天然氣管道輸送自動化與自動化控制技術研究

譚洪偉 陳奔泉（中石油管道有限責任公司西氣東輸分公司廣東管理處，廣東 廣州 5106650）

天然氣作為一種寶貴的資源，走入了很多家庭，逐步代替了煤氣，成為烹飪時更經濟、安全、環保的選擇；與此同時，天然氣在工業方面也有著不可或缺的重要作用。例如，可以使用天然氣進行供暖，同樣的，還有使用天然氣燃燒代替燃煤發電等，相比較為昂貴的燃煤裝置，燃燒天然氣進行發電的設施建造成本更低，建設工期更短，可以在保障效果的同時，有更好的經濟效益和更小的環境污染。

1 天然氣介紹

天然氣是自然生成的烷烴類混合氣體，燃燒能放出大量熱量的氣體。它的主要儲存地點是石油田或天然氣田，常常作為石油的伴生物被開采。主要用途是作為一種優質的燃料，甲烷燃燒只產生水和二氧化碳，相比燃燒產物復雜且有害的石油、煤氣等而言，天然氣是一種十分環保的燃料。同時，在工業上也可以作為一些復雜化合物的合成物。

2 天然氣管道運輸

在討論天然氣管道運輸自動化之前，首先需要明確天然氣管道運輸的過程，與自來水的處理流程類似，天然氣也要經過氣源地采集、加工、加壓、加熱、存儲、管輸、分輸等一系列操作流程，最終，安全高效的走入工廠或者千家萬戶。從最初天然氣的開采，經過種種復雜的處理和輸運過程，到達工廠或是千家萬戶，完成天然氣的應用，整個過程可以被稱為天然氣輸送。而天然氣管道運輸，則是起到了將天然氣的開采與天然氣的應用聯系起來的作用。我國的國產天然氣自給自足，提供了我國三分之二的天然氣使用量，而這三分之二的天然氣主要來自于我國四大天然氣產區：塔里木產區、鄂爾多斯產區、川渝產區和海域產區。而我國經濟發展形勢導致我國主要人口聚集地及工業產區皆位于我國東南地區，這就導致從天然氣的開采到天然氣的應用之間需要有一段較為漫長的運輸階段。因此，在國家的戰略政策下，西氣東輸、川氣東輸等幾個耳熟能詳的名詞就此產生。其中，塔里木產區的天然氣通過管道西氣東輸，從南疆的輪臺鎮一路輸送到上海。自鄂爾多斯產區開采出來的天然氣則主要輸送到北京，天津，河北等城市。川渝產區中，有一個位于四川省達州市的普光氣田，年產能超過100億立方米，是“川氣東送”工程的氣源地。在東海和南海的一些海域上，中國人還找到了海洋天然氣產區，能夠用于滿足沿海地區的需求。而進口天然氣中，我國進口天然氣的路徑，可分為東西南北四大通道。其中西南北三條通道都是管道氣。什么是管道氣？由天然氣田開采后，由管道運輸的天然氣稱為管道氣，西路-中亞天然氣管道。目前是最重要的一條進口通道。土庫曼斯坦是最大的供貨商，占到了西路氣量的85%左右，此外還有烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦，占我國進口天然氣的一半。中亞天然氣管道目前已經有三條線路投運：A線、B線和C線。天然氣管道輸送自動化與自動化控制技術的研究是一個十分重要的研究課題，它關系著我國天然氣運輸及供給效率，也保障著運輸管道的安全。

3 天然氣管道運輸自動化

面對我國大量的天然氣需要，我國建設了成熟的天然氣開采和輸運系統，解決了我國天然氣的供應問題。天然氣的運輸是一個較為復雜和危險的工程，這份危險主要來自于天然氣本身，首先，作為氣體，它具有著容易泄露的特點，并且泄露出的氣體與空氣接觸后還具有易燃易爆炸的特點。這就導致在運輸天然氣的過程中，如何保障安全也成為了一個難題。天然氣管道運輸自動化則可以讓危險發生的可能性降低，在運輸過程中，一套自動化的自檢系統，要比使用人力逐步檢查管道更有效率，同時，自動化的檢測也能避免工作人員親自涉險。而天然氣管道運輸自動化帶來的效益遠不止如此，隨著信息時代的到來，運輸管道的規劃從純依靠人力計算這種效率低下的方式中解脫出來，大數據、云計算、智能制造在我國天然氣輸運線路規劃中起到了很關鍵的作用。例如，中國石油大學開發的天然氣管道動態仿真軟件。這款天然氣管道動態仿真軟件可以在管道鋪設規劃中起到很大的作用，能夠在眾多可能中找到最優解。同時，還可以將天然氣管道動態仿真技術與數據采集系統、監視控制系統等相連接，以達到與天然氣運輸管道的實時監控，以此實現天然氣管道運輸的自動化管理，在異常情況發生時可以盡早的進行處理。在進行天然氣輸運管道的鋪設過程中，還可以使用如GPS定位等方式，達到精準鋪設，減少誤差及工程事故發生的可能。

4 自動化控制技術

我國目前使用的天然氣管道運輸自動化管理系統是SCADA系統。通過該系統，可以對整個輸運線路進行系統的調控，大大提高了輸運過程的自動化。同時，SCADA系統可以自動檢測天然氣的輸運狀態，盡可能的減少工作人員的工作量，既可以讓工作人員避免親自前往一些危險的地方進行檢測工作，提高了安全性，也提高了工作精確度。在此基礎上進行進一步的數據統計及處理，可以達到在宏觀上對天然氣的輸運狀態有所把握，可以幫助工作人員更好的保證天然氣輸運工作的正常進行。但與此同時，也應該定期對系統進行維護，及時發現SCADA系統可能存在的問題，這時，就需要工作人員在保證自身安全的情況下及時維修，避免產生更大的風險。

5 自動化控制技術提升方向

就目前而言，我國天然氣管道輸送自動化較西方國家起步較晚，技術與之相比仍有不成熟的地方，自動化控制技術仍有提升空間。例如，將GPS、GIS 等技術與SCADA 系統相結合，多種技術相結合，能夠健全信息采集系統、可以讓自動化控制系統有更強的數據傳輸能力和更精確的定位能力，進而更準確的分析、處理問題。除此之外，優化管道設計方案、減少工程投資，將節省下來的資金投入到技術研究中，可以優化自動控制系統，使之功能更強大，運行更可靠、穩定。我國國土面積大，西氣東輸等涉及到長距離運輸的重大工程，所需成本也是極高，所以盡可能壓縮成本也是十分重要的。借鑒國外發達地區和擁有的較好管道運輸自動化技術的國家的管理經驗，在軟件和硬件一時間都難以找到比較有效的提升方法時，優化管理體制也可以提高天然氣管道輸運自動化工作效率，進而留出更多寶貴的時間與資金進行系統的合理升級。

6 結語

我國天然氣管道運輸自動化程度已經達到國際先進水平，但仍有不足，在自動化控制技術方面仍有提升空間。在西氣東輸、川氣東送的建設下，在我國東部地區經濟高度發達，西部地區天然氣資源儲備豐富的國情下，保障我國天然氣運輸的穩定、高效，保證運輸線路全線的安全成為重中之重。所以，進一步提高天然氣管道運輸自動化工作效率，鉆研自動化工作技術，更新自動化工作系統，都是奮斗在一線的工作人員急需解決的重大任務。目前天然氣已經成為我國拉動經濟增長的寶貴資源，天然氣的輸運技術需要不斷更新迭代，才能更好地適應我國國情，為我國經濟的發展持續輸出動力。