LNG气化储配站智能控制系统研究

李兆田

青岛能源华润燃气有限公司管网分公司 山东青岛 266000

目前国内LNG接收站的生产运行控制模式正从工业3.0时代的传统自动化系统向工业4.0时代的数字化、智能化方向转变。未来，终端控制系统和顶层智能系统将以DCS系统为基础，采集电力系统中低压柜的现场仪表信号和运行数据。通过对大量现场实时数据进行相应的算法分析，优化生产工艺，降低操作能耗，提前预测现场设备仪表故障，从而降低各种安全风险，控制各类人员，以避免因操作失误造成的生产风险，达到安全运行、降低成本、提高效率的目的[1]。

1 LNG接收站传统控制系统架构及存在问题

LNG接收站的传统控制系统由以下系统组成：DCS生产控制系统、ESD紧急停车系统、FDS火焰检测系统、GDS可燃有毒气体检测系统、VMS振动检测系统、TGS罐表系统、AMS仪表管理系统，系统间存在一定的逻辑联锁控制，但无法实现生产数据与智能运行分析的集成，存在“信息孤岛”问题，无法实现“综合感知、自动控制、趋势预测、准确决策”功能。

2 LNG接收站控制系统数字智能化建设目标

智能LNG接收站控制系统的总体目标是提高运行效率，降低生产运行成本，有效管理和控制安全风险，实现以下目标：①生产管理可视化：实现各种工艺流程、运行数据的数字化和可视化安全风险，实现“一张安全管理地图，一条指挥决策链”。②运行管理一体化：通过对设计、施工、运行阶段各种工艺设备数据的综合集成，采用数字化集成手段，有效减少人员的重复性工作，提高运行效率，实现终端生产经营全业务流程管理的数字化[2]。③设备管理优化：通过大数据集成分析技术，生成各种报表分析，根据各种故障案例库和异常参数分析，合理制定检修计划，使设备设施在全寿命周期内以低成本、高可靠性运行。

3 LNG接收站控制系统数字智能化模块辨识

LNG接收站智能模块包括可视化数据管理系统、生产信息管理系统、HSE应急管理系统、模拟培训系统、设备完整性管理系统和能源管理分析系统。可视化数据管理系统是后续智能模块建设的基础。通过集成LNG接收站数据库、地理空间数据库、视频监控系统信号、DCS、TGS等系统数据，提前实现了接收站工艺设备运行数据的可视化。国内LNG接收站已经部分实现了可视化数据管理系统、生产信息管理系统、HSE应急管理系统、模拟训练系统等功能，但在数据处理、模型自适应、智能预测等功能实现效果不明显，下面将对其进行分析从设备故障智能预测模型的建立与分析、能源管理分析和智能降耗[3]。

3.1 设备故障

智能预测设备故障智能预测是以各种仪表检测信号和生产运行数据为基础，实现设备设施的可视化资产管理、计划维修任务分配、故障预测报警等不同于以往的功能简单故障维修，建立和完善智能预防性维修的最大特点是维修任务主要是根据设备的状态和点检测量的结果，结合故障维修来实现设备的可靠性维修。功能实现主要包括：定期设备预防性维护设置、检查记录及预防性维护关联、标准作业计划、维护维修工单等。①数据处理：通过对振动传感器、运行三相电流、电流等历史数据的集成分析对故障模式进行了初步预测。②模型自适应：生成初始故障预测模型后，将设备实时数据与现有模型进行匹配，并不断修改模型参数，使预测模型精度最大化。③智能预测：预测模型通过不断学习自适应后，根据现场仪器设备的实时数据，预测设备运行趋势，判断设备运行故障类型，实现设备故障预警等功能。

3.2 能源管理分析及智能降耗

根据数据统计，按照500万T/A的加工规模，LNG接收站年耗电约1亿kW/h，耗电量是LNG接收站最大的运营成本。此外液化天然气接收站下游产量受市场波动影响较大。如何根据天然气出口需求，有效实现设备启停联动，合理匹配设备启停次数和设备运行负荷水平，成为LNG接收站降低成本、提高效率的关键。另外，从运行维护的角度来看，LNG接收站电力系统在运行过程中存在着电力过载、过流、运行状态不明、潜在故障不明、维护成本高等问题。在低压配电系统中增加断路器温度传感器，实现温升的在线监测。另外通过采集Pt和CT的相关信号，采集断路器的开断电流和开断时间，建立模型，实现断路器电气寿命的在线监测。电力监控系统可实时监控LNG接收站主要设备的运行数据，如三相电流、功率因数等，能耗管理分析单元和智能降耗模块可根据上述数据对启动提出相应的调整建议并对设备进行停机，有效降低电耗，降低运行成本。通过对各6kV设备有功功率和无功功率的实时监测，可以连续分析各设备的用电特性，生成电力故障预测模型。当负荷线路出现不规则电流和电压时，可提前预测故障点，及时切断故障电流，防止电力事故的蔓延。故障测距功能是电力系统智能分析与预测的关键之一，主要应用于6kV中压配电系统的馈线管理。故障定位功能通过上层电源监控系统实现。

4 结语

LNG接收站数字系统建设应为平台式数字系统，满足自身需求，与国家管网集团数字智能系统兼容，满足当前及未来发展需求和产业网络安全，是一个全面的数字可视化和局部智能化系统。