天然氣管道輸送自動(dòng)化與自動(dòng)化控制技術(shù)研究

譚洪偉 陳奔泉（中石油管道有限責(zé)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(shí)更經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的選擇；與此同時(shí)，天然氣在工業(yè)方面也有著不可或缺的重要作用。例如，可以使用天然氣進(jìn)行供暖，同樣的，還有使用天然氣燃燒代替燃煤發(fā)電等，相比較為昂貴的燃煤裝置，燃燒天然氣進(jìn)行發(fā)電的設(shè)施建造成本更低，建設(shè)工期更短，可以在保障效果的同時(shí)，有更好的經(jīng)濟(jì)效益和更小的環(huán)境污染。

1 天然氣介紹

天然氣是自然生成的烷烴類(lèi)混合氣體，燃燒能放出大量熱量的氣體。它的主要儲(chǔ)存地點(diǎn)是石油田或天然氣田，常常作為石油的伴生物被開(kāi)采。主要用途是作為一種優(yōu)質(zhì)的燃料，甲烷燃燒只產(chǎn)生水和二氧化碳，相比燃燒產(chǎn)物復(fù)雜且有害的石油、煤氣等而言，天然氣是一種十分環(huán)保的燃料。同時(shí)，在工業(yè)上也可以作為一些復(fù)雜化合物的合成物。

2 天然氣管道運(yùn)輸

在討論天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化之前，首先需要明確天然氣管道運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程，與自來(lái)水的處理流程類(lèi)似，天然氣也要經(jīng)過(guò)氣源地采集、加工、加壓、加熱、存儲(chǔ)、管輸、分輸?shù)纫幌盗胁僮髁鞒?，最終，安全高效的走入工廠或者千家萬(wàn)戶(hù)。從最初天然氣的開(kāi)采，經(jīng)過(guò)種種復(fù)雜的處理和輸運(yùn)過(guò)程，到達(dá)工廠或是千家萬(wàn)戶(hù)，完成天然氣的應(yīng)用，整個(gè)過(guò)程可以被稱(chēng)為天然氣輸送。而天然氣管道運(yùn)輸，則是起到了將天然氣的開(kāi)采與天然氣的應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)的作用。我國(guó)的國(guó)產(chǎn)天然氣自給自足，提供了我國(guó)三分之二的天然氣使用量，而這三分之二的天然氣主要來(lái)自于我國(guó)四大天然氣產(chǎn)區(qū)：塔里木產(chǎn)區(qū)、鄂爾多斯產(chǎn)區(qū)、川渝產(chǎn)區(qū)和海域產(chǎn)區(qū)。而我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)導(dǎo)致我國(guó)主要人口聚集地及工業(yè)產(chǎn)區(qū)皆位于我國(guó)東南地區(qū)，這就導(dǎo)致從天然氣的開(kāi)采到天然氣的應(yīng)用之間需要有一段較為漫長(zhǎng)的運(yùn)輸階段。因此，在國(guó)家的戰(zhàn)略政策下，西氣東輸、川氣東輸?shù)葞讉€(gè)耳熟能詳?shù)拿~就此產(chǎn)生。其中，塔里木產(chǎn)區(qū)的天然氣通過(guò)管道西氣東輸，從南疆的輪臺(tái)鎮(zhèn)一路輸送到上海。自鄂爾多斯產(chǎn)區(qū)開(kāi)采出來(lái)的天然氣則主要輸送到北京，天津，河北等城市。川渝產(chǎn)區(qū)中，有一個(gè)位于四川省達(dá)州市的普光氣田，年產(chǎn)能超過(guò)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(guó)人還找到了海洋天然氣產(chǎn)區(qū)，能夠用于滿(mǎn)足沿海地區(qū)的需求。而進(jìn)口天然氣中，我國(guó)進(jìn)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(kāi)采后，由管道運(yùn)輸?shù)奶烊粴夥Q(chēng)為管道氣，西路-中亞天然氣管道。目前是最重要的一條進(jìn)口通道。土庫(kù)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(guó)進(jìn)口天然氣的一半。中亞天然氣管道目前已經(jīng)有三條線路投運(yùn)：A線、B線和C線。天然氣管道輸送自動(dòng)化與自動(dòng)化控制技術(shù)的研究是一個(gè)十分重要的研究課題，它關(guān)系著我國(guó)天然氣運(yùn)輸及供給效率，也保障著運(yùn)輸管道的安全。

3 天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化

面對(duì)我國(guó)大量的天然氣需要，我國(guó)建設(shè)了成熟的天然氣開(kāi)采和輸運(yùn)系統(tǒng)，解決了我國(guó)天然氣的供應(yīng)問(wèn)題。天然氣的運(yùn)輸是一個(gè)較為復(fù)雜和危險(xiǎn)的工程，這份危險(xiǎn)主要來(lái)自于天然氣本身，首先，作為氣體，它具有著容易泄露的特點(diǎn)，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(diǎn)。這就導(dǎo)致在運(yùn)輸天然氣的過(guò)程中，如何保障安全也成為了一個(gè)難題。天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化則可以讓危險(xiǎn)發(fā)生的可能性降低，在運(yùn)輸過(guò)程中，一套自動(dòng)化的自檢系統(tǒng)，要比使用人力逐步檢查管道更有效率，同時(shí)，自動(dòng)化的檢測(cè)也能避免工作人員親自涉險(xiǎn)。而天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化帶來(lái)的效益遠(yuǎn)不止如此，隨著信息時(shí)代的到來(lái)，運(yùn)輸管道的規(guī)劃從純依靠人力計(jì)算這種效率低下的方式中解脫出來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能制造在我國(guó)天然氣輸運(yùn)線路規(guī)劃中起到了很關(guān)鍵的作用。例如，中國(guó)石油大學(xué)開(kāi)發(fā)的天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真軟件。這款天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真軟件可以在管道鋪設(shè)規(guī)劃中起到很大的作用，能夠在眾多可能中找到最優(yōu)解。同時(shí)，還可以將天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)視控制系統(tǒng)等相連接，以達(dá)到與天然氣運(yùn)輸管道的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以此實(shí)現(xiàn)天然氣管道運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化管理，在異常情況發(fā)生時(shí)可以盡早的進(jìn)行處理。在進(jìn)行天然氣輸運(yùn)管道的鋪設(shè)過(guò)程中，還可以使用如GPS定位等方式，達(dá)到精準(zhǔn)鋪設(shè)，減少誤差及工程事故發(fā)生的可能。

4 自動(dòng)化控制技術(shù)

我國(guó)目前使用的天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化管理系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)輸運(yùn)線路進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)控，大大提高了輸運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)化。同時(shí)，SCADA系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)天然氣的輸運(yùn)狀態(tài)，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(xiǎn)的地方進(jìn)行檢測(cè)工作，提高了安全性，也提高了工作精確度。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理，可以達(dá)到在宏觀上對(duì)天然氣的輸運(yùn)狀態(tài)有所把握，可以幫助工作人員更好的保證天然氣輸運(yùn)工作的正常進(jìn)行。但與此同時(shí)，也應(yīng)該定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題，這時(shí)，就需要工作人員在保證自身安全的情況下及時(shí)維修，避免產(chǎn)生更大的風(fēng)險(xiǎn)。

5 自動(dòng)化控制技術(shù)提升方向

就目前而言，我國(guó)天然氣管道輸送自動(dòng)化較西方國(guó)家起步較晚，技術(shù)與之相比仍有不成熟的地方，自動(dòng)化控制技術(shù)仍有提升空間。例如，將GPS、GIS 等技術(shù)與SCADA 系統(tǒng)相結(jié)合，多種技術(shù)相結(jié)合，能夠健全信息采集系統(tǒng)、可以讓自動(dòng)化控制系統(tǒng)有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力和更精確的定位能力，進(jìn)而更準(zhǔn)確的分析、處理問(wèn)題。除此之外，優(yōu)化管道設(shè)計(jì)方案、減少工程投資，將節(jié)省下來(lái)的資金投入到技術(shù)研究中，可以?xún)?yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)，使之功能更強(qiáng)大，運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定。我國(guó)國(guó)土面積大，西氣東輸?shù)壬婕暗介L(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹卮蠊こ?，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(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)和擁有的較好管道運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)的國(guó)家的管理經(jīng)驗(yàn)，在軟件和硬件一時(shí)間都難以找到比較有效的提升方法時(shí)，優(yōu)化管理體制也可以提高天然氣管道輸運(yùn)自動(dòng)化工作效率，進(jìn)而留出更多寶貴的時(shí)間與資金進(jìn)行系統(tǒng)的合理升級(jí)。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化程度已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但仍有不足，在自動(dòng)化控制技術(shù)方面仍有提升空間。在西氣東輸、川氣東送的建設(shè)下，在我國(guó)東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)，西部地區(qū)天然氣資源儲(chǔ)備豐富的國(guó)情下，保障我國(guó)天然氣運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定、高效，保證運(yùn)輸線路全線的安全成為重中之重。所以，進(jìn)一步提高天然氣管道運(yùn)輸自動(dòng)化工作效率，鉆研自動(dòng)化工作技術(shù)，更新自動(dòng)化工作系統(tǒng)，都是奮斗在一線的工作人員急需解決的重大任務(wù)。目前天然氣已經(jīng)成為我國(guó)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的寶貴資源，天然氣的輸運(yùn)技術(shù)需要不斷更新迭代，才能更好地適應(yīng)我國(guó)國(guó)情，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展持續(xù)輸出動(dòng)力。