天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)探討

摘要：天然氣作為一種清潔干凈的能源，已經(jīng)成為中國(guó)當(dāng)前最主要的能源，并且其清潔環(huán)保的特性與當(dāng)前的綠色環(huán)保觀念不謀而合，人們對(duì)于天然氣的需求量在不斷加大，這對(duì)天然氣管道輸送提出了更高的要求。文章分析對(duì)比了國(guó)內(nèi)外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)中國(guó)實(shí)際情況提出天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)提升措施。

關(guān)鍵詞：天然氣；管道輸送；自動(dòng)化技術(shù)；配氣管道；管理成本 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE869 文章編號(hào)：1009-2374（2016）07-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.028

天然氣管道也被稱為配氣管道，其主要作用是在天然氣開(kāi)采之后通過(guò)天然氣管道輸送到天然氣配氣中心。目前，我國(guó)也是主要利用天然氣輸送管道來(lái)進(jìn)行天然氣的輸送，同時(shí)也利用了自動(dòng)化技術(shù)，最大化地實(shí)現(xiàn)天然氣輸送效益，節(jié)約天然氣管理成本。

由于天然氣具有易燃易爆的特點(diǎn)，危險(xiǎn)性較大，因此天然氣管道輸送系統(tǒng)是十分復(fù)雜的。從這方面來(lái)看，對(duì)于天然氣輸送管道的管理，不但需要滿足居民日常使用，還要確保輸送的安全性。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在天然氣管道輸送中也逐漸將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用其中。利用自動(dòng)化技術(shù)能夠進(jìn)行天然氣的管理，并且能夠?qū)崿F(xiàn)天然氣輸送的自動(dòng)化，從而滿足人們的使用需求。天然氣輸送自動(dòng)化是一個(gè)集天然氣開(kāi)發(fā)、輸送以及管理的綜合體系，其中還包括壓氣站、分輸站、壓氣分輸站、儲(chǔ)氣庫(kù)等不同類型的站點(diǎn)。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠更好地管理天然氣輸送管道以及相關(guān)站點(diǎn)、氣體輸送的參數(shù)，運(yùn)用數(shù)字化、智能化以及自動(dòng)化的方法手段來(lái)進(jìn)行天然氣管道的管理。下文將詳細(xì)分析國(guó)內(nèi)外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出幾項(xiàng)提高我國(guó)天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)的策略。

1 國(guó)內(nèi)外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)

1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)主要的天然氣管道就是應(yīng)用西氣東輸?shù)墓艿溃侥壳盀橹固烊粴夤艿垒斔妥詣?dòng)化技術(shù)的最高水平就是這項(xiàng)技術(shù)。從發(fā)展歷史來(lái)看，我國(guó)天然氣輸送管道自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，無(wú)論是在計(jì)算機(jī)或者是工程技術(shù)水平上來(lái)看，都與西方發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的差距。在對(duì)天然氣管道進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，管線壓力以及流量等參數(shù)都是通過(guò)穩(wěn)定流動(dòng)的計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)出來(lái)的，實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)與這些參數(shù)之間存在一些偏差。近些年來(lái)，天然氣管道仿真技術(shù)在我國(guó)也獲得了發(fā)展。例如中國(guó)石油大學(xué)開(kāi)發(fā)出的天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真軟件，這個(gè)軟件能夠?qū)μ烊粴夤艿?、壓縮機(jī)、調(diào)壓閥以及用戶管網(wǎng)進(jìn)行模擬，有效地實(shí)現(xiàn)了天然氣長(zhǎng)距離輸送管道以及配管網(wǎng)的動(dòng)靜態(tài)仿真?，F(xiàn)階段，天然氣管道輸送自動(dòng)化中已經(jīng)能夠?qū)⒎抡婕夹g(shù)以及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，即SCADA系統(tǒng)相互結(jié)合起來(lái)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控以及采集天然氣管道數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)天然氣管道的自動(dòng)化管理。在這個(gè)過(guò)程中，還可以綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)以及GPS等多種技術(shù)，這些現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地發(fā)現(xiàn)天然氣管道出現(xiàn)問(wèn)題的地方，并且能夠及時(shí)地進(jìn)行處理。除此之外，在管理以及測(cè)試天然氣壓力的過(guò)程中，已經(jīng)將超聲波流量計(jì)應(yīng)用在其中，確保天然氣不會(huì)出現(xiàn)壓力驟然增加的現(xiàn)象，保證壓力以及流量與標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。然而，由于我國(guó)天然氣分布不均勻，并且地理環(huán)境復(fù)雜，因此在天然氣管道建設(shè)方面存在許多困難。現(xiàn)今所有的管道仍然無(wú)法滿足需求，加上與國(guó)外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)還存在一定差距，因此我國(guó)在建立全國(guó)性的天然氣管道網(wǎng)絡(luò)上還存在一定困難，需要進(jìn)一步研究天然氣管網(wǎng)的協(xié)同管理以及災(zāi)難恢復(fù)等方面的內(nèi)容與技術(shù)。

1.2 國(guó)外現(xiàn)狀

美國(guó)早在20世紀(jì)60年代初就開(kāi)始進(jìn)行干線輸氣管道優(yōu)化運(yùn)行研究，當(dāng)時(shí)主要是研究穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯等天然氣工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)形成了一套比較完整的輸氣管道優(yōu)化運(yùn)行的理論和方法，并且已將其應(yīng)用到輸氣管線的生產(chǎn)實(shí)踐中。干線輸氣管道優(yōu)化運(yùn)行的最優(yōu)準(zhǔn)則通常是運(yùn)行能耗或能耗費(fèi)用最低，采用這類最優(yōu)準(zhǔn)則的優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題稱為能耗最優(yōu)化問(wèn)題。國(guó)外經(jīng)驗(yàn)表明：能耗最優(yōu)化可以使輸氣管道的運(yùn)行能耗有不同程度的降低。國(guó)外的天然氣應(yīng)用較早，因此天然氣的自動(dòng)化技術(shù)也較為成熟。目前，國(guó)外一些涉足油氣管道行業(yè)的專業(yè)軟件公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出干線輸氣管道或管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的商品軟件，這些優(yōu)化軟件已經(jīng)在國(guó)外一些干線輸氣管道或管網(wǎng)上應(yīng)用。此外，某些輸氣管道公司自行開(kāi)發(fā)了干線輸氣管道或管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行軟件。近年來(lái)，國(guó)外在輸氣管道優(yōu)化運(yùn)行方面的發(fā)展趨勢(shì)是在干線輸氣管道上推廣應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)進(jìn)一步研究管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)及非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)。美國(guó)Stoner公司開(kāi)發(fā)了用于氣體穩(wěn)態(tài)管網(wǎng)設(shè)計(jì)的軟件SWS以及模擬長(zhǎng)輸管道動(dòng)態(tài)工況的軟件SPS。SPS設(shè)置了理想化的調(diào)節(jié)器，可以方便地模擬管道系統(tǒng)的控制，如進(jìn)出站壓力控制、流量控制等。

國(guó)外在使用自動(dòng)化技術(shù)中，不但包含自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還包括對(duì)GIS的利用，天然氣管道的設(shè)計(jì)、施工以及監(jiān)測(cè)等。除此之外，在天然氣管道施工管理過(guò)程中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，能夠大大降低管理成本，并且及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理管道中存在的問(wèn)題。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)某個(gè)天然氣公司將優(yōu)化運(yùn)行的技術(shù)應(yīng)用在一條輸氣管道上，其運(yùn)行數(shù)據(jù)表明運(yùn)用了優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)之后，該條輸氣管道運(yùn)行能耗能夠節(jié)約10%左右?，F(xiàn)階段，國(guó)外對(duì)于天然氣管道輸氣管網(wǎng)的研究主要在于非穩(wěn)態(tài)工況的最優(yōu)控制。根據(jù)調(diào)查研究表明，進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制能夠減少17%左右的能耗費(fèi)用，并且對(duì)于動(dòng)態(tài)時(shí)間能夠?qū)崿F(xiàn)有效的控制。

2 我國(guó)天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)提升策略

近些年來(lái)，中國(guó)在天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)方面取得了巨大的發(fā)展進(jìn)步，但是與國(guó)外自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用相比，還存在著一定的差距。因此，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)提出以下措施，希望提高天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)：

2.1 大力推廣SCADA系統(tǒng)的運(yùn)用

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)就是SCADA系統(tǒng)，它主要是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中的控制與調(diào)度的自動(dòng)化系統(tǒng)。在天然氣長(zhǎng)輸管道輸送中，運(yùn)用SCADA系統(tǒng)不但能夠監(jiān)控以及自動(dòng)調(diào)度天然氣的生產(chǎn)、輸送過(guò)程，大大提高天然氣調(diào)度的精確度。另外，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)搜集、記錄以及整理、分析天然氣輸送過(guò)程中的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)于其中存在隱患的能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，大大提高天然氣管道輸送的安全性，保證自動(dòng)化技術(shù)的可靠性。在調(diào)控中心運(yùn)用SCADA系統(tǒng)，能夠監(jiān)控天然氣管道的數(shù)據(jù)。運(yùn)行人員通過(guò)站控界面實(shí)現(xiàn)觀察站內(nèi)壓力和溫度及閥位的數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過(guò)壓縮機(jī)增壓模式輸送到下游站場(chǎng)，保證了天然氣管道輸送的平穩(wěn)運(yùn)行。目前，中國(guó)已經(jīng)在天然氣管道輸送過(guò)程中普遍應(yīng)用了SCADA系統(tǒng)，有效地實(shí)現(xiàn)了天然氣管道輸送的自動(dòng)化。例如在中國(guó)的長(zhǎng)輸管道西氣東輸過(guò)程中，利用SCADA系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控遠(yuǎn)程RTU閥室以及全線站場(chǎng)的天然氣運(yùn)行情況，主要是將SCADA系統(tǒng)運(yùn)用在調(diào)控中心來(lái)遠(yuǎn)程控制站場(chǎng)以及閥室的可控閥門。

2.2 使用多款智能化軟件

在天然氣管道輸送中，不但可以運(yùn)用SCADA系統(tǒng)，還可以將其他智能軟件與之相結(jié)合，更好地提高天然氣管道輸送的自動(dòng)化程度。例如可以運(yùn)用管道模擬仿真軟件、GPS以及GIS等先進(jìn)技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、測(cè)量以及操作天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，并且能夠運(yùn)用多軟件對(duì)手機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與決策，避免出現(xiàn)漏洞，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一查詢，從而無(wú)論是在硬件還是在軟件方面，全面實(shí)現(xiàn)天然氣管道輸送自動(dòng)化程度的提高，大大提高了天然氣管道運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)效率，并且減少了輸送的綜合成本。

2.3 合理優(yōu)化管道輸送干線

除了將智能軟件以及信息化系統(tǒng)運(yùn)用在天然氣管道輸送過(guò)程中，還需要合理優(yōu)化天然到管道硬件方面的設(shè)施。目前，歐洲作為天然氣管道輸送自動(dòng)化程度較高的地區(qū)，也是世界上天然氣輸送管道密度最大的地區(qū)。不僅實(shí)現(xiàn)了各國(guó)之間的天然氣管道互通，在經(jīng)過(guò)海底鋪設(shè)之后，還有效地實(shí)現(xiàn)了國(guó)際互聯(lián)天然氣管道網(wǎng)絡(luò)，大大提高了自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的便利性。從這個(gè)方面來(lái)看，只有對(duì)天然氣輸送管道進(jìn)行充分的優(yōu)化，才能確保其作為自動(dòng)化技術(shù)的載體，在天然氣管道輸送方面發(fā)揮最大的效用。目前，我國(guó)正在建設(shè)中俄之間的跨國(guó)天然氣管道，在建成之后我國(guó)將會(huì)出現(xiàn)大批跨國(guó)輸氣管道，實(shí)現(xiàn)與原有天然氣管道的并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)天然氣管道的自動(dòng)化輸送。

2.4 優(yōu)化天然氣輸送管道

為了提高天然氣管道的運(yùn)輸能力，可以將涂層添加在天然氣輸送管道內(nèi)，這樣也能夠更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化目標(biāo)。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，將涂層添加在管道內(nèi)，不但能夠大大減少輸送過(guò)程中出現(xiàn)的阻力，還能夠提升輸氣量在6%左右，有效地減少故障發(fā)生的概率，全面實(shí)現(xiàn)天然氣管道輸送的自動(dòng)化。

2.5 加大資金投入，提升自動(dòng)化系統(tǒng)智能程度

智能SCADA系統(tǒng)等較為先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)也逐漸運(yùn)用在中國(guó)許多天然管道輸送中，例如陜西北京天然氣管道輸送以及西氣東輸一線、二線管道等。但是在運(yùn)行過(guò)程中，SCADA系統(tǒng)也不可避免會(huì)存在各種故障與問(wèn)題，為了確保SCADA系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要技術(shù)人員進(jìn)行后期的維護(hù)。中國(guó)的天然氣管道輸送中的智能程度在不斷提高，許多天然氣管道輸送中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)SCDAD的全面自動(dòng)化技術(shù)。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，工作人員觀察天然氣管道壓縮機(jī)以及輸送過(guò)程等，可以采取三維彩色圖形顯示器，這種顯示器能夠使得觀察效果更為逼真，且能實(shí)現(xiàn)模擬動(dòng)態(tài)圖?，F(xiàn)階段，對(duì)于SCADA系統(tǒng)的研究方向?yàn)闊o(wú)人值班以及一間監(jiān)控的自動(dòng)化發(fā)展方向。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣管道輸送的自動(dòng)化技術(shù)不但能夠提高輸送效率，還能夠提高天然氣輸送的精確程度，已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)共同研究的課題，也是天然氣管道輸送未來(lái)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張玉龍（1988-），男，黑龍江哈爾濱人，廣西廣投天然氣管網(wǎng)有限公司助理工程師，研究方向：輸氣工藝設(shè)備管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）