一种煤层气螺杆压缩机气量控制及远传监控系统的制作方法

1.本发明属于煤层气机电技术领域，具体涉及一种煤层气螺杆压缩机气量控制及远传监控系统。


背景技术：

2.随着煤层气的大规模开发和利用，由于井型和排采周期等因素的影响，各生产井的排采压力不同，需要在生产现场安装小型煤层气螺杆压缩机进行增压，使压缩机上游的系统压力下降，压缩机下游的管网压力提高，一般增压前压力为0.03-0.1mpa，增压后压力为0.3-0.6mpa。
3.煤层气在进行开发利用时，不同生产井、不同排采阶段，所产气量和压力均不同，但需共用集输管网；为了平衡各生产井压力，提高管网输送效率，需要在集输站安装压缩机对煤层气进行增压后再集输。
4.实际生产中，集输站流量和压力变化较大；一般来说，排采初期，压力和流量都较低，随着排采的进行，压力和流量缓慢增加直至达到产量的最高峰；排采后期，压力和流量又会衰减。
5.原有压缩机以最低频率20hz运行，对应最低开机流量为额定流量的40%，该压缩机所在集输站气井处于排采初期时，气量较低还处于逐步提升中，压缩机上游的瞬时流量低于最小开机瞬时流量，开机后进气压力快速下降并触发进气压力低连锁停机，停机后自然压力也低于下游管网压力，无法有效进行集输，对生产造成巨大影响。
6.虽然可以实现人工定时巡检，但在机组故障停机后必须人工到达现场进行阀门操作，存在一定的滞后性；正常运行时，若压缩机故障停机，原有机组停机，导致输气中断，需要人工至现场处理，同样会对生产带来不良影响。
7.经检索，中国专利cn204436326u公开了一种煤层气井稳压装置，稳压装置的入口连接集气站汇管，稳压装置的出口连接汇集管网；集气站汇管连接多个集气站支管，将多个集气站支管采集的气体汇总会接入稳压装置的入口；稳压装置包括：压缩机本体、供油管路、回油管路、油箱、冷却器、油泵、第一输气管路、第二输气管路、第一阀门、第二阀门；第一输气管路连有压缩机本体、第一阀门，第二输气管路设有第二阀门；油箱连接供油管路、回油管路，供油管路设有油泵、冷却器，供油管路的一端连接压缩机本体的轴承处。
8.该专利虽然能够在煤层气开采中实现稳压，但是并不能解决由于排采初期进气压力低，造成的压缩机停机的问题。
9.同时，生产现场一般都位于山区，无光纤等通讯条件，导致缺乏对压缩机运行系统的监控和预警，信号不能实现远传，存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

10.针对仅靠变频转速调节并不能解决由于排采初期进气压力低造成的压缩机停机的问题、以及机组信号监控和远传系统不完善的不足，本实用新型的目的在于提供一种煤
层气螺杆压缩机气量控制及远传监控系统，通过在进气管路和供气管路之间设置旁通回路，plc控制器调节旁通回路上的回路电动球阀的开合度，使得螺杆压缩机所需的最小开机流量在原设计基础上进一步降低，实现机组的顺利开机，通过设置通讯模块，实现信号的监控和实时远传。
11.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种煤层气螺杆压缩机气量控制及远传监控系统,包括螺杆压缩机和plc控制器，螺杆压缩机的上游连接有用于与排采管网连通的进气管路，下游连接有用于与集输管网连通的供气管路，进气管路上设置有进气压力传感器，供气管路上设置有供气压力传感器，进气管路与供气管路之间设置有旁通回路，旁通回路上设置有回路电动球阀，螺杆压缩机、进气压力传感器、供气压力传感器和回路电动球阀均与plc控制器电性连接；plc控制器通过网线连接有通讯模块，通讯模块通过传输天线将采集到的plc控制器中的数据实时发送至网络终端。
12.优选地，螺杆压缩机包括依次连接的压缩机变频器、压缩机电机和压缩机主机，其中压缩机变频器通过plc控制器的控制实现频率的变化，压缩机变频器控制压缩机电机驱动压缩机主机运行，进气管路和供气管路均连接在压缩机主机上；螺杆压缩机的壳体外侧设置有压缩机触摸屏，压缩机触摸屏通过网线与plc控制器连接。
13.优选地，进气压力传感器下游的进气管路上设置有进气电动球阀，供气压力传感器上游的供气管路上设置有供气电动球阀和用于防止下游管道内气体倒流的单向阀，进气电动球阀和供气电动球阀均与plc控制器电性连接。
14.优选地，进气管路上并列设置有一用一备的两个进气过滤器，进气过滤器上均设置有压差传感器，压差传感器与plc控制器电性连接，进气过滤器位于旁通回路与进气管路连接点的上游。
15.优选地，进气压力传感器位于旁通回路与进气管路连接点的下游，供气压力传感器位于旁通回路与供气管路连接点的上游。
16.优选地，供气管路上设置有安全阀，安全阀位于螺杆压缩机出口处的供气管路上。
17.优选地，螺杆压缩机的壳体外侧设置有可燃气体探测器，可燃气体探测器与plc控制器电性连接。
18.优选地，进气电动球阀、供气电动球阀和回路电动球阀均为防爆电动球阀。
19.与现有技术相比，具备以下有益效果：
20.1. 该系统通过在进气管路和供气管路之间设置旁通回路，plc控制器调节旁通回路上的回路电动球阀的开合度，使得螺杆压缩机所需的最小开机流量在原设计基础上进一步降低，实现机组的顺利开机；通过设置通讯模块，实现信号的监控和实时远传。
21.2. 同时，当螺杆压缩机机组正常运行后，若发生故障停机，该旁通回路还可以在进气压力和供气压力平衡时自动开启，实现输气不中断。
22.3. 本系统基于进气压力，设定了自动调整频率模式，使得螺杆压缩机的转速可以根据进气压力自动进行调整，非常适用于定压排采，对提高煤层气单井产量大有益处。
23.4. 螺杆增压机上还设置了可燃气体探测器，并与plc控制器连锁，当机组发生煤层气泄露时，可以通过plc实现紧急停车，实现了机组的安全监控。
24.该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实施例中用于气量气量控制和监控的主要部件位置示意图；
27.图2为本实施例的通讯模块、压缩机触摸屏和plc控制器的连接示意图。
28.图中：1-螺杆压缩机；1.1-压缩机变频器；1.2-压缩机电机；1.3-压缩机主机；2.1-进气管路；2.2-供气管路；2.3-旁通回路；3.1-进气压力传感器；3.2-供气压力传感器；4.1-进气电动球阀；4.2-供气电动球阀；4.3-回路电动球阀；5-plc控制器；6-通讯模块；7-传输天线；8-单向阀；9-进气过滤器；10-压差传感器；11-安全阀；12-可燃气体探测器；13-压缩机触摸屏。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.本实用新型提供了一种实施例：
32.如图1、图2所示，一种煤层气螺杆压缩机气量控制及远传监控系统,包括螺杆压缩机1和plc控制器5，螺杆压缩机1的上游连接有用于与排采管网连通的进气管路2.1，下游连接有用于与集输管网连通的供气管路2.2，进气管路2.1上设置有进气压力传感器3.1，供气管路2.2上设置有供气压力传感器3.2，进气管路2.1与供气管路2.2之间设置有旁通回路2.3，旁通回路2.3上设置有回路电动球阀4.3，螺杆压缩机1、进气压力传感器3.1、供气压力传感器3.2和回路电动球阀4.3均与plc控制器5电性连接。
33.本实施例中，螺杆压缩机1包括依次连接的压缩机变频器1.1、压缩机电机1.2和压缩机主机1.3，其中压缩机变频器1.1通过plc控制器5的控制实现频率的变化，压缩机变频器1.1控制压缩机电机1.2驱动压缩机主机1.3运行，进气管路2.1和供气管路2.2均连接在压缩机主机1.3上，plc控制器5接收进气压力传感器3.1的信号，控制压缩机变频器1.1实现压缩机转速的自动控制。
34.螺杆压缩机1的控制方式为手动和自动两种：手动方式下，plc控制器5给压缩机变频器1.1输出固定频率，螺杆压缩机1以给定频率稳定运行，若进气压力增加或降低时，需要人工调整给定频率；自动方式下，plc控制器5接收进气压力传感器3.1的信号，控制压缩机变频器1.1实现压缩机转速的自动控制，控制方式为pid调节，当实际进气压力p大于设定进气压力p1时，plc控制器5控制压缩机变频器1.1升高频率，直至实际进气压力p与设定进气压力p1相同；反之，当实际进气压力p小于设定进气压力p1时，plc控制器5控制压缩机变频
器1.1降低频率，直至实际进气压力p与设定进气压力p1相同。
35.在排采初期，原有的压缩机以最低频率20hz运行，对应最低开机流量为额定流量的40%，压缩机开机后因进气压力低低保护停机，机组无法运行；改进后的气量控制系统中，plc控制器5接收进气压力传感器3.1的信号，进气压力低于设定压力值时，先控制压缩机变频器1.1降低运行频率，若进气压力依然低于设定值，再控制开启回路电动球阀4.3提高进气压力，实现机组在小于最小开机流量时的稳定运行，最低开机流量可以降至额定流量的25%。
36.在正常运行时，原有的压缩机故障停机时，输气中断，需要人工至现场处理；改造后plc控制器5接收进气压力传感器3.1和供气压力传感器3.2的压力信号，当二者压力相同时，自动控制开启回路电动球阀4.3，确保输气不中断。
37.本实施例中，进气管路2.1上并列设置有一用一备的两个进气过滤器9，进气过滤器9上均设置有压差传感器10，压差传感器10与plc控制器5电性连接，进气过滤器9位于旁通回路2.3与进气管路2.1连接点的上游；plc控制器5接收压差传感器10的信号，当达到报警设定值时，plc控制器5发出压差高报警信号，人员收到报警信号后，到达现场通过阀门切换备用的进气过滤器9后进行滤芯更换，螺杆压缩机1的运行不受影响。
38.为了实现信号的监控和实时远传，plc控制器5通过网线连接有通讯模块6，通讯模块6通过传输天线7将采集到的plc控制器5中的数据实时发送至网络终端，实现不受空间和时间限制的实时远程数据监控，本实施例中通讯模块6为4g通讯模块，所采集的数据包括螺杆压缩机1的运行数据、报警参数等，在手机等网络中端安装专用软件，并设置管理员和普通用户两种权限，实现螺杆压缩机1的数据的安全监控。
39.本实施例中还在螺杆压缩机1的壳体外侧设置有压缩机触摸屏13，压缩机触摸屏13通过网线与plc控制器5连接，便于工作人员观察和操作。
40.本系统还设置有多套安全保护机制，具体为：
41.进气压力传感器3.1位于旁通回路2.3与进气管路2.1连接点的下游，供气压力传感器3.2位于旁通回路2.3与供气管路2.2连接点的上游，进气压力传感器3.1下游的进气管路2.1上设置有进气电动球阀4.1，供气压力传感器3.2上游的供气管路2.2上设置有供气电动球阀4.2和用于防止下游管道内气体倒流的单向阀8，进气电动球阀4.1和供气电动球阀4.2均与plc控制器5电性连接，单向阀8用于防止机组停机时下游管道内高压气体倒流，保护螺杆压缩机1，进气电动球阀4.1、供气电动球阀4.2和回路电动球阀4.3均为防爆电动球阀。
42.供气管路2.2上设置有安全阀11，安全阀11位于螺杆压缩机1出口处的供气管路2.2上，plc控制器5接收供气压力传感器3.2的信号，当下游管道用气不畅时，供气压力升高至设定的报警保护值，先控制压缩机变频器1.1降低运行频率，若供气压力继续升高至连锁停机保护值，螺杆压缩机1机组连锁停机，自动切断进气电动球阀4.1和供气电动球阀4.2，并发出停机信号；安全阀11起跳压力设计值比供气压力连锁停机保护值略高,是压缩机电控系统保护失灵时第二级安全保护系统。
43.螺杆压缩机1的壳体外侧设置有可燃气体探测器12，可燃气体探测器12与plc控制器5电性连接，plc控制器5接收可燃气体探测器12的信号，当可燃气体浓度超过报警值（甲烷浓度1%）时，发出报警信号；若浓度继续上升超过连锁停机值时（甲烷浓度2%），plc控制器
5控制压缩机变频器1.1快速停止压缩机主机1.3运行；螺杆压缩机1机组连锁停机，自动切断进气电动球阀4.1和供气电动球阀4.2，并保持回路电动球阀4.3处于关闭状态，同时发出停机信号，通知工作人员快速到达现场进行处理。
44.举例说明：以一台额定处理量50000nm3/d的小型煤层气螺杆压缩机为例，机组设计进气压力为0.05mpa，排气压力0.5mpa，采用变频驱动电机，主电机功率160kw，调频范围为20~50hz。
45.改造前压缩机最小开机流量为额定流量的40%，最小开机瞬时流量为833nm3/h。但该压缩机所在集输站气井处于排采初期，气量还在逐步提升中，瞬时流量只有510~550nm3/h左右，开机方式置为手动20hz，开机后进气压力还是快速下降并触发进气压力低低连锁停机，停机后自然压力也低于下游管网压力，无法有效进行集输，对生产造成巨大影响。
46.改造后，螺杆压缩机1还是以手动20hz开机运行，当进气压力低至0.02mpa时，plc控制器5控制旁通回路2.3上的回路电动球阀4.3缓慢自动开启一定开度，进气压力由0.02mpa上涨至0.05mpa，避免了螺杆压缩机1因进气压力低低连锁停机，生产平稳。
47.运行1个月后，集输站气井产气增加，进气压力上涨至0.08mpa，机组运行方式改为自动模式，设定压力p1为0.05mpa。
48.该系统主要是在原有压缩机系统外增设了通讯模块6、进气压力传感器3.1、供气压力传感器3.2、进气电动球阀4.1、供气电动球阀4.2、旁通回路2.3以及可燃气体探测器12等部件，并对plc控制器程序进行了修改和优化；实现了煤层气螺杆压缩机气量控制，降低了压缩机最小开机流量，提高了机组适用性；优化了机组转速控制模式，增设了机组故障停机后的旁路自动开启模式，新增了机组发生泄漏时的故障停机保护和信号远传安全监控系统，更加适应煤层气现场生产工况。
49.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。