天然氣管道輸送自動化技術探討

摘要：天然氣作為一種清潔干凈的能源，已經成為中國當前最主要的能源，并且其清潔環(huán)保的特性與當前的綠色環(huán)保觀念不謀而合，人們對于天然氣的需求量在不斷加大，這對天然氣管道輸送提出了更高的要求。文章分析對比了國內外天然氣管道輸送自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀，并根據中國實際情況提出天然氣管道輸送自動化技術提升措施。

關鍵詞：天然氣；管道輸送；自動化技術；配氣管道；管理成本 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE869 文章編號：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采之后通過天然氣管道輸送到天然氣配氣中心。目前，我國也是主要利用天然氣輸送管道來進行天然氣的輸送，同時也利用了自動化技術，最大化地實現(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，危險性較大，因此天然氣管道輸送系統(tǒng)是十分復雜的。從這方面來看，對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。隨著自動化技術的發(fā)展進步，在天然氣管道輸送中也逐漸將自動化技術應用其中。利用自動化技術能夠進行天然氣的管理，并且能夠實現(xiàn)天然氣輸送的自動化，從而滿足人們的使用需求。天然氣輸送自動化是一個集天然氣開發(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、儲氣庫等不同類型的站點。自動化技術的應用能夠更好地管理天然氣輸送管道以及相關站點、氣體輸送的參數，運用數字化、智能化以及自動化的方法手段來進行天然氣管道的管理。下文將詳細分析國內外天然氣管道輸送自動化技術的應用現(xiàn)狀，并提出幾項提高我國天然氣管道輸送自動化技術的策略。

1 國內外天然氣管道輸送自動化技術

1.1 國內現(xiàn)狀

我國主要的天然氣管道就是應用西氣東輸的管道，到目前為止天然氣管道輸送自動化技術的最高水平就是這項技術。從發(fā)展歷史來看，我國天然氣輸送管道自動化技術起步較晚，無論是在計算機或者是工程技術水平上來看，都與西方發(fā)達國家存在一定的差距。在對天然氣管道進行設計的時候，管線壓力以及流量等參數都是通過穩(wěn)定流動的計算方法來設計出來的，實際的運行數據與這些參數之間存在一些偏差。近些年來，天然氣管道仿真技術在我國也獲得了發(fā)展。例如中國石油大學開發(fā)出的天然氣管道動態(tài)仿真軟件，這個軟件能夠對天然氣管道、壓縮機、調壓閥以及用戶管網進行模擬，有效地實現(xiàn)了天然氣長距離輸送管道以及配管網的動靜態(tài)仿真。現(xiàn)階段，天然氣管道輸送自動化中已經能夠將仿真技術以及數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，即SCADA系統(tǒng)相互結合起來，能夠實時監(jiān)控以及采集天然氣管道數據，從而實現(xiàn)天然氣管道的自動化管理。在這個過程中，還可以綜合運用衛(wèi)星遙感技術以及GPS等多種技術，這些現(xiàn)代自動化技術的應用能夠有效地發(fā)現(xiàn)天然氣管道出現(xiàn)問題的地方，并且能夠及時地進行處理。除此之外，在管理以及測試天然氣壓力的過程中，已經將超聲波流量計應用在其中，確保天然氣不會出現(xiàn)壓力驟然增加的現(xiàn)象，保證壓力以及流量與標準要求相符合。然而，由于我國天然氣分布不均勻，并且地理環(huán)境復雜，因此在天然氣管道建設方面存在許多困難?，F(xiàn)今所有的管道仍然無法滿足需求，加上與國外天然氣管道輸送自動化技術還存在一定差距，因此我國在建立全國性的天然氣管道網絡上還存在一定困難，需要進一步研究天然氣管網的協(xié)同管理以及災難恢復等方面的內容與技術。

1.2 國外現(xiàn)狀

美國早在20世紀60年代初就開始進行干線輸氣管道優(yōu)化運行研究，當時主要是研究穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運行問題。經過幾十年的發(fā)展，美國、英國、俄羅斯等天然氣工業(yè)發(fā)達的國家已經形成了一套比較完整的輸氣管道優(yōu)化運行的理論和方法，并且已將其應用到輸氣管線的生產實踐中。干線輸氣管道優(yōu)化運行的最優(yōu)準則通常是運行能耗或能耗費用最低，采用這類最優(yōu)準則的優(yōu)化運行問題稱為能耗最優(yōu)化問題。國外經驗表明：能耗最優(yōu)化可以使輸氣管道的運行能耗有不同程度的降低。國外的天然氣應用較早，因此天然氣的自動化技術也較為成熟。目前，國外一些涉足油氣管道行業(yè)的專業(yè)軟件公司已經開發(fā)出干線輸氣管道或管網優(yōu)化運行的商品軟件，這些優(yōu)化軟件已經在國外一些干線輸氣管道或管網上應用。此外，某些輸氣管道公司自行開發(fā)了干線輸氣管道或管網優(yōu)化運行軟件。近年來，國外在輸氣管道優(yōu)化運行方面的發(fā)展趨勢是在干線輸氣管道上推廣應用這項技術，同時進一步研究管網優(yōu)化運行技術及非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運行技術。美國Stoner公司開發(fā)了用于氣體穩(wěn)態(tài)管網設計的軟件SWS以及模擬長輸管道動態(tài)工況的軟件SPS。SPS設置了理想化的調節(jié)器，可以方便地模擬管道系統(tǒng)的控制，如進出站壓力控制、流量控制等。

國外在使用自動化技術中，不但包含自動化與網絡技術，還包括對GIS的利用，天然氣管道的設計、施工以及監(jiān)測等。除此之外，在天然氣管道施工管理過程中運用自動化技術，能夠大大降低管理成本，并且及時發(fā)現(xiàn)和處理管道中存在的問題。根據調查研究發(fā)現(xiàn)，美國某個天然氣公司將優(yōu)化運行的技術應用在一條輸氣管道上，其運行數據表明運用了優(yōu)化運行技術之后，該條輸氣管道運行能耗能夠節(jié)約10%左右。現(xiàn)階段，國外對于天然氣管道輸氣管網的研究主要在于非穩(wěn)態(tài)工況的最優(yōu)控制。根據調查研究表明，進行動態(tài)優(yōu)化控制能夠減少17%左右的能耗費用，并且對于動態(tài)時間能夠實現(xiàn)有效的控制。

2 我國天然氣管道輸送自動化技術提升策略

近些年來，中國在天然氣管道輸送自動化技術方面取得了巨大的發(fā)展進步，但是與國外自動化技術的應用相比，還存在著一定的差距。因此，根據實際工作經驗提出以下措施，希望提高天然氣管道輸送自動化技術：

2.1 大力推廣SCADA系統(tǒng)的運用

數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)就是SCADA系統(tǒng)，它主要是運用計算機技術來實現(xiàn)生產運輸過程中的控制與調度的自動化系統(tǒng)。在天然氣長輸管道輸送中，運用SCADA系統(tǒng)不但能夠監(jiān)控以及自動調度天然氣的生產、輸送過程，大大提高天然氣調度的精確度。另外，該系統(tǒng)能夠實時搜集、記錄以及整理、分析天然氣輸送過程中的各項相關數據，對于其中存在隱患的能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理，大大提高天然氣管道輸送的安全性，保證自動化技術的可靠性。在調控中心運用SCADA系統(tǒng)，能夠監(jiān)控天然氣管道的數據。運行人員通過站控界面實現(xiàn)觀察站內壓力和溫度及閥位的數據監(jiān)控，通過壓縮機增壓模式輸送到下游站場，保證了天然氣管道輸送的平穩(wěn)運行。目前，中國已經在天然氣管道輸送過程中普遍應用了SCADA系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)了天然氣管道輸送的自動化。例如在中國的長輸管道西氣東輸過程中，利用SCADA系統(tǒng)來監(jiān)控遠程RTU閥室以及全線站場的天然氣運行情況，主要是將SCADA系統(tǒng)運用在調控中心來遠程控制站場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，不但可以運用SCADA系統(tǒng)，還可以將其他智能軟件與之相結合，更好地提高天然氣管道輸送的自動化程度。例如可以運用管道模擬仿真軟件、GPS以及GIS等先進技術，能夠實時監(jiān)控、測量以及操作天然氣生產現(xiàn)場，并且能夠運用多軟件對手機數據進行分析與決策，避免出現(xiàn)漏洞，實現(xiàn)信息數據的統(tǒng)一查詢，從而無論是在硬件還是在軟件方面，全面實現(xiàn)天然氣管道輸送自動化程度的提高，大大提高了天然氣管道運輸的生產效率，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)運用在天然氣管道輸送過程中，還需要合理優(yōu)化天然到管道硬件方面的設施。目前，歐洲作為天然氣管道輸送自動化程度較高的地區(qū)，也是世界上天然氣輸送管道密度最大的地區(qū)。不僅實現(xiàn)了各國之間的天然氣管道互通，在經過海底鋪設之后，還有效地實現(xiàn)了國際互聯(lián)天然氣管道網絡，大大提高了自動化技術應用的便利性。從這個方面來看，只有對天然氣輸送管道進行充分的優(yōu)化，才能確保其作為自動化技術的載體，在天然氣管道輸送方面發(fā)揮最大的效用。目前，我國正在建設中俄之間的跨國天然氣管道，在建成之后我國將會出現(xiàn)大批跨國輸氣管道，實現(xiàn)與原有天然氣管道的并網，實現(xiàn)天然氣管道的自動化輸送。

2.4 優(yōu)化天然氣輸送管道

為了提高天然氣管道的運輸能力，可以將涂層添加在天然氣輸送管道內，這樣也能夠更好地實現(xiàn)自動化目標。根據調查研究發(fā)現(xiàn)，將涂層添加在管道內，不但能夠大大減少輸送過程中出現(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，全面實現(xiàn)天然氣管道輸送的自動化。

2.5 加大資金投入，提升自動化系統(tǒng)智能程度

智能SCADA系統(tǒng)等較為先進的自動化系統(tǒng)也逐漸運用在中國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。但是在運行過程中，SCADA系統(tǒng)也不可避免會存在各種故障與問題，為了確保SCADA系統(tǒng)的正常運行，需要技術人員進行后期的維護。中國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實現(xiàn)SCDAD的全面自動化技術。在自動化系統(tǒng)中，工作人員觀察天然氣管道壓縮機以及輸送過程等，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，且能實現(xiàn)模擬動態(tài)圖?，F(xiàn)階段，對于SCADA系統(tǒng)的研究方向為無人值班以及一間監(jiān)控的自動化發(fā)展方向。

3 結語

綜上所述，天然氣管道輸送的自動化技術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，已經成為全球范圍內共同研究的課題，也是天然氣管道輸送未來的發(fā)展方向。

參考文獻

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

（責任編輯：蔣建華）