淺析天然氣管道輸送自動化技術(shù)的應(yīng)用

申東星 王品賢 田豐 成杰 李志祥

中國石油管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司，中國·河北 廊坊065000

隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅速增長，社會對石油和天然氣的需求也在逐年增加。為倡導(dǎo)中國綠色能源的政策要求，天然氣在中國能源應(yīng)用中的地位日趨明顯，天然氣管道輸送也被更加重視，特別是自動化控制技術(shù)在該領(lǐng)域經(jīng)過多年發(fā)展取得了較大進(jìn)步，逐漸成熟，但是仍然存在一些問題，論文針對這些存在的問題給出解決建議。

天然氣；管道運(yùn)輸；自動化

1 引言

管道是天然氣資源的一個(gè)運(yùn)輸渠道，適用于長距離陸上天然氣輸送。管道運(yùn)輸系統(tǒng)龐大系，工藝設(shè)備多，多技術(shù)應(yīng)用。其中管道自動化技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，從天然氣采集、處理、集輸?shù)接脩?，?shí)現(xiàn)管道數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集處理，以確保安全，高效運(yùn)行。

2 天然氣管道的具體運(yùn)輸

通常天然氣管輸系統(tǒng)主要由輸氣場站、管道和控制中心三大部分組成，涉及計(jì)量、標(biāo)定、加壓、數(shù)據(jù)監(jiān)控采集、應(yīng)急處理等多個(gè)專業(yè)，多個(gè)工種，多個(gè)環(huán)節(jié)。長運(yùn)距、大管徑、高壓力是當(dāng)前天然氣管道的幾大特點(diǎn)，加之天然氣易燃易爆的性質(zhì)和在國家能源的戰(zhàn)略地位，管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行是重中之重，自動化技術(shù)的應(yīng)用在確保安全運(yùn)行的同時(shí)，能夠有效控制運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀

主要從中國和其他國家兩個(gè)大的方面對天然氣管道的相關(guān)自動化技術(shù)的具體應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。

3.1 其他國家的應(yīng)用現(xiàn)狀

其他國家天然氣在應(yīng)用方面是比較早的，所以相應(yīng)的自動化技術(shù)也比較成熟[2]。在自動化技術(shù)應(yīng)用、優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等方面取得新的進(jìn)展。超聲波計(jì)量、紅外泄漏檢測等新的方法應(yīng)用，利用模擬仿真軟件優(yōu)化運(yùn)行方案、在線人員培訓(xùn)等，以GIS（地理信息系統(tǒng)），遙感衛(wèi)星等為代表的新的技術(shù)應(yīng)用。歐洲的輸氣系統(tǒng)已經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化，為各類自動化控制技術(shù)的應(yīng)用提供了完整的平臺。

3.2 中國現(xiàn)狀

中國經(jīng)濟(jì)實(shí)力一直在逐步的提高，科學(xué)技術(shù)也在一直的發(fā)展，關(guān)于中國天然氣管道的相應(yīng)自動化技術(shù)應(yīng)用也發(fā)生了非常巨大的變化。比如中國西氣東輸工程，它已經(jīng)將GPS 和衛(wèi)星遙感技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和管道在線監(jiān)測當(dāng)中進(jìn)行了運(yùn)用，在計(jì)量、數(shù)據(jù)采集上實(shí)現(xiàn)自動控制，但是與其他國家相比還存在差距。

4 自動化技術(shù)在天然氣管道輸送的應(yīng)用方向

4.1 加快管道網(wǎng)絡(luò)化

中國對天然氣需求正在持續(xù)增長，但是天然氣資源分布不均和使用集中性，中國長輸管道已經(jīng)初具規(guī)模，另外中國進(jìn)口天然氣的跨國戰(zhàn)略能源管道，海上LNG 等能源供應(yīng)形成了多元化的海外供應(yīng)體系，這些因素必然促進(jìn)中國天然氣管道網(wǎng)絡(luò)化格局。管道實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化后會涉及不同的標(biāo)準(zhǔn)、工藝和運(yùn)行模式，這為自動化技術(shù)應(yīng)用提供了新的平臺，同時(shí)也帶來挑戰(zhàn)，如何在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能管道和智慧管道是自動化技術(shù)應(yīng)用新的方向[3]。

4.2 智能軟件開發(fā)

天然氣管輸系統(tǒng)常需要模擬仿真，而此類軟件多依賴其他國家公司，中國研發(fā)鮮有報(bào)道，短期內(nèi)應(yīng)用不會受限，但是每個(gè)管道的在線運(yùn)用管理都有自身特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)化格局將帶來更多變化，此時(shí)其他國家軟件可能受到掣肘，一旦技術(shù)封鎖，必將成為災(zāi)難，因此，智能軟件研發(fā)舉足輕重。

4.3 促進(jìn)多技術(shù)融合

目前，天然氣管道輸送控制系統(tǒng)以SCADA 為主，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集。但是管道運(yùn)行的安全性要求能及時(shí)掌握運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，因此，第三方破壞、腐蝕、泄露監(jiān)測等因素的識別是管道運(yùn)行的重點(diǎn)，充分利用光纖傳感、激光紅外遙感、腐蝕在線監(jiān)測、無人機(jī)航測、GPS 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)線路巡查，對于壓縮機(jī)、計(jì)量系統(tǒng)等核心設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能檢測、預(yù)防性維修和全生命周期管理[4]。

可以與市政，氣象、水文等環(huán)境監(jiān)測部門實(shí)現(xiàn)信息共享，獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用于分析穿越道路河流、山區(qū)、地震多發(fā)區(qū)的管道的外部風(fēng)險(xiǎn)因素，預(yù)防或減輕洪水、山體滑坡、泥石流和地震等自然災(zāi)害造成的運(yùn)行損失。

利用大數(shù)據(jù)輔助管道運(yùn)行管理，通過對數(shù)據(jù)的智能化分析和挖掘，掌握管道系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律、剖析事故因素，進(jìn)而優(yōu)化和改進(jìn)運(yùn)行方案。對潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行智能化預(yù)測、提前報(bào)警，實(shí)現(xiàn)管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。目前，大數(shù)據(jù)應(yīng)用中數(shù)據(jù)采集技術(shù)和數(shù)據(jù)管理技術(shù)相對成熟，而數(shù)據(jù)解讀和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)等更具有全面性的技術(shù)發(fā)展緩慢，這是管道自動化技術(shù)應(yīng)用亟需解決的問題。

4.4 海底管道的技術(shù)應(yīng)用

海底管道的智能監(jiān)測和巡檢，海底管道處于高壓低溫環(huán)境中，管道的腐蝕、泄漏檢測技術(shù)是技術(shù)難點(diǎn)，管道外檢測利用雙頻合成孔徑聲吶系統(tǒng)取得一定進(jìn)展，可以探測海底管道的埋設(shè)、懸空和露出情況等，可提前識別風(fēng)險(xiǎn)，做出預(yù)判。但是在泄漏外檢測和精準(zhǔn)定位還存在不足，基于分布式光纖在線檢測技術(shù)逐步興起，但是存在諸多技術(shù)問題，如果能有效解決，在未來會有廣泛應(yīng)用[5]。

5 結(jié)語

中國天然氣管道輸送逐漸呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、多樣化格局，管道系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行是必然要求，自動化應(yīng)用也多以此為基礎(chǔ)開展，隨著智能管道、智慧管道的發(fā)展，自動化應(yīng)用面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。論文對自動化技術(shù)在天然氣管道應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來發(fā)展做了簡要總結(jié)，以期參考借鑒。