燃氣智能化與燃氣SCADA系統在燃氣安全管理中的應用

張進彥

（新疆燃氣集團有限公司 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市 830000）

在城市不斷建設與發展、人們生活水平逐漸提高的形式下，讓城市燃氣緊跟數字化、智能化發展步伐是必然趨勢。我國各大城市都在有計劃的、規范的推進城市燃氣管理工作，滿足人們對燃氣服務、質量和供應數量的需求，實現節約能源、保護環境的目標。因此統一調度燃氣供應、監控燃氣使用，同時利用信息化管理系統促進數據采集與分析工作更加高效精準，是實現城市燃氣管理升級與創新的重要助力。

1 智慧燃氣在煤改條件下的重要性以及必要性

1.1 SCADA系統

SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監控系統。可以實時采集現場數據，對工業現場進行本地或遠程的自動控制，對工藝流程進行全面、實時的監控，并為生產、調度和管理提供必要的數據。SCADA 系統可為輸配場站和調度中心提供運行的實時和歷史數據,現場設備的工作狀態。由于一部分設備管控簡化、布局分散，在建設SCADA 系統的時候會花費較多資金，所以通常情況下會利用RTU 進程數據信息傳輸。在RTU（REMOTE TERMINAL UNIT 的簡稱，既遠方數據終端，用于監視、控制與數據采集的應用。具有遙測、遙信、遙調、遙控功能。）系統的運作下，不僅可以達成數據收集和分析任務，還能給指揮調度中心傳輸相應數據和信息。同時此系統還能做到遠程控制，于城市高中壓調壓站中建設監控等終端，這樣不僅可以及時發現問題，還可通過警報、切換控制等方面提高工作的安全性。SCADA 系統是否具有平穩性和可靠性主要決定于以上生產調度中心、中壓管網RTU 和相關高中壓調壓站上傳數據信息的情況。此項系統具有非常強的開放性，不僅可以從其它系統處獲得更多信息，還能優化功能，具有很強的擴展性[1]。SCADA 系統結構圖如圖1 所示。

圖1：SCADA 系統結構圖

1.2 SCADA系統特征

SCADA 系統的特點主要分為三個方面：首先是可靠性，此系統可以利用檢查、調控和調度等功能保障天然氣輸配系統的運行更加安全可靠，同時還能利用收集參數實現預警、超限警報和系統安全管理等功能避免安全事故發生。同時還具有設備遠程控制功能，避免因人為操作失誤而發生嚴重的安全事故。并且還設計了管網運行情況概況、趨勢分析以及數據參數表等等功能，分別可以從管網整體運行的情況、數據分析以及不同區域的參數對比等角度實現安全保護目的，促進系統運行更加穩定可靠[2]。SCADA 系統主要功能圖如圖2 所示。

其次是適用性，SCADA 系統涉及的領域非常多，從計算機信息技術、控制技術到網絡通信技術，同時也使用了很多機械設備，例如網路設備等，既具有豐富性又具有成熟性和可行性。主站和遠端站都有專業的技術人員看守，在局域網和遠程終端單元中采用具有標準性和實效性的IP 協議，讓通信更加穩定。

最后是擴展性，SCADA系統能和開發平臺合作，通過簡化操作、應用符合自身需求的軟件和管理方式來增加系統的普及性、成熟性和穩定性。

圖2：SCADA 系統主要功能圖

1.3 應用SCADA系統

城市化和工業化的發展一方面促進了人類生活水平的快速提升，一方面也因為煤炭大量消耗導致大氣受到了嚴重的污染，讓環境問題日益嚴峻。特別是冬天取暖等原因，讓煤炭燃燒量大幅增加并且排污更加嚴重，引發了負擔極重的霧霾問題。因此我國在“大氣十條”中明確提出要改善和發展天然氣使用的方法，并且通過應用天然氣取代煤炭的方式保障城市居民的生活和環境的美觀性。2017年，我國環保部通過提出“2+26”的方式將大部分北方城市納入到實施范圍中，以此促進冬季清潔取暖工作穩定運行，將保護藍天任務提上日程并且開始安排相應工作。

在推進過程中，雖然一方面實現了保護大氣的目標，但另一方面也出現了較為嚴重的氣荒問題，且這種問題隨著燃氣管線不斷增加而愈發嚴峻。因此必須提高對燃氣管理的重視程度，在保證燃氣供應量和安全的基礎上，對管網進行統一的管理和輸配，將燃氣調配工作視為管理工作的核心。

基于此，發展SCADA 系統既能實現互聯網信息技術、云計算以及智能技術的快速融合，最終實現對管網的智能化管理,又能實現燃氣管理的自動控制，讓燃氣管道更加安全，讓燃氣管理效益更加顯著。

2 城市燃氣智能化特點以及城市燃氣管理任務

2.1 城市燃氣自動化管理的特點

城市燃氣管網主要分為三個層次，高壓、中壓和低壓燃氣，首先是高壓燃氣，這種燃氣不可以直接輸送給用戶，必須在經過降壓處理之后才能給用戶使用。并且這種從高壓到低壓的過程不能自己實現，必須依靠一套完整、高效的降壓裝置才能實現，這種裝置被統稱為燃氣調壓站，這種裝置所需要的關鍵設備就是調壓器。調壓站依據地理位置和壓力等級可以分為多種站點，例如城市門站、高、中、低壓調壓站等等。所以相比以過濾、調壓等方面為主要目的長輸管網站，城燃場站主要將調壓作為關鍵任務，所以對壓力的監督和控制是保障城市燃氣的重要環節[3]。同時目前城市燃氣智能化建設具有現代化企業所擁有的自動化平臺為主要建設基礎，并且通過對其進行完善和擴展打造出具有智慧化特性的安全管理平臺，以此增加全局性遠程監控、預警機制、安全指揮、安全調度、安全性業務管控以及辦公管理等方面的內容，以此實現管網的智慧化發展、運行和維護。

2.2 城市燃氣安全管理的任務

城市燃氣管理的主要目的是在保證安全性的基礎上進行供氣，想要實現此項目標，一方面要確保燃氣管線設備的安全性和穩定性，另一方面要確保城市燃氣管網的正常運作。在對于前者進行管理的時候，主要采用相關的管理系統或者地理信息系統。想要保護后者穩定運作，主要采用SCADA 系統。SCADA 系統進行監控和收集相關信息數據的重要內容就是壓力，并且因為城市燃氣的下層傳遞者就直接是使用者，因此SCADA 系統也需要重視使用量的計算。調壓站如今已成為燃氣管網運作的關鍵，所以前者的情況其實就是后者的情況，所以系統主要的監控內容其實也是調壓站的情況。除了壓力是監控的重要內容，其實設備狀況、運行參數等方面也被納入了監控[4]。

2.3 城市燃氣智能化的特點和發展方向

燃氣調壓站朝著智能化發展的主要內容就是實現遠程監控、安全管理等方面，在調壓站中應用自動化技術的主要情形是：收集數據信息、報警、遠程調控壓力以及流量遠程控制等。現階段進行城市燃氣建設時，經常會設置調壓撬設備。因此在開展城市燃氣監控工作時，檢查調壓撬設備其實也是一項非常重要的內容。除此之外，對于井道等封閉性較強的場景中，也要重視對可燃氣體濃度的檢測，避免出現重大安全事故[5]。

想要促進城市燃氣智能化發展和安全應用還需要關注以下幾個方面，例如遠程監控平臺、智能化通訊網路等。

3 燃氣智能化在城市燃氣SCADA系統的實現條件以及應用

3.1 城市燃氣智能化在SCADA系統中的應用條件

相比于長輸管線，城市燃氣的壓力比較低并且其主要任務是調控壓力，所以在開展城市燃氣壓力監控工作時，主要監控的范圍是次高壓、中壓等。相比于長輸管線，在促進城市燃氣智能化過程中所應用的壓力變送器的范圍更加廣闊。通過RTU 遠程傳輸方式不僅可以降低巡查的頻率，還能獲得更加真實可靠的數據，最終通過形成的數據曲線分析，在用氣降低壓力時，可以根據圖標和數據研究用戶使用燃氣的特點，也可以保證管線始終處于安全的狀態，同時這些數據也是信息化、智能化建設過程中重要數據的構成部分[6]。

在進行遠程抄表時，最常用的技術就是4G、lora 等技術，這樣既可以保證低耗能，又可以讓用戶的使用情況與數據實現上傳的及時性和準確性。抄表除了進行結算外，還可總結用戶的習慣。并且還能消除死表問題，由于下層用戶比較喜歡使用具有成本比較低廉且計算效果差于超聲波流量計的渦輪流量計，因此常常會造成計算偏差。但是通過對壓力、流量等方面進行智能化分析就可以輕松分辨出死表現象，然后將其快速更換，避免出現較大的損失。

對于管理工作的安排不僅是利用控制軟件呈現數據，還可以通過終端連接實現報警功能。例如可以利用將APP 展現某些的區域的參數，然后讓巡查員查看這種方式降低管理工作的任務量，并且也可以在最短時間內發現問題。高權限的巡查員不僅可以看到整個管線的情況，還可以進行下一步的管理和安排[7]。

3.2 城市燃氣智能化的應用表現

城市燃氣的智能化在SCADA 系統中的應用表現主要為兩個方面，首先就是可以對比較關鍵的設備進行管控，例如傳統建設時，調壓撬是利用間接式調壓器進行壓力和流量調節工作的。間接式調壓器的主要應用方式是利用預先設置參數實現調節目的，雖然可以簡化調壓方式，但是不可避免的是在面對管網工況變化的情況時，必須讓運行人員來調整參數。但是智能化調壓撬可以改善此點，可以在分析不同工況的情況下進行參數分析，也可以對工況進行分類，最終獲得最優參數。其次就是數據處理和研究，通常情況下報警值是在經驗計算和設計的基礎上設置的，但是如果應用SCADA 系統則可以在掌握歷史數據的基礎上進行分析和比較，最終可以獲得更加精準和穩定的數據，在發現不正常情況時還能快速報警，提高了管網的安全性和穩定性[8]。

4 結束語

自動化、智能化和信息化發展是必然趨勢，將重要且先進的技術和燃氣管道管理結合，既可以提高管理水平，也能促進管理人員的綜合素質得以不斷提高。但在完善和發展技術的過程中，一定要看到技術發展的前景和堅持人員培訓、教育的重要性，這樣既可以讓SCADA 系統的應用更加高效、高質，還可以發揮其最大價值。