自動(dòng)化技術(shù)在天然氣管道輸送過程中的應(yīng)用

傅宣豪，羅云懷，周志昊(國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)川氣東送天然氣管道有限公司，湖北 武漢 430001)

0 引言

天然氣是我國(guó)當(dāng)前主要使用的能源之一，在很大程度上促進(jìn)了社會(huì)發(fā)展、加速了城市化進(jìn)程，在工業(yè)領(lǐng)域、日常生活中均被廣泛使用。與其他傳統(tǒng)能源相比，天然氣應(yīng)用范圍更廣，也更加符合可持續(xù)發(fā)展觀念。自天然氣開采至天然氣使用需要進(jìn)行管道運(yùn)輸，將其自開采地輸送至全國(guó)各地以滿足區(qū)域發(fā)展需求，工程量大，且其中需要綜合運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù)及設(shè)備[1]。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得自動(dòng)化技術(shù)在天然氣管道運(yùn)輸中得到了大范圍使用，但是其中仍存在技術(shù)水平不高、人員能力不足、設(shè)備更新不及時(shí)等問題，需要各方綜合考慮問題發(fā)生原因并予以積極解決，提升天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)，促使天然氣運(yùn)輸業(yè)向智能化、現(xiàn)代化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，在提升行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)獲得更大社會(huì)效益。

1 天然氣管道輸送技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 天然氣管道分類

1.1.1 集氣管道

集氣管道是連接集氣站和氣田井口的最關(guān)鍵部分，也是天然氣管道運(yùn)輸?shù)暮诵暮突A(chǔ)，其主要目的就是統(tǒng)一收集開采的天然氣并進(jìn)行整理。需要注意的是，氣井在未經(jīng)特殊處理前有較高壓力，因此在進(jìn)行開采天然氣過程中需要對(duì)集氣管道的壓力承受值以及管道半徑予以合理控制，可承受壓力值需在9.8 MPa 以上，管道半徑需在25～75 mm 之間。

1.1.2 輸氣管道

輸氣管道是將處理后的氣體自開采地輸送至配氣中心、儲(chǔ)氣倉(cāng)庫(kù)的主體，也是整個(gè)天然氣輸送過程中的主體，具有管道半徑大、相關(guān)工作復(fù)雜程度高等特點(diǎn)。與集氣管道相同，輸氣管道同樣對(duì)壓力承受值有所要求，中俄天然氣管道是當(dāng)前我國(guó)最大輸氣管道，其半徑、壓力承受值分別為1 422 mm、12 MPa，于2019 年投產(chǎn)。

1.1.3 配氣管道

配氣管道的最主要作用就是自調(diào)壓中心將天然氣輸送至支線用戶端，因此具有分支多、半徑較小、布網(wǎng)稠密等特點(diǎn)，這就決定了其壓力承受值相較于集氣管道、輸氣管道更低，因此必須重視天然氣輸送安全的保障。當(dāng)前，我國(guó)以《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》為天然氣輸送的主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)天然氣輸送自動(dòng)化技術(shù)的研究起步較早，其技術(shù)水平也更為先進(jìn)，現(xiàn)已步入了發(fā)展新紀(jì)元。互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展使得多項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)迅猛發(fā)展，天然氣輸送自動(dòng)化技術(shù)融入的技術(shù)愈發(fā)廣泛和多元，也為天然氣輸送提供了強(qiáng)力技術(shù)支撐[2]。天然氣輸送自動(dòng)化技術(shù)在輸送環(huán)節(jié)有不可替代的作用，重視自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和完善將在很大程度上提升天然氣運(yùn)輸效率及利用率，增強(qiáng)輸送安全性，極大推動(dòng)天然氣開采業(yè)、運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新。自動(dòng)化技術(shù)有效連接了氣田、輸氣及集氣管網(wǎng)、用戶，不僅提升了運(yùn)輸工作的系統(tǒng)性，且為天然氣管道施工提供了更加及時(shí)、完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提升了施工的安全性和靈活性。

1.2.2 我國(guó)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，但是經(jīng)過發(fā)展已經(jīng)逐步趕上國(guó)際發(fā)展腳步，西氣東輸作為我國(guó)最大、最典型的天然氣管道建設(shè)工程已向世人展示了我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展[3]。另外，我國(guó)將衛(wèi)星遙感技術(shù)、數(shù)字化管理技術(shù)充分融入至自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過程中，技術(shù)能力和水平有了明顯提升，自動(dòng)化技術(shù)正朝著科學(xué)性、完整性方向發(fā)展。但是，我國(guó)幅員遼闊、氣候及地理環(huán)境多樣、資源分布不均、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡以及人口眾多等都為天然氣運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展提高了難度。而天然氣作為清潔能源已成為國(guó)家發(fā)展的主要依托能源之一，對(duì)其需求量劇增，在此背景下若想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的全面提升還需要各方積極配合，主動(dòng)探索發(fā)展戰(zhàn)略，穩(wěn)步前行，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供能源支撐。

2 提升天然氣管道輸送過程中自動(dòng)化技術(shù)水平的策略

2.1 優(yōu)化輸送管道

天然氣管道運(yùn)輸質(zhì)量提升的最關(guān)鍵一步在于硬件的優(yōu)化，輸送管道的優(yōu)化是天然氣高質(zhì)量、高效率運(yùn)輸?shù)那疤釛l件。相關(guān)工作者必須充分重視輸送管道優(yōu)化工作，如天然氣運(yùn)輸管道內(nèi)側(cè)添加涂層以提高管道運(yùn)輸天然氣的體積及安全性等[4]。另外還需要合理優(yōu)化天然氣管道分布，其中科學(xué)設(shè)計(jì)干線是關(guān)鍵工作內(nèi)容，保證運(yùn)輸效率。目前而言歐洲是天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化水平最高的地區(qū)，其管道密度相對(duì)而言也更高，不僅有效滿足了國(guó)內(nèi)天然氣運(yùn)輸需求，還通過海底管道的鋪設(shè)連接國(guó)際其他地區(qū)，提高了天然氣行業(yè)發(fā)展質(zhì)量。對(duì)此，我國(guó)要重視對(duì)硬件設(shè)備的優(yōu)化，重視運(yùn)輸干線設(shè)計(jì)及架設(shè)工作上的優(yōu)化，更快更好提升自動(dòng)化技術(shù)水平。

2.2 綜合運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)

天然氣運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)水平的提升主要依托兩項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)的融入：一是 GIS、衛(wèi)星遙感技術(shù)；二是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。GIS、衛(wèi)星遙感技術(shù)的使用可以有效提升自動(dòng)化管道管理水平，通過采集系統(tǒng)的健全有效傳輸和管理天然氣運(yùn)輸相關(guān)數(shù)據(jù)，創(chuàng)新數(shù)據(jù)采集方式。同時(shí)通過GPS、GIS 等技術(shù)額使用構(gòu)建完善、系統(tǒng)、集中的數(shù)字化管理體系，不僅能夠做到節(jié)約成本、提升管理效率，還能實(shí)現(xiàn)計(jì)量精確度的提高和管理流程的優(yōu)化[5]。模擬仿真技術(shù)則是以現(xiàn)代化信息技術(shù)為依托，通過數(shù)據(jù)模擬、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)天然氣公司的直觀化技術(shù)管理，有效提高管道的自動(dòng)管理效率，促進(jìn)天然氣運(yùn)輸業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.3 加大軟件系統(tǒng)開發(fā)力度

除輸送管道等硬件設(shè)備的優(yōu)化更新外，相關(guān)政府部門及企業(yè)還要將網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、警報(bào)系統(tǒng)、手動(dòng)治理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)的開發(fā)和完善作為重點(diǎn)工作內(nèi)容，構(gòu)建系統(tǒng)化管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)天然氣運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化管理[6]。軟件系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)輸安全性息息相關(guān)，因此必須充分予以重視，不僅需要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量人才的引入和專業(yè)研發(fā)能力的提高，還要將我國(guó)實(shí)際發(fā)展需求納入考量，提升系統(tǒng)開發(fā)的可行性。

2.4 增加經(jīng)濟(jì)投入

天然氣管道輸送的各個(gè)環(huán)節(jié)都離不開大量資金的支持，因此經(jīng)濟(jì)的充足、合理投入是提升天然氣管道輸送過程中自動(dòng)化技術(shù)水平的關(guān)鍵一步，能夠?yàn)樵O(shè)備的更新、系統(tǒng)的維護(hù)和修整提供必要支持，以此保證軟硬件的開發(fā)和更新[7]。另外，充足的資金投入也能夠?yàn)閷I(yè)人才引入提供支撐，提高職業(yè)吸引力，進(jìn)一步提升人員準(zhǔn)入門檻，吸引高新技術(shù)人才進(jìn)入該行業(yè)。

2.5 充分吸取發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)天然氣管道輸送發(fā)展起步較晚，因此在自動(dòng)化技術(shù)水平上仍存在不足，發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)而言技術(shù)更為先進(jìn)，且在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面也更加豐富[8]。因此，我國(guó)在進(jìn)行天然氣運(yùn)輸業(yè)發(fā)展時(shí)要注重國(guó)際市場(chǎng)的開拓，加大與發(fā)達(dá)國(guó)家的交流力度，在尊重我國(guó)發(fā)展實(shí)際的基礎(chǔ)上充分吸收發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展經(jīng)驗(yàn)、引入國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)軟件。同時(shí)進(jìn)行發(fā)展創(chuàng)新，不斷提升自身技術(shù)能力，全面提高運(yùn)輸過程中的自動(dòng)化技術(shù)水平。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)天然氣運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)得到了一定程度的發(fā)展，逐步與國(guó)際接軌，部分技術(shù)甚至已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但是不可否認(rèn)的是，我國(guó)地理環(huán)境、資源分布、專業(yè)化團(tuán)隊(duì)建設(shè)等仍是給自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展帶來了難度。相關(guān)部門及企業(yè)必須充分認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化技術(shù)阻力以及解決措施，通過多種途徑提升自動(dòng)化技術(shù)水平，提升天然氣行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。