天然氣管道輸送自動化與控制技術(shù)研究

劉 凱

（國家管網(wǎng)集團聯(lián)合管道有限責(zé)任公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅蘭州 730070）

1 天然氣與天然氣管道運輸自動化概述

天然氣作為傳統(tǒng)煤氣、燃煤的取代，是一種通過自然方式而生成的烷烴類混合氣體，具備易燃的性質(zhì)，在燃燒過程中將會產(chǎn)生出大量的熱量。天然氣主要的儲藏地為石油井田以及天然氣田，通常隨著石油被一同開采出來[1]。在天然氣燃燒過程中，只會產(chǎn)生水與二氧化碳兩種物質(zhì)，相比于其他燃燒物而言，天然氣具備環(huán)保的優(yōu)點，與此同時在工業(yè)生產(chǎn)過程中還可以作為一種復(fù)雜化合物的合成物，無論是在工業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中都有著廣泛的使用范圍。

針對我國當(dāng)前大量的天然氣需求，已然逐漸形成了較為成熟的天然氣開采與運輸兩大系統(tǒng)。天然氣的運輸問題通常是一項較為危險且復(fù)雜的工作，主要是因為天然氣本身是一種易燃的氣體，一旦發(fā)生泄漏很容易出現(xiàn)爆炸或火災(zāi)等問題。所以，在運輸過程中防止天然氣泄漏便成為當(dāng)前主要思考的問題之一。然而，自動化管道運輸便可以將這份危險的發(fā)生概率降至最低。在運輸過程中，一套自動化的自行檢查與監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)比人工檢查的方式更加有效且檢查質(zhì)量更高，也不需要人員親自去檢查，最大程度地減少了危險系數(shù)[2]。除此之外，天然氣管道運輸自動化的優(yōu)勢不僅于此，在信息化的時代下，運輸管道的規(guī)劃光靠人力的方式是無法滿足日益增長的要求的，人工自動化、云計算等方式便可以起到極為關(guān)鍵的作用，將天然氣的實時數(shù)據(jù)加以監(jiān)控，在分析實際情況的同時找到最優(yōu)解釋，利用多元化定位技術(shù)實現(xiàn)精準(zhǔn)運輸、管道的精準(zhǔn)鋪設(shè)，避免工程事故的發(fā)生。

2 天然氣運輸自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段我國天然氣自動化運輸情況來看，其自動化技術(shù)的發(fā)展是較晚的，無論是線上運輸還是現(xiàn)場控制技術(shù)，與西方國家都存在著一定差距。在我國研發(fā)人員堅持不懈地研究后，在天然氣運輸自動化技術(shù)上已然取得了一定的成就，且技術(shù)更是得到了一定的提升。我國所使用的天然氣自動運輸控制技術(shù)是SCADA系統(tǒng)，此系統(tǒng)的優(yōu)勢便是能夠?qū)μ烊粴夤艿赖倪\行情況數(shù)據(jù)實行動態(tài)化監(jiān)控，實時進行數(shù)據(jù)的采集工作，初步實現(xiàn)了我國天然氣運輸與控制的自動化處理[3]。然而，因為我國地大物博，各個區(qū)域內(nèi)的氣候存在著一定的差異性，并且每個地方的天然氣存儲情況都不同，所覆蓋的區(qū)域呈現(xiàn)零散化的狀態(tài)，因此這也使得完整化的一套SCADA系統(tǒng)無法落實到我國的各個區(qū)域，對于天然氣自動化運輸與控制的發(fā)展存在一定的阻礙。除此之外，現(xiàn)階段我國天然氣管道工程的運營、維護等工作依然是依靠人工傳統(tǒng)的方式進行，配合半自動化技術(shù)傳統(tǒng)技術(shù)方式逐漸難以滿足當(dāng)前的天然氣管道運輸需求，在成本輸出上更是有著一定提高。因此，開展自動化，實現(xiàn)天然氣管道自動化運輸工作是必然的。借助自動化技術(shù)實現(xiàn)人力資源有效節(jié)約，促進整體成本的降低，在人工自動化、互聯(lián)網(wǎng)時代下為我國天然氣自動化工程的進步奠定基礎(chǔ)。

3 天然氣管道運輸自動化技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵

3.1 硬件管理組織結(jié)構(gòu)的完善

實現(xiàn)管道運輸自動化化開展的順利進行，首先即是對操作顯性硬件結(jié)構(gòu)組成的全面完成。通過進一步了解天然氣運輸自動化化管理技術(shù)需要的硬性要求，對操作場地的構(gòu)成組織做出了具體的課題發(fā)掘、完善，為以后即將開展的實際輸送操作鋪好了順暢平安推進的基礎(chǔ)。只有在領(lǐng)先的技術(shù)、合理的構(gòu)成組織保證下，才能真正提高運輸?shù)男屎唾|(zhì)量[4]。但同樣，還必須通過對自動化系統(tǒng)中所投資的綜合成本費用進合理的測算和分?jǐn)?，投資運營和功能開發(fā)才可實現(xiàn)二不誤。通過對基礎(chǔ)設(shè)施的最佳優(yōu)化可合理縮短運送距離，有效控制綜合成本費用，并通過更合理的運送模式實現(xiàn)項目的快捷、順暢、安全地推進。

3.2 軟件程序管理系統(tǒng)的優(yōu)化

硬性條件功能的實現(xiàn)往往需要在終端的軟件系統(tǒng)監(jiān)控下進行。而天然氣管網(wǎng)運輸應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)的建設(shè)管理工作，則往往針對不同的產(chǎn)品功能進行了分區(qū)域的規(guī)劃，以降低總控管理軟件的實際工作任務(wù)量。在總控系統(tǒng)之內(nèi)設(shè)置了分類子系統(tǒng)，對管線運送過程中所形成的數(shù)據(jù)參數(shù)進行動態(tài)特征的捕獲，并將所捕獲數(shù)據(jù)信號進行傳輸反饋至總控中進行大數(shù)據(jù)分析[5]。軟與硬的互動設(shè)計，是保障管線自動化實際工作的重要基石，在軟件、硬件實際運作的維護框架中，需對管線運輸?shù)乃褂霉δ芴卣鬟M行形象化地以圖文、聲音、錄像等表現(xiàn)形式進行輸出，并作為后期研究根據(jù)，針對不同的地貌特點制定切實、科學(xué)、高效的監(jiān)控管理方法。

4 提高天然氣管道輸送自動化控制技術(shù)水平的舉措

自動化控制技術(shù)的出現(xiàn)為我國天然氣管道運輸管理提供了有利條件，能有效提高天然氣運輸流程的安全，不過由于在天然氣管道運輸中使用自動化化技術(shù)較晚，加上受復(fù)雜環(huán)境的影響，導(dǎo)致天然氣管線敷設(shè)困難加大，很多地區(qū)還是無法對天然氣的需要。為此，我國還需要不斷改進和發(fā)展天然氣管線運輸?shù)淖詣踊夹g(shù)設(shè)備。

4.1 管理體系的不斷完善優(yōu)化

管道運輸系統(tǒng)雖采用了自動化化工藝實施管理，而其牽涉到的管理問題也非常繁雜，包括油氣分運輸站、壓裂氣站、貯藏氣庫、資源勘探開采與運輸、企業(yè)投資運營管理等多個領(lǐng)域，給其管理操作增加出了很多難度。傳統(tǒng)管理的組織方法是根據(jù)上文所指出的區(qū)域性職能分工原則而進行的分布式組織管理，各個生產(chǎn)單位、各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都應(yīng)包括質(zhì)量主管人員和質(zhì)量檢驗員，并由此形成責(zé)任主制[6]。但不管是其中任何一個部門、一條作業(yè)程序的意外情況，由于連帶的原因都不能立即進行處理，對整個供貨體系的安全、交貨品質(zhì)帶來很大的危害。在發(fā)生意外情況后編制的情況報表，按逐級上交的形式反應(yīng)，得到上級同意方可作出解決，從情況的出現(xiàn)到處理的時間較為復(fù)雜。而使用自動化技術(shù)，可以通過把各個部門集中成一個單元局域網(wǎng)，進行統(tǒng)一管理，從而促進了集中管理制度的有效執(zhí)行。在某一環(huán)節(jié)發(fā)生了任何問題，將數(shù)據(jù)信息即時地傳送至總控中心，并通過對數(shù)據(jù)和管理人員之間的反饋信息分析，盡快提出改進方法，以促進問題及時解決，疏通好整段傳輸工作。因此，自動化管理信息技術(shù)的使用將有助于對整個管理系統(tǒng)的提升優(yōu)化，讓管理信息的傳遞過程變得更加靈活、簡單、有效，進而提升管理效率和品質(zhì)。

4.2 完善并加強應(yīng)急處理系統(tǒng)

天然氣傳輸過程存在易燃易爆的風(fēng)險，傳輸危險等級很高，危險安全隱患一直存在。所以對過程控制的不斷完善是其基礎(chǔ)之一，對整個過程出現(xiàn)的問題隱患進行評估研究，根據(jù)各個風(fēng)險站點問題形成立體化完整的風(fēng)控體系，以有效降低各種意外操作風(fēng)險事件的概率發(fā)生率為工作基礎(chǔ)，提高了全段過程操作的穩(wěn)定性。因此，運輸交通管理工作人員在車輛自動化監(jiān)控管理的過程工作中還需要及時根據(jù)車輛各個監(jiān)控管線點的實際位置坐標(biāo)、設(shè)計參數(shù)/實際運行狀態(tài)參數(shù)、故障記錄、維修保養(yǎng)記錄等以及其他必要的數(shù)據(jù)信息進行綜合匯總、分析，從而綜合分析對各類型交通事故可能產(chǎn)生影響的結(jié)果、對附近的公共安全設(shè)施可能造成影響的潛在危險程度，將其變化視為安全預(yù)警信息的一個主要的參考數(shù)據(jù)[7]。一旦現(xiàn)場發(fā)生重大火災(zāi)、爆炸事故等突發(fā)性事故，總控中心辦公室應(yīng)立即組織啟動事故應(yīng)急調(diào)查處理工作機制，按照規(guī)定程序嚴(yán)格組織執(zhí)行：根據(jù)現(xiàn)場事故報告情況及時連線事故現(xiàn)場，根據(jù)發(fā)生事故后的各種突發(fā)事故狀況等進行調(diào)查及時分析，快速測算可能產(chǎn)生的傷亡結(jié)果，針對站點實際狀況提出處置預(yù)案，最大程度、最大范圍減少傷亡。其次按照危害程度和影響后果模擬劃定危害范圍，進行工作人員的迅速疏散工作。每次在事故的發(fā)生地都應(yīng)當(dāng)做好成因剖析、解決方案、處理效果等的記載工作，對事故發(fā)生地點的各種影響因素如地理條件、硬件設(shè)備等進行全方位監(jiān)測分析，以防止事故的二次爆發(fā)。

4.3 創(chuàng)新自動化科技并加強投資扶持力度

目前，我國在天然氣管道運輸自動化化管理中使用的自動化化技術(shù)尚有很大的上升空間，所以必須提高自動化化工程技術(shù)的創(chuàng)新水平?？蓞⒖及l(fā)達國家的成功經(jīng)驗，并考慮當(dāng)前國情，注重克服自動化信息技術(shù)使用過程中不匹配的問題，同時提高軟件開發(fā)效率，包括電子通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)、自動化化系統(tǒng)等，形成一個完備的管理體系，充分發(fā)揮自動化化控制的功能，提高天然氣管線運輸?shù)目刂菩б鎇8]。此外，在優(yōu)化管道工程方案設(shè)計和降低施工投入的基礎(chǔ)上，把節(jié)省下的資金投入科學(xué)技術(shù)研發(fā)中，并加大自動控制方面的投入，從而優(yōu)化了自動管理系統(tǒng)，使其功能變得越來越強大，控制系統(tǒng)工作也越來越平穩(wěn)和安全，從而提高了天然氣管線輸送的自動化制作效益。

4.4 積極應(yīng)用自動化化技術(shù)

為了提高我國天然氣管道運輸?shù)淖詣踊芾硭?，將在廣泛應(yīng)用自動化化管控技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過整合多種自動化技術(shù)手段，如人工自動化技術(shù)、紅外線遙感技術(shù)的應(yīng)用、衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)等，以全面提高我國天然氣管道運輸?shù)淖詣踊?，從而減少人工成本，減小危險事件發(fā)生概率，進而提高我國天然氣管道運輸?shù)陌踩?。比如，由北京石油大學(xué)研制的天然氣管線動態(tài)模擬控制系統(tǒng)，對我國的天然氣管道運輸路線建設(shè)發(fā)揮著很大影響。該系統(tǒng)主要是通過結(jié)合動態(tài)仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)收集技術(shù)、監(jiān)控控制技術(shù)等，進行對天然氣運輸管線的實時監(jiān)測，不但能夠?qū)μ烊粴夤芫€運輸進行自動化化管控，還可以及時發(fā)現(xiàn)異常狀況并及時處置；另外，針對天然氣管線敷設(shè)難度大的問題，在實施天然氣管線輸送自動化化管控的基礎(chǔ)上，采用了GPS定位系統(tǒng)技術(shù)進行精確布設(shè)，可以有效降低敷設(shè)誤差，從而降低施工事故產(chǎn)生的可能性。

4.5 加強天然氣管道的保護

在天然氣管線運輸過程中，管道防護工作特別關(guān)鍵。對天然氣的輸氣管道加以涂層防護，可以大大提高管線的耐腐蝕功能，并拉長了管線的壽命，更利于自動化目標(biāo)的完成。大量事實證明，管線在實施涂層防護后，可以減小天然氣傳遞時的阻礙，還可以減少故障產(chǎn)生的概率，進而保證正常供應(yīng)和提升自動化化管理水平[9]。所以，為了天然氣管線傳輸自動化化管理水平的進一步提高，還必須更加優(yōu)化天然氣管線，采取相應(yīng)措施加強對天然氣管線的防護，同時運用自動化化控制技術(shù)進行對管線的實時監(jiān)測，以此提升天然氣管線傳輸?shù)淖詣踊芾硭健?/p>

3.6 不斷完善相關(guān)的管理制度

天然氣管線運輸自動化化管理系統(tǒng)所包含的信息內(nèi)容較為復(fù)雜，包含分輸站、壓氣站、貯氣站、開采運輸場等各環(huán)節(jié)的管理工作，在相當(dāng)數(shù)量上提高了管理系統(tǒng)工作難度，進而對整個管理系統(tǒng)的安全和運輸品質(zhì)產(chǎn)生了負(fù)面影響。因此，企業(yè)必須在有效整合自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，完善相應(yīng)的管理體系，并把各個部門融合為一套單位，進行整體系統(tǒng)引導(dǎo)和分層控制，并落實好相應(yīng)部門領(lǐng)導(dǎo)和員工管理的責(zé)任，以進行企業(yè)集中化管理。需要同時針對通過自動控制系統(tǒng)所獲取和反饋的大量數(shù)據(jù)信息，提出合理的控制改進方法，確保信息傳遞更為靈活快捷，從而提高在整個企業(yè)管理系統(tǒng)中自動管理信息技術(shù)的使用效益。

4 結(jié)語

由于天然氣管道運輸管理離不開科技方面的支撐，特別是天然氣本身存在著易燃易爆的特點，因此要求有關(guān)主管部門要更加注重技術(shù)研究，把風(fēng)險控制與創(chuàng)新作為燃?xì)夤艿肋\輸自動化管理工作的重點工作內(nèi)容開展，真正充分發(fā)揮出自動化控制技術(shù)的功能，在做到管道自動化管理的同時，還要進一步提高自動化工作效率。