劉振宇

（大慶石化公司，黑龍江 大慶 163711）

油氣管道的運(yùn)輸距離較長，運(yùn)行環(huán)境更為惡劣。在油氣管道上部需要安裝脫水站、油水井、油庫工藝設(shè)備。因這些設(shè)備種類復(fù)雜，功能多樣，還應(yīng)當(dāng)在原有基礎(chǔ)上配備自動(dòng)化控制裝置，發(fā)現(xiàn)與解決存在于油氣管道運(yùn)輸設(shè)備中的故障問題，并對(duì)此設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化管控，確保油氣運(yùn)輸工作能夠始終處于安全高效的開展范圍內(nèi)。

1 油氣管道運(yùn)輸特征

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，石油及天然氣領(lǐng)域迎來了嶄新發(fā)展機(jī)遇，在現(xiàn)有能源總體系中占據(jù)的地位進(jìn)一步強(qiáng)化。石油及天然氣能源具備顯著的高壓、高溫特征，在實(shí)際運(yùn)輸期間還具備易燃、易爆、有害及有毒等風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)油氣管道運(yùn)輸工作提出了更高要求。由于相關(guān)工作人員沒有嚴(yán)格遵照既定規(guī)范開展作業(yè)，故障隱患排查任務(wù)沒有得到充分落實(shí)，導(dǎo)致油氣管道運(yùn)輸期間的安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率進(jìn)一步提升，嚴(yán)重影響企業(yè)及社會(huì)綜合效益，阻礙了油氣行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

因此，為保障油氣管道運(yùn)輸工作始終處于安全高效范圍內(nèi)開展，還需要加強(qiáng)運(yùn)輸期間的管控力度，最大限度消除各設(shè)備運(yùn)行過程中的安全隱患，保障各設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。油氣運(yùn)輸實(shí)則就是天然氣與石油的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，天然氣與石油性質(zhì)特殊，管道運(yùn)輸較長，現(xiàn)有我國油氣運(yùn)輸管道約10萬公里，與多個(gè)海外國家相連，成為第五大運(yùn)輸形式。相較其他油氣運(yùn)輸手段而言，利用管道運(yùn)輸油氣的能源消耗量較低，能夠適應(yīng)各類復(fù)雜的地形地貌。但由于管道以及其他設(shè)備長時(shí)間處于惡劣環(huán)境下運(yùn)行，極容易出現(xiàn)腐蝕問題，實(shí)際安全隱患較多，需要著重開展關(guān)于油氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)及推廣工作，從根本上保障油氣管道運(yùn)輸環(huán)節(jié)的安全性。

2 自動(dòng)化控制技術(shù)在油氣管道運(yùn)輸中的應(yīng)用重要作用

2.1 提升各資源利用率

通過細(xì)致分析現(xiàn)階段油氣管道運(yùn)輸行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)流程，發(fā)現(xiàn)因生產(chǎn)環(huán)境環(huán)節(jié)過于復(fù)雜，管道及其他附屬設(shè)備管理仍需要做好定期巡檢工作，對(duì)人力資源與物力資源的需求度更高。通過將重點(diǎn)開發(fā)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠有效控制工作人員強(qiáng)度，輔助工作人員對(duì)油氣管道運(yùn)輸工藝及設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備問題，確保生產(chǎn)設(shè)施能夠始終處于高效安全的運(yùn)行環(huán)境。當(dāng)前信息技術(shù)更加完善，為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行提供了更加安全可靠的平臺(tái)，進(jìn)一步提升了人力與物力資源成本利用率，使油氣管道運(yùn)輸期間的經(jīng)濟(jì)效益能夠盡早實(shí)現(xiàn)最大化目標(biāo)。

2.2 加快生產(chǎn)效率

通過將自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用在油氣管道運(yùn)輸環(huán)節(jié)，還可以從根本上提高石油運(yùn)輸生產(chǎn)效率，確保設(shè)備運(yùn)行故障問題能夠得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決。同時(shí)，運(yùn)用自動(dòng)化管控技術(shù)，還可以將各類設(shè)備運(yùn)行技術(shù)參數(shù)輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，運(yùn)用自動(dòng)化管控設(shè)備，對(duì)石油管道運(yùn)輸全過程進(jìn)行結(jié)果。由于工作人員可以直接利用計(jì)算機(jī)設(shè)備輸送指令，節(jié)省了較多不必要工作銜接，使石油管道運(yùn)輸工作效率能夠得到根本提升。

2.3 增強(qiáng)系統(tǒng)可操作性能

在石油管道運(yùn)輸配合使用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，還能夠從根本上提高石油管道運(yùn)輸設(shè)備的可操作性能。具體而言，自動(dòng)化控制技術(shù)的邏輯性較強(qiáng)，操作較為便捷。配合使用自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的診斷功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于設(shè)備運(yùn)行期間的異常問題，分析導(dǎo)致設(shè)備異常問題出現(xiàn)原因，并及時(shí)向運(yùn)維人員匯報(bào)，降低了石油管道運(yùn)輸期間到安全事故發(fā)生概率。通過設(shè)立生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)作為石油管道運(yùn)輸工程重大事項(xiàng)決策制定依據(jù)，綜合評(píng)估生產(chǎn)工程階段性成本效益，保障生產(chǎn)環(huán)節(jié)科學(xué)高效開展。

3 石油管道運(yùn)輸自動(dòng)化管控方式

3.1 工藝設(shè)備特征分析

通過分析油氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)，對(duì)工藝設(shè)備運(yùn)行特征進(jìn)行細(xì)致判別，不斷優(yōu)化自動(dòng)化管控系統(tǒng)功能。具體而言，油氣運(yùn)輸管道系統(tǒng)內(nèi)部包括輸油干線、中間分輸站、穿越站、油田集輸管道。在油氣運(yùn)輸管道系統(tǒng)內(nèi)，各設(shè)備均肩負(fù)起重要的運(yùn)行職責(zé)，并直接影響油氣運(yùn)輸?shù)陌踩耘c可靠性。油氣運(yùn)輸管道種類較多，不同管道適用的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行要求不同。如油田集輸管道主要用于輸送石油，屬于原油管道類型；長距離輸送油氣管道主要用于輸送天然氣，屬于成品管道類型。

通常情況下，石油運(yùn)輸管道的運(yùn)輸距離較長、運(yùn)輸量巨大、管徑多樣且存儲(chǔ)時(shí)間較長。天然氣運(yùn)輸管道則為連續(xù)密封系統(tǒng)，要求在天然氣運(yùn)輸期間必須始終處于帶壓狀態(tài)。天然氣運(yùn)輸管道故障發(fā)生時(shí)能夠釋放出的能量巨大，并伴有爆炸或明火現(xiàn)象，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此，需要著重加強(qiáng)天然氣管道安全管控力度。

3.2 油氣管道運(yùn)輸事故成因

結(jié)合油氣管道運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行特征以及油氣管道運(yùn)輸安全事故案例，理清油氣管道運(yùn)輸事故成因，并構(gòu)建事故成因關(guān)系鏈，為后續(xù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能指明方向。導(dǎo)致油氣管道運(yùn)輸事故的原因主要為管體缺陷與焊縫缺陷兩大方面。其中，管體缺陷可表現(xiàn)為腐蝕缺陷、環(huán)境缺陷、制造缺陷以及施工缺陷。由于油氣管道設(shè)備安裝及后期運(yùn)維過程中沒有嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)職責(zé)，導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)腐蝕或開裂情況。焊縫缺陷可表現(xiàn)為氣孔、裂縫、錯(cuò)邊等情況。因在焊接期間，焊接工藝及焊接參數(shù)管控不當(dāng)，導(dǎo)致油氣運(yùn)輸管道運(yùn)營壽命縮短，后期運(yùn)維難度進(jìn)一步增長。

3.3 選擇自動(dòng)化監(jiān)測硬件

結(jié)合油氣管道運(yùn)輸工程實(shí)施特征與實(shí)施過程中的安全管控要求，需要在設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)期間選擇適宜的自動(dòng)化監(jiān)測硬件設(shè)備，并對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測硬件設(shè)備進(jìn)行科學(xué)部署?，F(xiàn)有自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)主要包括傳感器、微處理器等裝置，結(jié)合油氣管道運(yùn)輸特征，通過各類傳感器獲取油氣管道運(yùn)輸期間的參數(shù)數(shù)值，為后續(xù)自動(dòng)化控制程序以及控制參數(shù)的設(shè)定提供重要依據(jù)。不同種類傳感器間肩負(fù)的運(yùn)行職能不同，運(yùn)行要求存在較大差異。如溫度傳感器需要保障其應(yīng)用期間的適用性及靈活性，壓力傳感器需要具備溫度補(bǔ)償功能。流量傳感器的計(jì)算精準(zhǔn)度需保持在較高水平，并可實(shí)現(xiàn)集中控制目標(biāo)。視頻傳感器需要在復(fù)雜環(huán)境下也能夠保持光感細(xì)膩，獲取更細(xì)致的影像資料。借助Tiny OS操作系統(tǒng)將自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的傳感器與組件設(shè)備連接在一起。自動(dòng)化控制程序設(shè)計(jì)初始階段，還需要加入申請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀，并依照一定周期利用傳感器采集油氣運(yùn)輸數(shù)據(jù)。如果采集數(shù)據(jù)發(fā)生變化，還需將變化后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到射頻模塊。因傳感器數(shù)據(jù)采集期間會(huì)受到環(huán)境及溫度等因素影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，使后續(xù)自動(dòng)化控制效果與預(yù)期目標(biāo)存在一定差距，因此，還應(yīng)當(dāng)選擇合理方式對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行科學(xué)處理。由于油氣管道運(yùn)輸期間對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)質(zhì)性要求較為嚴(yán)格，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔，結(jié)合具體運(yùn)輸情況，對(duì)傳感器的采集參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。

微處理器在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中是硬件構(gòu)架的匯聚節(jié)點(diǎn)，肩負(fù)起數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理任務(wù)。在微處理器初始化時(shí)會(huì)進(jìn)入發(fā)送模式，并向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，接收來自不同傳感器的數(shù)據(jù)幀。

在接收數(shù)據(jù)幀后，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，通過串行口將數(shù)據(jù)發(fā)送到管理節(jié)點(diǎn)。微處理器需要在油氣運(yùn)輸管道自動(dòng)化控制系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)行，直到數(shù)據(jù)采集任務(wù)終止。為有效控制自動(dòng)化控制系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行成本，設(shè)計(jì)人員還可使用三邊測量方式選擇適宜的傳感器位置，對(duì)傳感器布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化及部署。

3.4 油氣運(yùn)輸自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)

通過選擇出更合理的自動(dòng)化監(jiān)測硬件設(shè)備，配合使用PID控制原理設(shè)計(jì)油氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化控制程序，從根本上保障油氣管道運(yùn)輸工作的安全性與有序性。PID控制原理主要就是一種線型控制形式，需要由實(shí)際輸出值與給定差值計(jì)算獲得，配合使用比例、積分及微分運(yùn)算計(jì)算出最終控制輸出量。

在油氣石油運(yùn)輸自動(dòng)化控制程序設(shè)計(jì)期間，應(yīng)當(dāng)首先做好PID參數(shù)取值工作，結(jié)合油氣運(yùn)輸自動(dòng)化控制目標(biāo)，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，最大限度滿足油氣運(yùn)輸安全管控要求。配合使用實(shí)驗(yàn)測試方式，對(duì)設(shè)計(jì)出的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)模擬運(yùn)行，獲取控制器響應(yīng)數(shù)據(jù)，以曲線方式將數(shù)據(jù)直觀展現(xiàn)出來，評(píng)估PID控制器性能影響，使PID自動(dòng)化控制程序中的油氣運(yùn)輸管道溫度、壓力、流量以及管壁應(yīng)力等參數(shù)數(shù)值均符合油氣運(yùn)輸實(shí)際要求。

4 自動(dòng)化控制技術(shù)在油氣管道運(yùn)輸工程中的應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)傳輸與采集

在油氣管道運(yùn)輸工程實(shí)施過程中，管道運(yùn)輸期間的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值也可作為管道設(shè)備管控重要依據(jù)，因此，為從根本上提升油氣管道運(yùn)輸監(jiān)管力度，還是要做好數(shù)據(jù)采集與傳輸工作，相較傳統(tǒng)油氣管道運(yùn)輸工程電纜而言，自動(dòng)化技術(shù)下的光纖信號(hào)傳輸穩(wěn)定性更為顯著，傳輸效率高，將光纖作為傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)的代替已經(jīng)成為油氣管道運(yùn)輸工程自動(dòng)化的重要發(fā)展趨勢。光纖可從根本上提高油氣管道運(yùn)輸工程電氣自動(dòng)化設(shè)備的智能化水平，使油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)期間的數(shù)據(jù)利用率進(jìn)一步增長。

為保障數(shù)據(jù)傳輸效果，加強(qiáng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)營水平還需要借助高級(jí)智能終端及間隔層開展數(shù)據(jù)采集工作，著重關(guān)注程序接口標(biāo)準(zhǔn)化及軟硬件產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)交換，確保油氣管道運(yùn)輸工程自動(dòng)化生產(chǎn)期間的數(shù)據(jù)傳輸水平穩(wěn)定提升。

4.2 在設(shè)備狀態(tài)管控中的應(yīng)用

通過在油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)各設(shè)備中安裝自動(dòng)化系統(tǒng)，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程化管控。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)存在異常狀態(tài)，管控系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)分析結(jié)果直接反饋給監(jiān)控系統(tǒng)中，確保油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)內(nèi)部運(yùn)行正常區(qū)域能夠與故障設(shè)備快速分割，保障油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)能夠始終處于正常高效的運(yùn)行狀態(tài)。

具體來說，應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)可加強(qiáng)管道泄漏預(yù)防力度，促進(jìn)油氣管道工程運(yùn)輸工作安全開展。研發(fā)并應(yīng)用管道模擬仿真軟件、GPS技術(shù)、可編程邏輯控制系統(tǒng)，對(duì)管道實(shí)際運(yùn)行情況展開全面監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于管道運(yùn)行過程中的泄漏風(fēng)險(xiǎn)問題，并由此對(duì)油氣運(yùn)輸管道展開專項(xiàng)運(yùn)維，從根本上提升運(yùn)維質(zhì)量效率，控制管道運(yùn)維成本。

4.3 在設(shè)備參數(shù)調(diào)整中的應(yīng)用

配合使用功能完善的自動(dòng)化化管控計(jì)算機(jī)設(shè)備，能夠?qū)τ蜌夤艿肋\(yùn)輸工程生產(chǎn)內(nèi)部及外部運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集，以便能夠切實(shí)反饋出油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)內(nèi)部各機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)機(jī)組內(nèi)部數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步控制。結(jié)合油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)實(shí)際要求，設(shè)置自動(dòng)化設(shè)備的開啟關(guān)閉環(huán)節(jié)。確保油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)設(shè)施能夠依據(jù)設(shè)計(jì)好的技術(shù)參數(shù)，及時(shí)調(diào)節(jié)頻率與電壓，從根本上提升實(shí)際生產(chǎn)水平。

自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了油氣管道運(yùn)輸工程電氣自動(dòng)化中的程序化水平，借助自動(dòng)化化系統(tǒng)，將油氣管道運(yùn)輸工程生產(chǎn)流程、實(shí)際操作方式及自動(dòng)化技術(shù)等內(nèi)容輸入電氣自動(dòng)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，切實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)及設(shè)備流程管控水平，使油氣管道運(yùn)輸工程設(shè)備始終處于長效平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語

總而言之，通過將自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用在油氣運(yùn)輸管道工程中，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于油氣運(yùn)輸設(shè)備期間的各類安全隱患問題，對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化管控，切實(shí)保障油氣運(yùn)輸設(shè)備高質(zhì)高效運(yùn)行。為充分發(fā)揮出自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用重要性，還需要結(jié)合現(xiàn)有油氣運(yùn)輸要求，不斷優(yōu)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能，最大限度縮短參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)間，為促進(jìn)我國油氣生產(chǎn)行業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)代化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。