新技術新工藝在西氣東輸工程上的應用(變頻電機)
時間:2007-04-24 13:22:00來源:leidapeng
導語:?遙感技術是集航空航天測控技術、衛星技術、光譜傳感技術以及光學等于一體的多科學綜合應用技術。
遙感技術
遙感技術是集航空航天測控技術、衛星技術、光譜傳感技術以及光學、地質學、測量學、地理學、圖像處理學于一體的多科學綜合應用技術。遙感圖像不僅體現可見光,而且體現紅外和遠紅外等肉眼看不到的、十分豐富有用的物理信息,從而高視角地體現地物宏觀和微觀的幾何體系,提供城市、農村、水體、道路、耕地、森林、沖溝等有用的地物信息,可以準確地勾畫最新城市輪廓及市政建設現狀;清晰查明山谷居民點分布及土地利用情況;可以有效規劃地貌單元。遙感技術已成為工程規劃、前期設計論證、建立地理信息系統、提供高品質的設計成果的重要手段。
遙感技術在西氣東輸管道工程上的應用包括以下幾個方面:管道沿線遙感綜合解譯;鄭州~上海段輸氣管道地形圖修測;管線穿越南京長江地段遙感精細解譯;RS~GIS信息服務系統;管道三維立體顯示。
復雜地形地貌管線
敷設技術及水工保護
管道通過地質災害段敷設技術:西氣東輸管道通過采空區或巖溶時,敷設于采空區或巖溶頂板較穩定地段,同時還在內部采取適當的支撐措施,如設置柱墻等;通過非全新活動斷裂,采用增加剛度等級和鋼管壁厚的方式敷設;通過規模不大的滑坡地段,選擇適當部位以跨越或溝埋敷設方式,并先對滑坡進行一定的治理,如設置擋墻、截排水溝、減重反壓等措施;通過崩塌、危巖區,先進行卸荷處理,采取支擋、攔石等措施后溝埋敷設;泥石流通過區通常采用跨越方式。
黃土地區水工保護:黃土地區水工保護主要采取了間接水工保護措施與直接水工保護措施并舉,剛性結構與柔性結構并舉,安全與環保并舉的綜合治理措施。
戈壁地段水工保護:戈壁地段水工保護措施是在溝(河)道較深處設置地下防沖墻,防止管溝回填土的流失,防沖墻不得高于溝床床底,以免引發河流改道。采用干砌石護底可以有效防止溝床下降。
防護措施:極旱荒漠、沙漠地帶風沙防護主要從兩方面入手,一是降低風速,減弱風力;二是直接保護地表易揭露流失的物質,兩者可以任選其一,也可同時采用。
大口徑管線的穿跨越
西氣東輸管道3次跨(穿)越黃河,分別是在寧夏中衛沙坡頭、陜西延水關和鄭州黃河,在南京三江口穿越了長江。以上穿(跨)越設計無論從設計方案、施工方案和穿(跨)越點都有其各自的特點。
中衛黃河跨越,根據地形地貌和地質情況設計采用桁架跨越方式,如此大口徑跨越還是第一次;延水關黃河穿越,根據地質情況選用隧道穿越方案,這是管道穿越黃河首次選用隧道穿越方案;鄭州黃河穿越,采取兩岸做定向鉆,中間主河槽用頂鋼套管穿越方式,目前管道設計上也是首次。
長江穿越根據其穿越點處于長江下游,河面寬,水流急,河床相對穩定,但地質變化大的特點,首次采用目前較為先進的盾構技術,目前為我國管道建設史上的首創。
西氣東輸管道還大膽地對大江大河和江南河流密集地區采取定向鉆穿越方案,經過陡峭及植被茂密的山體、濕陷性最為嚴重的陜北及山西黃土高原時,采用了隧道穿越方式。
大型長輸管道壓氣站設置
西氣東輸管道設計中通過系統優化比選確定了全線設10座壓氣站,采用了1.4~1.5站壓比的工藝輸送方案。壓氣站的設置主要考慮了以下幾個方面:
燃氣輪機的功率等級:燃氣輪機的特點是定型產品,對于每一種型號其標定功率是一定的,不能根據用戶的需求任意生產所需功率的燃氣輪機,西氣東輸管道在設置壓氣站時,結合現有成熟的燃氣輪機功率等級以及現場高程、氣候條件進行了多壓比方案的比選。
不能局限于自然條件的限制:在壓氣站設置方案比選之時,對局部增大壓比完全沙漠無人區的跨越方案做了計算分析,局部增大壓比后,將在管道輸送能力上形成“瓶頸”段,降低了管道對輸量變化的適應性,限制了輸送能力的提高。考慮到無人壓氣站在管理上的困難遠小于“瓶頸”段對管道造成的困難,西氣東輸管道采用了有兩座壓氣站在無人區內輸送方案。
適應輸量臺階的要求:西氣東輸管道的輸量從2003年~2008年輸量逐年遞增,2008年達到設計輸量,壓氣站的設置必須適應這一輸量臺階的變化,根據不同輸量確定各壓氣站的投產年限,做到近遠期相結合。
適應“照付不議”協議所需補提氣量的要求:要滿足“照付不議”協議補提氣量,管道系統的輸送能力必須具有一定彈性,西氣東輸管道設計在壓氣站的設置、設備選型和儲氣庫的計算中考慮了這一因素。
增輸預留:隨著經濟的發展,管道下游用戶用氣量成增長趨勢,作為西氣東輸如此浩大的管道工程,在壓氣站的設置和站場的設計中,考慮了適當的預留措施,為后期的管道增輸提供了可能性。
大型壓縮機組設計
機組備用方式選擇:壓氣站的機組備用方式主要有全線機組備用、功率備用、隔站備用、主機備用等。根據我國國情及西氣東輸管道工程實際情況,經壓縮機站失效工況校核計算,所有壓氣站都采用了機組備用配置方式。
壓縮機組配置:壓氣站的機組配置不僅要滿足各輸量臺階下的正常輸送要求,保持較高的運行效率,還要考慮機組對低輸量啟輸以及管道輸量連續遞增的適應性。經過對大小機組配置的技術經濟比較,西氣東輸工程推薦采用了25MW以上的大機組。
驅動方式選擇:天然氣長輸管道大功率壓縮機主要采用燃氣輪機和變頻電機驅動。從運行管理角度看,電機驅動與燃氣輪機驅動相比,具有運行可靠、管理簡單、維護工作量小、維護費用低等優點。通過具備電驅條件站的驅動方式技術經濟比選,確定山丹、中衛、蒲縣、鄭州分輸壓氣站采取電驅方案,其他站均為燃驅。
單氣源多用戶輸氣管道工藝
西氣東輸工程為單氣源多用戶系統,有用氣意向的用戶多達60余家,各用戶的用氣性質各不相同,對壓力、流量的需求差別很大。西氣東輸管道氣源距用戶3000公里以上,如此單氣源、單根管道要滿足這么多用戶的用氣及調峰要求,在世界上從未有過。西氣東輸承諾調峰范圍為民用氣的月峰,電廠用戶的小時峰,要滿足西氣東輸的用戶調峰只能采取管道末端儲氣與儲氣庫相結合的方式。設計根據構造出可能出現的用戶組合的數據,反復進行分析計算,并且采用了調整末端壓氣站的位置、加大支線管徑等方法,提高末端儲氣量,以盡量滿足用戶調峰要求。同時,根據構造的全年數據計算儲氣庫的容量及注采強度,指導配套儲氣庫的建設。
先進的通信系統
西氣東輸管道采用VSAT衛星通信作為主用通信方式,依托電信公網作為備用通信方式;隨天然氣管道同溝敷設硅芯管道,作為預留的光纜套管資源。
VSAT衛星通信是西氣東輸管道的主用通信方式,為SCADA數據、生產調度、工業電視等業務提供可靠的傳輸信道。根據管道工藝站場的分布,西氣東輸管道工程VSAT衛星通信網將建設一個主站和100多個端站。VSAT主站位于上海調度控制中心,端站分別設在管道干線和支干線的首站、壓氣站、分輸站、清管站、末站、閥室和操作區等。
全線有人站場均設有備用通信電路,可以最大限度地克服影響衛星通信質量的因素,使通信系統的總體可靠性得以保證。
SCADA系統
西氣東輸管道工程采用以計算機為核心的全線數據采集和監控系統SCADA。全線設調度控制中心和后備控制中心各1座,調度控制中心位于上海市,后備控制中心位于北京市。在管道沿線的輪南、武威、臨汾、鄭州、南京5座操作區管理處分別設有SCADA系統遠方只讀監視終端,以便于區域管理部門掌握本區域及了解全線的運行工況,保證對本區域管線與工藝站場的管理和維護。管道沿線有人值守的工藝站場設SCADA站控系統(SCS);中間清管站、閥室等無人值守站設SCADA系統遠程終端裝置(RTU)。
在正常情況下,由上海調度控制中心對全線進行監視與管理,操作人員在上海調度控制中心通過SCADA系統操作員工作站完成對全線的監視、操作與管理。當上海調度控制中心SCADA系統發生故障時,由北京后備控制中心接管其監視與控制任務。通常情況下,沿線各站控制無需人工干預,各工藝站場的SCS和RTU在調度控制中心的統一指揮下完成各自的監控工作。控制權限由調度控制中心確定,經調度控制中心授權后,才允許操作人員通過SCS或RTU對該站進行授權范圍內的操作。當數據通信系統發生故障時,SCS和RTU可自動獨立完成對本站的監視控制。當進行設備檢修或緊急停車時,可采用就地控制方式。較其他管線的SCADA系統本工程最新應用了管理信息系統(MIS)和信息網絡安全系統,以建成一個符合目前發展潮流、以"知識管理"為核心、有安全保障、滿足企業需求的信息管理與辦公自動化系統。
變頻調速技術
進入20世紀90年代后,隨著計算機技術和電力電子技術的發展,通用變頻器得到了迅猛發展。特別是近幾年來,大規模集成電路32位數據處理器和矢量控制理論的應用,使得通用變頻器的性能得到了很大提高,正在逐步取代直流調速器,而成為傳動系統的主流。西氣東輸管道工程10座壓氣站中有4座壓氣站采用了負載換相(LCI)大功率變頻調速系統驅動離心式壓縮機,國內目前尚無使用先例,處于領先地位。
減阻內涂技術
西氣東輸管道在國內長輸管道上首次采用減阻內涂層技術,這樣可以減少氣體流動的阻力,其所帶來的效果為:
1.管內壁加上內涂層之后,可節省3座壓氣站,減去涂層的費用,一次性投資就可節約資金約7億元。
2.每年可節約運行費1.55億元左右。上內涂后,還可產生其他的經濟效益,如減少清管次數、縮短管道干燥時間、減少管壁上物質沉積、確保氣體介質純度、減少污染等。
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