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1、(10)申请公布号 CN 103576557 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103576557 A (21)申请号 201310483328.9 (22)申请日 2013.10.16 G05B 15/02(2006.01) G05D 27/02(2006.01) (71)申请人 北京市燃气集团有限责任公司 地址 100191 北京市西城区西直门南小街 22 号 申请人 北京建筑大学 (72)发明人 高顺利 曹育军 刘蓉 刘燕 李清 焦建瑛 吴波 杜学平 孙莉莉 (54) 发明名称 基于节能的调压站防冻智能控制系统及其控 制方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于节能的调压。
2、站防冻智能 控制方法及其控制系统， 所述的方法及系统利用 加热器对天然气进行加热， 以防止天然气在绝热 节流降压过程中降温而导致的冻堵现象， 并防止 设备发生故障， 且通过采集管道内天然气的温度、 压力、 组分和流量参数， 通过经验公式， 利用智能 控制装置计算分析露点温度和耗热量， 并据此向 加热器控制装置发送控制信号， 优化了加热器的 运行， 以达到高效节能、 智能控制的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 10357655。
3、7 A CN 103576557 A 1/2 页 2 1. 一种基于节能的调压站防冻智能控制方法， 天然气在绝热节流降压过程中， 采用加 热器对所述降压的天然气进行加热， 以将其温度加热至所述天然气的露点温度 td以上以及 设备低温极限温度 tS以上， 其特征在于 ： 利用数据采集装置采集天然气的温度、 压力、 组分 和流量参数， 然后利用智能控制装置计算分析露点温度 td， 如果天然气温度 tg低于露点温 度 td或设备低温极限温度 ts， 则向所述加热器发送开启指令开启所述加热器。 2. 根据权利要求 1 所述的基于节能的调压站防冻智能控制方法， 其特征在于 ： 所述 智能控制装置每间隔一。
4、定时间， 计算分析露点温度 td， 且天然气温度 tg td+5且 tg ts+5时， 则向加热器发送关闭指令。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于节能的调压站防冻智能控制方法， 其特征在于 ： 所 述智能控制装置， 通过以下经验公式计算露点 td： 在调压器出口压力确定的情况下， td AM， 其中 A 是与天然气组分相关的系数， M 是天然气的含水量。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于节能的调压站防冻智能控制方法， 其特征在于 ： 所 述智能控制装置根据接收的温度和流量参数计算耗热量， 并依据耗热量向所述加热器发送 功率调节指令。 5. 一种基于节能的调压站防冻智能控制系。
5、统， 包括用于调节输送天然气管道中天然气 压力的调压器， 以及用于给降压后管道内的天然气加热的加热器， 其特征在于 ： 所述智能控 制系统还包括 ： 智能控制装置 (10)、 数据采集装置 (20)、 加热器控制装置 (30) 和远程控制 计算机 (40) ； 所述数据采集装置 (20)、 加热器控制装置 (30) 和远程控制计算机 (40) 均与 智能控制装置(10)连接 ； 所述数据采集装置(20)包括温度变送器(21)、 压力变送器(22)、 组分变送器 (23) 和流量变送器 (24)， 分别用于采集管道内天然气的温度、 压力、 组分和流 量参数 ； 所述加热器控制装置 (30) 包括。
6、开关装置 (31) 和功率调节器 (32) ； 所述智能控制 装置 (10) 包括数据接收处理模块 (11)、 解析控制模块 (12)、 算法模块 (13)、 逻辑控制输出 模块 (14)、 调节控制输出模块 (15) 和馈送信号处理模块 (16) ； 所述解析控制模块 (12) 分 别与数据接收处理模块(11)、 算法模块(13)和馈送信号处理模块(16)连接， 所述算法模块 (13) 还分别与逻辑控制输出模块 (14) 和调节控制输出模块 (15) 连接 ； 所述数据接收处理 模块 (11) 与数据采集装置 (20) 连接， 用以实时处理数据采集装置 (20) 采集的数据信息并 发送给解析。
7、控制模块 (12) ； 所述馈送信号处理模块 (16) 与加热器控制装置 (30) 连接， 用 于实时采集加热器的功率和开关量信号并发送给所述解析控制模块 (12)， 所述解析控制模 块(12)与远程控制计算机(40)连接， 用以接收数据和控制信号， 并根据控制信号向算法模 块 (13) 发送工作指令并转发接收的数据信息， 所述算法模块 (13) 根据数据信息进行数据 处理， 并通过逻辑控制输出模块 (14) 和调节控制输出模块 (15) 向加热器控制装置 (30) 发 送操作指令。 6. 根据权利要求 5 所述的节能的调压站防冻智能控制系统， 其特征在于 ： 所述算法模 块 (13) 根据接。
8、收的温度、 压力和组分参数， 利用经验公式计算露点温度 td； 如果天然气温 度 tg低于露点温度 td或设备低温极限温度 ts， 则通过逻辑控制输出模块 (14) 向加热器控 制装置 (30) 发送开启指令。 7. 根据权利要求 5 所述的节能的调压站防冻智能控制系统， 其特征在于 ： 所述远程计 算机每隔一定时间向解析控制模块发送控制信号， 并根据控制信号向算法模块 (13) 发送 工作指令并转发接收的数据信息， 所述算法模块 (13) 根据接收的温度、 压力和组分参数， 权 利 要 求 书 CN 103576557 A 2 2/2 页 3 利用经验公式计算露点温度 td； 如果天然气温度。
9、 tg td+5且 tg ts+5时， 则通过逻辑 控制输出模块 (14) 向加热器控制装置 (30) 发送关闭指令。 8. 根据权利要求 6 或 7 所述的节能的调压站防冻智能控制系统， 其特征在于 ： 所述算 法模块通过预设的以下经验公式计算露点td： 在调压器出口压力确定的情况下， tdAM， 其 中 A 是与天然气组分相关的系数， M 是天然气的含水量。 9. 根据权利要求 8 所述的节能的调压站防冻智能控制系统， 其特征在于 ： 所述远程计 算机每隔 30s 至 120s 向解析控制模块发送控制信号。 10. 根据权利要求 8 所述的节能的调压站防冻智能控制系统， 其特征在于 ： 所。
10、述算法 模块 (13) 根据接收的温度和流量参数计算耗热量， 并依据耗热量通过调节控制输出模块 (15) 向加热器控制装置 (30) 发送功率调节指令。 权 利 要 求 书 CN 103576557 A 3 1/4 页 4 基于节能的调压站防冻智能控制系统及其控制方法 技术领域 0001 本发明属于智能控制的技术领域， 更具体的说本发明涉及一种基于节能的调压站 防冻智能控制系统及其控制方法。 背景技术 0002 由于天然气在绝热节流降压过程中会发生温降， 即焦耳 汤姆逊效应， 若气体降温 较大可能会发生冻堵现象， 影响管网的正常运行， 且还可能使调压器及其他设备发生故障。 采用加热以提高天然气。
11、温度， 是目前可行的有效防冻措施。但其耗能量也相当大， 所以， 如 何节能是需要重点考虑的问题。除了采用高效的加热器设备以外， 优化运行也是减少能源 浪费的重要措施。 为了减少不必要的加热， 需要确定开始发生冻堵的工况点， 即天然气的露 点温度 td， 还要确定设备的耐低温限值 ts。另外， 加热器的加热量也是可调的， 要根据天然 气的流量确定。在控制设计中， 虽然天然气的露点温度 td可以利用确定的数学公式根据天 然气成分、 压力及含湿量计算得到， 但由于考虑的因素众多， 计算过程极其复杂 ； 导致控制 策略不能实时更新， 难以取得节约能源的效果， 而且由于反馈控制不及时， 现有技术中的系 。
12、统并不能完全避免冻堵现象， 存在故障隐患。 发明内容 0003 为了解决现有技术中存在的上述技术问题， 本发明的目的在于提供一种基于节能 的调压站防冻智能控制系统及其控制方法。本发明基于人工智能模糊控制的理念， 通过监 测天然气特性参数， 并基于经验公式的计算结果来控制加热器的运行以及流量控制， 以达 到高效节能、 智能控制的目的。 0004 为了解决上述技术问题， 本发明提供了以下技术方案 ： 0005 一种基于节能的调压站防冻智能控制方法， 天然气在绝热节流降压过程中， 采用 加热器对所述降压的天然气进行加热， 以将其温度加热至所述天然气的露点温度 td以上以 及设备低温极限温度 tS以上。
13、， 其特征在于 ： 利用数据采集装置采集天然气的温度、 压力、 组 分和流量参数， 然后利用智能控制装置计算分析露点温度 td， 如果天然气温度 tg低于露点 温度 td或设备低温极限温度 ts， 则向所述加热器发送开启指令开启所述加热器。 0006 其中， 所述智能控制装置每间隔一定时间， 计算分析露点温度 td， 且天然气温度 tg td+5且 tg ts+5时， 则向加热器发送关闭指令。 0007 其中， 所述智能控制装置， 通过以下经验公式计算露点 td， 0008 其中， 所述智能控制装置根据接收的温度和流量参数计算耗热量， 并依据耗热量 向所述加热器发送功率调节指令。 0009 本。
14、发明的第二方面， 还涉及一种基于节能的调压站防冻智能控制系统。 0010 所述智能控制系统 ： 包括用于调节输送天然气管道中天然气压力的调压器， 以及 用于给降压后管道内的天然气加热的加热器， 其特征在于 ： 所述智能控制系统还包括 ： 智 能控制装置、 数据采集装置、 加热器控制装置和远程控制计算机 ； 所述数据采集装置、 加热 说 明 书 CN 103576557 A 4 2/4 页 5 器控制装置和远程控制计算机均与智能控制装置连接 ； 所述数据采集装置包括温度变送 器、 压力变送器、 组分变送器和流量变送器， 分别用于采集管道内天然气的温度、 压力、 组分 和流量参数 ； 所述加热器控。
15、制装置包括开关装置和功率调节器 ； 所述智能控制装置包括数 据接收处理模块、 解析控制模块、 算法模块、 逻辑控制输出模块、 调节控制输出模块和馈送 信号处理模块 ； 所述解析控制模块分别与数据接收处理模块、 算法模块和馈送信号处理模 块连接， 所述算法模块还分别与逻辑控制输出模块和调节控制输出模块连接 ； 所述数据接 收处理模块与数据采集装置连接， 用以实时处理数据采集装置采集的数据信息并发送给解 析控制模块 ； 所述馈送信号处理模块与加热器控制装置连接， 用于实时采集加热器的功率 和开关量信号并发送给所述解析控制模块， 所述解析控制模块与远程控制计算机连接， 用 以接收数据和控制信号， 并。
16、根据控制信号向算法模块发送工作指令并转发接收的数据信 息， 所述算法模块根据数据信息进行数据处理， 并通过逻辑控制输出模块和调节控制输出 模块向加热器控制装置发送操作指令。 0011 其中， 所述算法模块根据接收的温度、 压力和组分参数， 利用经验公式计算露点温 度 td； 如果天然气温度 tg低于露点温度 td或设备低温极限温度 ts， 则通过逻辑控制输出模 块向加热器控制装置发送开启指令。 0012 其中， 所述远程计算机每隔一定时间向解析控制模块发送控制信号， 并根据控制 信号向算法模块发送工作指令并转发接收的数据信息， 所述算法模块根据接收的温度、 压 力和组分参数， 利用经验公式计算。
17、露点温度 td； 如果天然气温度 tg td+5且 tg ts+5 时， 则通过逻辑控制输出模块向加热器控制装置 (30) 发送关闭指令。 0013 其中， 所述远程计算机每隔 30s 至 120s 向解析控制模块发送控制信号。 0014 其中， 所述算法模块根据接收的温度和流量参数计算耗热量， 并依据耗热量通过 调节控制输出模块向加热器控制装置发送功率调节指令。 0015 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果 ： 0016 本发明的控制系统， 利用加热器对天然气进行加热， 以防止天然气在绝热节流降 压过程中降温而导致的冻堵现象并防止设备发生故障， 并通过采集管道内天然气的温度、 压力、 。
18、组分和流量参数， 通过经验公式利用智能控制装置计算分析露点温度和耗热量， 并据 此向加热器控制装置发送控制信号， 优化了加热器的运行， 以达到高效节能、 智能控制的目 的。 附图说明 0017 图 1 为本发明所述基于节能的调压站防冻智能控制方法的流程图。 0018 图 2 为本发明所述基于节能的调压站防冻智能控制系统的简要框图。 0019 图 3 为本发明所述基于节能的调压站防冻智能控制系统的结构框图。 具体实施方式 0020 下面将结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的阐述， 但本发明的 实施方式不限于此。 0021 实施例 1 0022 由于天然气在绝热节流降压过程中会发生温降。
19、， 即焦耳 汤姆逊效应， 若气体降温 说 明 书 CN 103576557 A 5 3/4 页 6 较大可能会发生冻堵现象， 因而需要利用加热器对所述降压后的天然气进行加热处理 ； 而 本实施例正是基于该加热器提供了一种对所述加热器的控制策略。 所述的策略基于节能的 调压站防冻智能控制方法来实现， 如图 1 的流程图所示， 天然气在绝热节流降压过程中， 采 用加热器对所述降压的天然气进行加热， 以将其温度加热至所述天然气的露点温度 td以上 以及设备低温极限温度 tS以上， 并利用数据采集装置采集天然气的温度、 压力、 组分和流量 参数， 然后利用智能控制装置计算分析露点温度 td， 如果天然。
20、气温度 tg低于露点温度 td或 设备低温极限温度 ts， 则向所述加热器发送开启指令开启所述加热器 ； 而且所述智能控制 装置每间隔一定时间(例如30-120的间隔， 该间隔可以通过远程控制计算机设置或调整)， 计算分析露点温度 td， 且天然气温度 tg td+5且 tg ts+5时， 则向加热器发送关闭指 令。而且， 所述智能控制装置， 通过以下经验公式计算露点 td， 在调压器出口压力确定的情 况下， td AM， 其中 A 是与天然气组分相关的系数， M 是天然气的含水量。另外， 所述智能 控制装置根据接收的温度和流量参数计算耗热量， 并依据耗热量向所述加热器发送功率调 节指令。 0。
21、023 而上述控制方法， 可以通过如图 2-3 所示的智能控制系统来实现， 所述控制系统 包括输送天然气的管道、 用于调节所述天然气压力的调压器， 以及用于给降压后管道内的 天然气加热的加热器， 其特征在于 ： 所述智能控制系统还包括 ： 智能控制装置 10、 数据采集 装置 20、 加热器控制装置 30 和远程控制计算机 40 ； 所述数据采集装置 20、 加热器控制装置 30和远程控制计算机40均与智能控制装置10连接 ； 所述数据采集装置20包括温度变送器 21、 压力变送器22、 组分变送器23和流量变送器24， 分别用于采集管道内天然气的温度、 压 力、 组分和流量参数 ； 所述加热。
22、器控制装置30包括开关装置31和功率调节器32 ； 所述智能 控制装置 10 包括数据接收处理模块 11、 解析控制模块 12、 算法模块 13、 逻辑控制输出模块 14、 调节控制输出模块 15 和馈送信号处理模块 16 ； 所述解析控制模块 12 分别与数据接收 处理模块 11、 算法模块 13 和馈送信号处理模块 16 连接， 所述算法模块 13 还分别与逻辑控 制输出模块14和调节控制输出模块15连接 ； 所述数据接收处理模块11与数据采集装置20 连接， 用以实时处理数据采集装置 20 采集的数据信息并发送给解析控制模块 12 ； 所述馈送 信号处理模块 16 与加热器控制装置 30。
23、 连接， 用于实时采集加热器的功率和开关量信号并 发送给所述解析控制模块12， 所述解析控制模块12与远程控制计算机40连接， 用以接收数 据和控制信号， 并根据控制信号向算法模块 13 发送工作指令并转发接收的数据信息， 所述 算法模块 13 根据数据信息进行数据处理， 并通过逻辑控制输出模块 14 和调节控制输出模 块 15 向加热器控制装置 (30) 发送操作指令。其中， 所述远程计算机每隔一定时间向解析 控制模块发送控制信号， 并根据控制信号向算法模块 13 发送工作指令并转发接收的数据 信息， 所述算法模块 13 根据接收的温度、 压力和组分参数， 利用经验公式计算露点温度 td； 。
24、如果天然气温度 tg低于露点温度 td或设备低温极限温度 ts， 则通过逻辑控制输出模块 14 向加热器控制装置 30 的开关装置 31 发送开启指令 ； 如果天然气温度 tg td+5且 tg ts+5时， 则通过逻辑控制输出模块 14 向加热器控制装置 30 发送关闭指令。并且， 所述算 法模块通过预设的以下经验公式计算露点td： 在调压器出口压力确定的情况下， tdAM， 其 中 A 是与天然气组分相关的系数， M 是天然气的含水量。另外， 所述算法模块 13 根据接收 的温度和流量参数计算耗热量， 并依据耗热量通过调节控制输出模块 15 向加热器控制装 置 30 的功率调节器 32 发。
25、送功率调节指令。在本发明中所述的加热器可以是电加热器、 燃 说 明 书 CN 103576557 A 6 4/4 页 7 气加热器或其他热源加热器。 0024 虽然本发明已经通过实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述， 但本领域的普 通技术人员应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内， 可以采用等同替换或等效变换 形式来实施本发明。 因此， 本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例， 只 要没有脱离发明实质的实施方式， 均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。 说 明 书 CN 103576557 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103576557 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103576557 A 9 。