科技创新与应用
2013年第18期
科技创新
PLC控制系统在天然气脱水系统中的应用
刘军
（宁夏安全生产技术支撑体系专业中心，宁夏银川750001）
摘
要：文章介绍了利用分子筛进行天然气深度脱水工艺，设计并开发了PLC控制系统。对PLC控制系统工艺、原理及流程的确
定和可行性进行了阐述,并提出了操作中需注意的问题和建议。该项目经投产运行，证实了该控制系统具有的可操作性，对顺控
执行及连锁保护都达到了预期水平。关键词：分子筛脱水；循环换热；PID调节引言后，塔B换为塔A，开始吸附脱水，塔B进入再生。此过程循环不断。
为天然中的2PLC控制系统的构成在油田开采的天然气中含有饱和量的水蒸气，即水气。
降低了对其他有效成分的输送，也使热有害成分。输气管线因为含水，
值降低。而输气管道的压力温度的变化，会引起水气析出，产生冰或固体水化物及液态水，使输气压力降低，造成管道和换热器及阀门等设备堵塞。如果液态水含有酸性组分，在输送能过程中，将加速管壁的腐蚀[1]。由此证明，天然气脱水是必然的。分子筛脱水工艺相比常用的溶剂吸收、冷冻分离和吸附干燥三种方法，其脱水深度和可再生性都更高，并因此被广泛应用[2]。
1分子筛脱水工艺
1.1分子筛脱水工艺的定义
分子筛做为一种立方晶格的硅铝酸盐化合物，有大量均匀的几何网状型空穴，微孔结构均匀，只有直径小于孔径的分子才能进入，对不饱和分子和极性分子有优先吸附能力，因此，起到了筛分分子的选择吸附作用，也就是说，分子筛是具有筛离分子的能力，故称为分子筛[2]。脱水
图2PLC控制系统结构图表工艺上采用分子筛为干燥剂的，即称为分子筛脱水工艺。分子筛脱水工
）所示。2.1硬件艺流程（如图1
PLC控制系统由下位控制层及上位监控层组成（如图2）。以AB－SLC5/04PLC作为控制层控制核心，来控制干燥塔的控阀开关，实现分
是子筛脱水工艺流程中四个阶段的切换。控制层与监控层的数据传输，
[4]
以DH485调制解调器来完成。监控层的打印机和工控计算机，负责现场的实时监控及报表打印。工程师站的作用是以组态软件对监控画面、参数等进行修改，其余操作站负责监控及报表打印。
2.2软件
下位控制层使用RSLogix500编程软件，可直接操控PLC控制系统的硬件、程序、运行、调试及强制输出，对阀门、仪表起到自动控制及保护的作用。上位监控层使用美国EMERSON公司DeltaVDCS系统。并利用通信、控制、画面四种组态和数据连接，同PLC保持通信，下发指令完成远程控制。
3PLC控制系统的功能根据工艺流程要求，PLC控制系统需实现的功能包括流程顺序控加热温度自动调节、在线监控、故障报警和联锁保护。制、
3.1分子筛脱水装置工艺流程脱水工艺流程需要在吸附、再生、冷吹、等待四个阶段循环切换。为保证各个切换阀门动作的准确性，本控制程序采用STEP作为切换标志，每个STEP对应相应的阀门动作，保证切换准确可靠。系统顺序控制图1分子筛脱水工艺流程图
如下。1.2分子筛脱水工艺的流程
分子筛脱水流程的四个阶段分为吸附脱水、加热再生、床层冷吹、3.1.1塔A进入吸附阶段：打开KV11和KV12两个吸收阀，关闭
原料气流经吸附塔进行吸附脱水。等待再次吸附[3]。以采用两塔和三塔的居多，本文介绍的为两塔流程，以KV13及KV14两个再生阀，
3.1.2塔B进入再生阶段：关闭KV21、KV22两个吸收阀，再生阀在时序控制和温度PID调解上，采用PLC控制系统进行时序自动切换。
KV23、KV24打开。循环换热节能脱水工艺，在节能推广上具有更高的可操作性。
3.1.3再生气温度达到设置温度300℃时，旁通阀KV15关闭，塔B1.2.1吸附阶段
湿气由干燥塔顶进入，塔内分子筛充发挥作用，水气脱除后，由塔加热再生6h。底流入粉尘过滤器滤除粉尘和液滴，成为干气。部分干气作为再生气重3.1.4将再生气温度设为50℃，塔B冷吹4h。
3.1.5将旁通阀K15打开，塔B等待2h。新进入分子筛再生系统，余下干气则进入后续处理的设备中。
3.1.6塔B进入吸附阶段：打开塔B的KV21、KV22吸收阀，关1.2.2再生阶段
KV24再生阀。分子筛干燥塔开始工作时，吸附湿气达24h时，塔A停止吸附，进KV23、
3.1.7塔1进入再生阶段：将塔A的KV11、KV12关闭，KV13、KV14入再生阶段，塔B进入吸附阶段；再生气加热炉将合格干气加热至
300℃的再生气，进入塔内，加热分子筛床层将吸附的水分脱除，将已脱打开。
3.1.8设再生气温度至300℃，将KV15关闭，塔A加热再生6h；除的水分经时间控制阀分离出干燥塔；由再生气冷却器冷吹，至25℃后
3.1.9将再生气温度设为50℃，塔A冷吹4h。进入分离罐，分离掉游离水，再次回到分子筛入口处。
1.2.3冷吹阶段3.1.10将旁通阀KV15打开，塔A等待2h，返回步骤3.1.1~3.1.2依再生气加热将当分子筛床层加热到6h时，脱水工序完成，转入冷次进行重复操作。
开始冷吹分子筛床层。在上位机上对以上流程进行操作，对过程数据的变化和进行中的吹阶段。将再生气加热炉调火降温至50℃，
1.2.4等待阶段步骤实时监控，随时掌握流程进程。上位机的复位键，随时调整流程步
可使流程直接跳转步骤进行操作，确保对流程的灵活调整。冷吹时间至4h时，开始关闭干燥塔底部的再生气进气阀和顶部的骤按钮，
3.2再生气温度中的PID调节排气阀，旁通阀打开，此时分子筛干燥塔无气体通过，转入等待阶段。2h
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科技创新
2013年第18期
科技创新与应用
浅谈石道测量带状GPS控制
网的布设及精度控制
李蕾
（辽宁省基础地理信息中心，辽宁沈阳110034）
摘
要：石道由于其线路长、跨度大等特点，导致其首级控制网不同于常规的矩形网，而是带状控制网。文章结合中国石
道完整性数据恢复项目，探讨了带状GPS控制网的布设及精度控制。
关键词：GPS；带状控制网；高程拟合在石道测量中，作为成图的内外业起算数据，GPS控制网布设
管道测量的控制网有着线路长、的重要性不言而喻。相对于其他项目，
跨度大、呈狭长带状分布等特点。这就对GPS布网方案及GPS高程拟合提出了新的要求。
1GPS带状控制网布的实施方法
本项目中应甲方要求平均20km布设一个D级GPS控制点，所以在实地测量时为控制边长不超过规范距离同时也为后期测量提供便利条件，本测区平均5-7公里加测一个临时过渡点，D级GPS点选在管道中线附近，过渡点距管道中线的距离一般在500米左右，这样布设的GPS控制网就不会因为线路长而呈直线型，而是一个平均1公里宽的带状控制网，并且能够满足GPS边长大于5公里且小于10公里。GPS基础控制网采用边连接的方式布网，利用GPS接收机在控制网点上进
卫星高度角均大于15°，PDOP值行同步观测，观测时间均大于35分钟，
重复上站大于1.6；采用边连接的方式构成GPS网，在布设同均小于6，
步环的同时，利用所构成异步环对同步环进行检查，最终进行整体平差。在石道探测项目中由于前期首级网是通过国家已知点联测网扩展而来,所以在任意时间段内利用首级点发展的物探控制点都能够进行网平差处理,随时为物探测量提供控制点成果,满足下道工序的需要；由于采取的是整网评差的总体原则,在每一个时间段内布设的石油物探GPS控制点都通过首级网联入了国家已知点网中进行平差,由于起算点一致,其提供的成果及精度也呈现一致性；因布网方法严密该GPS控制网不仅有较好的图形强度,而且具有很高的点位精度。
本项目的GPS控制网图如下（铁岭———黑山段）：
所以可以采用GPS拟合求的待定点高程。
GPS观测前严格按照有关规范要求对所使用的GPS接收机进行了检定，检定合格后方予使用。对GPS观测所使用到的有关设备，如基对中器、脚架、量高尺等亦进行了检查，均符合观测要求。外业观测座、时，观测员都注意防止人员和其它物体碰动或阻挡接收机天线。架设天线时，天线安置对中误差不大于3mm。每时段观测前后各量测一次天线高，读数精确至1mm。须重复设站观测的点不同时段均重新进行对中整平进行观测。
为保证GPS拟合精度，本测区GPS控制网平均15公里联测一个已知水准点，同时整个测区每100公里有4-6个高程检查点以对整体精度进行检核。当测区范围内的高程控制点不能满足测量要求时，宜采用四等水准联测的方法获得高程拟合点及高程检查点。以铁岭至黑山
GPS联测已知水准点共11个，高程检查点6段为例：线路总长1km，
个，施测的四等水准路线为85km。经本测区检查，高程拟合值与四等水准联测差值均小于10cm，故本方案的高程拟合精度满足石道探测需求。
2GPS带状控制网布精度影响因素及控制办法
2.1石道GPS控制网应采用边连接形式构网,由多个同步大地四边形或三角网组成,并要对包括重合点在内的控制网进行长边大地四边形观测,以便对整网进行长度基准控制。
2.2石道GPS控制网由于线路较长，当跨投影带是应分段、分带解算，否则因投影变形所引起的对整个测量控制网精度影响很大。
2.3影响基线解算质量的原因较多,但最基本的是观测条件,即观测点位置和观测时段。观测点位置主要考虑多路径效应的影响及无线电干扰,选点时应尽量避开高大建筑物、大面积水域及远离高压输电线和无线电发射装置;观测时段主要根据卫星星历预报图和卫星星座相对测区的几何分布,选择最佳观测时间。
2.4在二维约束平差前应对已知点进行可靠性检验,对参与约束平差的已知点进行分析和筛选,选择正确而且精度较高的已知点进行二维约束平差,以免利用了错误或精度较低的已知点影响整个GPS控制网的最终成果。
2.5为保证高程拟合精度，联测水准点的个数越多越好，水准点在整个测区内应均匀分布，在地形复杂地区应适当增加联测水准点的个数。
参考文献
[1]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005.[2]魏二虎，GPS带状控制网布的高程拟合实施方法黄劲松.GPS测量操作与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，
本项目的高程精度为：平原地区为30cm，山地丘陵地区为60cm。2004.PLC控制系统设计了自动调节的温度程序。将再生气加热炉出口温度与设定值进行比较，以输出偏差控制加热炉燃料气调节阀的开度。温度低则增大调节阀开度，升高再生气；温度过高则减小调节阀开度。
3.3在线监控系统
设备运行状况、过程变量值及历分子筛脱水系统中，其工艺流程、
史趋势图，都由上位机来显示。操作员通过显示器，可以对整个流程运行进行监控，对自控系统发出干预指令，随时根据需要调整流程顺序及工艺参数。
3.4故障报警和联锁保护系统
生产过程中发生故障或工艺参数超限，控制系统中的声光报警启动，提示操作员及时排除故障，确保系统正常运行[5]。当工艺参数超过关断设定值时，分子筛脱水系统立即自动关闭。上位机及现场控制盘都设有紧急关停键，可在紧急情况下人为关停整个系统，以保证人员及设备的安全。
4结束语
PLC控制系统可准确控制分子筛脱水设备，实现工经试运行证实，
艺生产过程中对不同程序间的自动切换，天然气脱水效果已达工艺要
求，该系统目前已正式运行。可见,只要加强运行管理,严格操作规程，便可达到对天然气露点控制预期的要求，也证实了本系统对制定天然气脱水项目控制程序具有借鉴作用。
参考文献
[1]李仕伦.天然气工程[M].北京:石油工业出版,2008:356－365.
[2]徐如人,庞文琴.分子筛与多孔材料化学[M].北京:科学出版社,004:5-7.[3]王开岳.天然气净化工艺[M].北京:石油工业出版社,2005:269-276.
[4]钱晓龙,李鸿儒.智能电器与Micrologix控制器[M].北京:机械工业出版社,2003:302-307.
[5]阳宪惠,郭海涛.安全仪表系统的功能安全[M].北京:清华大学出版社,2007:3-4.
作者简介：刘军（1982-），男，宁夏银川市人，工作单位：宁夏安全生产技术支撑体系专业中心，主要从事关于安全生产技术专业领域的检测检验。
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