安全事故。在我国城镇燃气中，调压器的作用重要性不再赘述。通过总结，其优点表现为以下几点：①日常应用中，对天然气的压力设定、调节均较为简便，且可进行在线维护；②调压器内，调压器、过滤器中滤芯、滤网等均采用高精度材料制成，可重复使用，性价比较高；③日常关闭、切断、放散、过流量保护装置等操作时，调压器表现灵敏，操作安全；④该设备在功能齐全的基础上，对其内部结构合理、紧凑排列，因此其体积小，占地面积小，在日常安装作业中，工序简单；⑤设备外层采用不锈钢、喷塑等特异性处理，具有较强防腐蚀能力，同时寿命也较长；⑥在该设备投入使用前，均进行了强度和气密性试验，同时针对用户需求均严格进行了参数设定；⑦调压器可以满足用户压力记录、监控等多项功能。
        2燃气调压器故障问题
        燃气调压器作为燃气输配系统中的关键性部件，对其运行状态的监测维护以及故障的排除是重中之重。随着故障诊断技术不断的发展进步和推广，其研究范围也在不断地延伸。国外的燃气事业发展较早，我国最近一些年也在不断地发展燃气事业，由于技术比较有限，我国通过积极引进国外先进技术，结合本国实际情况进行装配以达到实际需要。当前在燃气领域应用较为广泛的是数据采集与监控系统，该系统能够对燃气管网的日常运行状态不停地监测，将各个监测点的数据采集并储存、处理和分析，进而进一步判断燃气系统的安全状况。目前国内外对于燃气调节器的研究还大多集中在调节器的静态特性上，也有部分学者对燃气调节器的动态特性和模型仿真进行相应的研究，还没有出现完善并有效的燃气调压器故障智能诊断系统。
        3燃气调压器故障分析系统设计
        3.1数据采集
        目前使用的传统压力表存在以下3种问题：（1）依靠人工读数，无法避免人为误差，导致数据不够准确；（2）无法积累数据，即使人工记录后，查阅也很困难；（3）无法做到实时监控，人工检查具有滞后性。由于调压场站分布都相对分散，远程控制系统的成本偏高，应用智能物联网压力传感器可以减少各项成本。将调压器中的传统机械压力表更换成物联网压力传感表，或在调压器后端安装智能压力表，通过智能压力传感器可以设定高低压的报警值，当调压器运行出现故障如超压时，向燃气公司调度中心发送报警信号，检修人员进行维修。
        3.2诊断模型建立
        燃气调压器故障诊断模型采用高维度的特征向量来更准确地表达模型特征。由于将所有历史数据样本全部打标，工作量巨大无法完成，由机器学习稀疏自编码提取特征值，将存储的历史数据图片进行聚类，找出离群的样本图片即疑似故障并对其进行标注，之后支持向量机分类器（SupportVectorMachine，SVM）会对标注数据进行自动分类，产生一个机器故障分类结果，同时也根据提炼的专家经验再进行故障判定，由此产生的经验判断结果和之前的机器学习结果进行融合判断（即对20%的历史数据样本和上线运行后的数据进行测试验证），形成一个具有双重判断依据的故障结果，最终融合的故障结果将继续作为故障输入数据，对机器的故障分类依据进行更新，验证更新为更准确的故障判定依据。
        4燃气调压器故障分析系统的实现路径
        根据上述分析系统及故障诊断的研究，建立如调压器状态分析功能平台，展示了调压器出口压力、实时压力、调压精度、关闭等级等工作情况以及进行数据有效性评估，做出智能故障判断。文章以调压器故障分析系统为核心建立的该功能平台主要实现故障报警和故障预警两大功能。针对调压器故障预警类型，列出以下3种情形表示燃气调压器已出现故障的趋势，但现阶段仍可以正常工作运行，并进行预警。
        （1）调压器关闭阀口时，出口压力高出预期，属于关闭压力偏高；
        （2）随着调压器的运行，出口压力逐渐偏离设定值，无法满足用户用气需求，属于出口压力偏移；
        （3）出口压力瞬时拉低，但尚未脱压，属于瞬时欠压。
        对于调压器故障报警类型，列出以下5种情形表示调压器已出现严重故障且存在安全风险，需要及时安排维修。
        （1）调压器设定出口压力偏高
        如图1所示，红线表示当前的出口压力，红线两侧的虚线表示调压精度的上、下偏差，最上部的虚线表示当前关闭等级。可以看出该日的最大、最小出口压力分别为3．17和2．92kPa，设定的出口压力和当前调压精度分别为2．6kPa、±0．64%，此时的出口压力和关闭等级分别为2．94kPa、SG7．7，故可以判断由于设定的出口压力偏高，导致运行压力整体上移，进而造成压力超标。

        图1调压器设定出口压力偏高故障曲线图
        （2）关闭等级超标
        该日调压器的最大、最小出口压力分别为3．21和2．22kPa，设定的出口压力和当前调压精度分别为2．5kPa、±4．06%，此时的出口压力和关闭等级分为2．34kPa、SG33．9，由此情形判断因为阀口的关闭性能逐渐降低，导致关闭压力偏高，出口压力偏高。
        （3）调压器内漏
        该日的最大、最小出口压力分别为3．32和2．06kPa，设定的出口压力为2．4kPa，此时的出口压力和关闭等级分别为2．16kPa、SG53．6，当前的调压精度为±5．69%，由此情形判断阀口关闭不严，出现内漏，导致出口压力持续升高，下游压力超标。
        （4）出口压力已超过放散压力，却未启动，安全附属设施异常，则放散阀失效。
        （5）出口压力已超过切断压力，却未启动，安全附属设施异常，则切断阀失效。
        结语
        故障系统能够实时地对燃气调压器运行状态进行评估、自动识别故障类型及科学安排维修，降低了因调压器故障导致的供气风险，改变了传统调压器事后管理的现状，扩大了管理的范围，有效地实现了针对性的燃气调压器预防性管理，对燃气调压器的维护管理方面有较好的促进作用。
        参考文献：
        ［1］国家能源局石油天然气司，国务院发展研究中心资源与环境政策研究所，自然资源部油气资源战略研究中心．中国天然气发展报告（2019）［R］．北京：国家能源局石油天然气司，2019：11－12．
        ［2］乔亮．石化企业设备管理与企业管理的几点思考［J］．石油化工技术经济，2005（5）：54－58．
        ［3］李江波，朱世强，郑东鑫．基于ARM的燃气调压器检测系统设计［J］．机电工程，2010，27（4）：108－111．
        ［4］杨蒙．燃气调压器故障诊断研究［D］．北京：北京建筑工程学院，2012．