天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保的化石能源,其推廣使用對(duì)改善環(huán)境質(zhì)量、推進(jìn)碳減排目標(biāo)具有重要意義。在低碳經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天,天然氣在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的占比逐年提高,安全供氣成為關(guān)乎民生福祉、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)和諧的大事?!笆奈濉睍r(shí)期,我國(guó)天然氣進(jìn)入快速發(fā)展期。近年來(lái),國(guó)內(nèi)燃?xì)馐鹿识喟l(fā),尤其是湖北十堰“6·13”重大燃?xì)獗ㄊ鹿?、寧夏銀川燒烤店“6·21”特別重大燃?xì)獗ㄊ鹿实?,造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,引發(fā)廣泛關(guān)注。
燃?xì)鈭?chǎng)站是城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中的關(guān)鍵部分,是保障燃?xì)獍踩€(wěn)定供應(yīng)的重要組成,是燃?xì)獍踩M(jìn)萬(wàn)家的第一道關(guān)卡,也是燃?xì)夤镜墓芾碇攸c(diǎn)之一。然而,天然氣易燃易爆,單純依賴(lài)傳統(tǒng)的人工運(yùn)維巡檢和風(fēng)險(xiǎn)管控,存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、手段單一、巡檢質(zhì)量參差不齊、巡檢數(shù)據(jù)及時(shí)性和準(zhǔn)確性無(wú)法保證等諸多問(wèn)題,難以滿足場(chǎng)站風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和快速應(yīng)急響應(yīng)的需要。另外,燃?xì)鈭?chǎng)站設(shè)施相對(duì)集中,周邊環(huán)境復(fù)雜,外界干擾、設(shè)備原因或人員操作失誤等因素都可能引起泄漏,導(dǎo)致“看不住、管不全、管不好”,進(jìn)而引發(fā)爆炸事故,造成嚴(yán)重后果。因此,充分發(fā)揮現(xiàn)代科技賦能作用,加快無(wú)人值守站建設(shè),提高燃?xì)鈭?chǎng)站的安全運(yùn)營(yíng)水平,對(duì)于守護(hù)城市燃?xì)獍踩\(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。
近年來(lái),我國(guó)各行業(yè)的智能化有了不同程度的發(fā)展。2023年,國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見(jiàn)》,提出“以數(shù)字化智能化技術(shù)助力油氣綠色低碳開(kāi)發(fā)利用”,要求“推動(dòng)油氣管網(wǎng)的信息化改造和數(shù)字化升級(jí),推進(jìn)智能管道、智能儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè),提升油氣管網(wǎng)設(shè)施安全高效運(yùn)行水平和儲(chǔ)氣調(diào)峰能力”。在我國(guó)推動(dòng)實(shí)施新基建的戰(zhàn)略背景下,走創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展道路,加快推進(jìn)場(chǎng)站的智能化建設(shè),推進(jìn)燃?xì)獾臄?shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí),也是燃?xì)馄髽I(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
(一)無(wú)人值守站管理模式
目前,我國(guó)的城市燃?xì)鈭?chǎng)站大體分為兩種模式。第一種是大型場(chǎng)站采用“有人值守、無(wú)人操作”的模式。站場(chǎng)配備專(zhuān)人值守,正常運(yùn)行時(shí)無(wú)需站場(chǎng)人員操作,主要通過(guò)調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控和管理,出現(xiàn)異常時(shí)值守人員輔助協(xié)調(diào)和應(yīng)急處置。國(guó)內(nèi)大多數(shù)新建管道都按此理念設(shè)計(jì)與建造,并且部分管道公司已經(jīng)按此方式運(yùn)行管理。站場(chǎng)操作主要是通過(guò)區(qū)域級(jí)或總調(diào)控中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與管理,值守人員加以輔助,并負(fù)責(zé)設(shè)備維護(hù)、事務(wù)協(xié)調(diào)及應(yīng)急處置等工作。
第二種是“無(wú)人值守、無(wú)人操作”模式。這是智能化程度比較高的理想模式,站場(chǎng)不設(shè)置值守人員,實(shí)行調(diào)控中心遠(yuǎn)程控制,站場(chǎng)日常管理和操作由調(diào)控中心進(jìn)行,巡檢維護(hù)人員只需定期到站開(kāi)展設(shè)備巡查和維護(hù)工作。無(wú)人值守站的監(jiān)控模式包括就地控制、站場(chǎng)控制、中心控制三級(jí)控制。區(qū)域化管理一般設(shè)置地區(qū)管理處,配置管理人員、維護(hù)人員、巡檢人員、看護(hù)人員。這些通常設(shè)置在其中一個(gè)站場(chǎng),包括備件庫(kù)房。其他輔助設(shè)施包括集中監(jiān)視中心,通常設(shè)置在分公司或者地區(qū)管理處。管理范圍為80~100 km (1~2 h內(nèi)能夠到達(dá)),4~10個(gè)場(chǎng)站。但受限于管理理念、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及安全要求等因素影響,目前基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種模式。
(二)長(zhǎng)輸油氣管道無(wú)人值守站案例
國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸油氣管道開(kāi)展無(wú)人值守站建設(shè)相對(duì)較早。中石油北京天然氣管道公司在1998年建成第一座無(wú)人值守分輸站;2002年推行小型分輸站無(wú)人值守,開(kāi)展中心遠(yuǎn)控改造;2003年正式提出“有人值守、無(wú)人操作、遠(yuǎn)程控制”的控制理念;2005年開(kāi)始對(duì)標(biāo),并引進(jìn)HAZOP、QRA、RAM、SIL等安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法;2006年轉(zhuǎn)變管理理念,并開(kāi)始持續(xù)不斷地改進(jìn),推行新建大型分輸站無(wú)人駐守;2010年開(kāi)始加快推進(jìn)遠(yuǎn)程控制和無(wú)人值守站建設(shè);2012年開(kāi)始經(jīng)驗(yàn)總結(jié),制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一陜京管道技術(shù)要求;2020年以后,開(kāi)始推進(jìn)區(qū)域化管理,實(shí)施管理轉(zhuǎn)型,推行用戶日指定自動(dòng)分輸。截至目前,陜京管道場(chǎng)站遠(yuǎn)控達(dá)到100%,分輸站全部實(shí)現(xiàn)用戶精確日指定分輸和無(wú)人值守,壓氣站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“一鍵啟機(jī)、自動(dòng)并機(jī)”。
中石油西部管道公司從2009年開(kāi)始推進(jìn)區(qū)域化管理,實(shí)施了作業(yè)區(qū)模式下的集中監(jiān)視,進(jìn)行了作業(yè)區(qū)劃分,共24個(gè)作業(yè)區(qū),已基本實(shí)現(xiàn)區(qū)域化管理,部分站場(chǎng)無(wú)人值守。實(shí)施過(guò)程分為3個(gè)階段:第一階段完成西一線(西段)、雙蘭線、阿獨(dú)烏原油管道集中監(jiān)視建設(shè);第二階段完成西二線(西段)、西三線(西段)、輪吐支干線、各二級(jí)調(diào)控管道站場(chǎng)集中監(jiān)視建設(shè);第三階段完成澀寧蘭管道及澀寧蘭復(fù)線站場(chǎng)集中監(jiān)視建設(shè)。
(三)城鎮(zhèn)燃?xì)鉄o(wú)人值守站案例
城鎮(zhèn)燃?xì)庑袠I(yè)也有一些無(wú)人值守場(chǎng)站。焦作中裕燃?xì)庥邢薰緩?004年開(kāi)始投入運(yùn)行第一座有人值守天然氣場(chǎng)站,隨著新場(chǎng)站的陸續(xù)投運(yùn),每站都需要配7~9人和班車(chē),人力的相關(guān)費(fèi)用占比較高,而且靠值班人員盯守場(chǎng)站設(shè)備,定時(shí)記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)并電話上報(bào)的方式非常落后且具有很大的不確定性。于是,公司采取了兩步措施:第一,現(xiàn)有有人值守場(chǎng)站建設(shè)自控系統(tǒng);第二,新建場(chǎng)站直接建設(shè)無(wú)人值守站。從2014年開(kāi)始,公司先后新建和改建無(wú)人值守站4座,這些場(chǎng)站運(yùn)行安全、穩(wěn)定,一年節(jié)省的人力等費(fèi)用就能收回?zé)o人值守站控制系統(tǒng)的投資成本。
安陽(yáng)華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰境闪o(wú)人值守站項(xiàng)目小組,2018年5月置度站工藝改造開(kāi)工,2019年9月開(kāi)始試運(yùn)行。置度站通過(guò)對(duì)站內(nèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理,以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集數(shù)據(jù)為依據(jù),遠(yuǎn)程對(duì)站內(nèi)調(diào)壓、閥門(mén)等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行模式采取自動(dòng)或遠(yuǎn)程遙控操作。這一方式不僅可以遠(yuǎn)程監(jiān)控壓力、流量、溫度數(shù)據(jù),遠(yuǎn)程切換工藝流程,還實(shí)現(xiàn)了燃?xì)庑孤﹫?bào)警遠(yuǎn)傳及緊急遠(yuǎn)程切斷,實(shí)現(xiàn)了燃?xì)赓Y源科學(xué)調(diào)配。公司原置度門(mén)站有8人值守,采取四班三運(yùn)轉(zhuǎn)模式,改造后僅需1人日常巡視和管理。經(jīng)過(guò)測(cè)算,建設(shè)同等規(guī)模的無(wú)人值守門(mén)站每年可節(jié)省費(fèi)用約70萬(wàn)元。
(四)燃?xì)鉄o(wú)人值守站場(chǎng)優(yōu)缺點(diǎn)
經(jīng)調(diào)研分析,合格的無(wú)人值守站運(yùn)行模式,可有效提高遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的有效性和可靠性,降低人為原因產(chǎn)生的不確定性或不安全因素,提高管道的運(yùn)行效率和可靠性,進(jìn)而降低管線的運(yùn)行成本。
但無(wú)人值守站場(chǎng)仍存在風(fēng)險(xiǎn)及缺點(diǎn):對(duì)設(shè)備自動(dòng)化、信息化要求高,造成投資成本高;控制邏輯復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)難度大,測(cè)試不充分可能會(huì)留下隱患;系統(tǒng)容錯(cuò)性要求高;運(yùn)營(yíng)方缺少實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),風(fēng)險(xiǎn)考慮不全;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備質(zhì)量不穩(wěn)定、設(shè)備故障率高,制約自動(dòng)、遠(yuǎn)控功能的實(shí)施;無(wú)人值守后響應(yīng)速度慢。
在開(kāi)展智能化改造的基礎(chǔ)上,部分行業(yè)企業(yè)也開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)制訂工作。具體到無(wú)人值守站方面,電力系統(tǒng)、冶金行業(yè)已經(jīng)發(fā)布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家管網(wǎng)等相關(guān)單位已經(jīng)開(kāi)始起草編制計(jì)劃,部分燃?xì)夤局贫似髽I(yè)標(biāo)準(zhǔn)。城鎮(zhèn)燃?xì)庑袠I(yè)也亟需編制一部標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)和規(guī)范無(wú)人值守場(chǎng)站的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和管理。
目前,根據(jù)公開(kāi)資料搜集到的我國(guó)無(wú)人值守站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。
由表1可見(jiàn),目前,我國(guó)無(wú)人值守站場(chǎng)主要由政府管理部門(mén)或燃?xì)夤窘Y(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀編制相應(yīng)的國(guó)家、行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。城鎮(zhèn)燃?xì)庑袠I(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還較少,城鎮(zhèn)燃?xì)鉄o(wú)人值守站或智能場(chǎng)站的建設(shè)缺少參考依據(jù)和指導(dǎo)規(guī)范。從內(nèi)容上看,無(wú)人值守站需要從設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等多方面做出明確的技術(shù)要求,對(duì)適用范圍、術(shù)語(yǔ)定義、工藝系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、安全防護(hù)、運(yùn)行內(nèi)容和周期、維護(hù)要求等內(nèi)容做出具體要求。
所謂城鎮(zhèn)燃?xì)鉄o(wú)人值守站是指,無(wú)人員現(xiàn)場(chǎng)值班,利用信息技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、可靠通訊方式等監(jiān)控燃?xì)鈭?chǎng)站的安全運(yùn)行狀況、運(yùn)行壓力、流量等數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況,進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程遙控管理,實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈭?chǎng)站安全穩(wěn)定運(yùn)行。
城鎮(zhèn)燃?xì)鉄o(wú)人值守站以SCADA系統(tǒng)為基礎(chǔ),配置自動(dòng)監(jiān)控、故障診斷、自主調(diào)節(jié)等功能,實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站的自動(dòng)化、智能化管理,主要由工藝系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、建(構(gòu))筑物、附屬設(shè)施以及安全防護(hù)等組成,包括現(xiàn)場(chǎng)控制(表2)和遠(yuǎn)程控制(表3)。
無(wú)人值守站建設(shè)的關(guān)鍵是工藝系統(tǒng)的配置。工藝系統(tǒng)應(yīng)滿足性能良好、可靠性高、故障率低及自動(dòng)化、信息化水平高的要求,并應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的可靠控制的需要。以無(wú)人值守燃?xì)庹{(diào)壓站為例,需要控制的工藝監(jiān)控參數(shù)見(jiàn)表4。
除了工藝系統(tǒng)外,監(jiān)控系統(tǒng)以及安全防護(hù)等都要安全可靠。
監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備采用熱備冗余功能,具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、歷史趨勢(shì)查詢(xún)、報(bào)警功能。需實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Φ谌皆O(shè)備計(jì)量、調(diào)壓、火災(zāi)報(bào)警控制器、恒電位儀、低壓配電柜、UPS、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、火炬點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控,同時(shí)將設(shè)備診斷功能集成至系統(tǒng)中,設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí),系統(tǒng)會(huì)以報(bào)警方式提示操作人員。
無(wú)人值守站監(jiān)控系統(tǒng)部署環(huán)境應(yīng)具備防火、防盜等措施,配置相應(yīng)的視頻安防、消防、門(mén)禁、環(huán)境監(jiān)測(cè)等系統(tǒng),應(yīng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制??刹捎?G 通信技術(shù),結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進(jìn)的技術(shù)手段,對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行全面感知,對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
場(chǎng)站聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)拓?fù)鋱D,主要是由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心(總部監(jiān)控中心、區(qū)域分控中心、手持客戶端)組成,三者相互銜接。
前端系統(tǒng):該系統(tǒng)對(duì)燃?xì)鈭?chǎng)站的出入口及重點(diǎn)區(qū)域布設(shè)了整體視頻監(jiān)控,設(shè)定了防范的周界并對(duì)范圍內(nèi)的報(bào)警進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
傳輸網(wǎng)絡(luò):燃?xì)鈭?chǎng)站前端的監(jiān)控系統(tǒng)使用的網(wǎng)絡(luò)是承載于運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò),以做好前端設(shè)備與后端平臺(tái)的通信支撐。主要包括有線和無(wú)線兩種通信方式。前端采集的視音頻及環(huán)境數(shù)據(jù)可上傳至平臺(tái)供工作人員查看。
監(jiān)控中心:監(jiān)控中心由總部監(jiān)控中心、區(qū)域分控中心和手持終端組成,使用者不同,功能各不相同??偛勘O(jiān)控中心部署有監(jiān)控平臺(tái)的服務(wù)端及客戶端,可管理集團(tuán)下屬所有設(shè)備,接收前端上傳的數(shù)據(jù),并進(jìn)行管理。區(qū)域分控中心部署監(jiān)控平臺(tái)的客戶端,滿足分控中心工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)視頻及環(huán)境量的查看及操作。手持終端部署監(jiān)控平臺(tái)移動(dòng)客戶端,滿足人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)視頻及環(huán)境量的查看及操作。
關(guān)鍵的一點(diǎn)是,無(wú)人值守站要滿足標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的要求。在條件允許的情況下,要采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件設(shè)備,要規(guī)范系統(tǒng)的使用方法與操作流程,降低系統(tǒng)維修與優(yōu)化的難度,加強(qiáng)各無(wú)人值守站系統(tǒng)的兼容性。
基于城鎮(zhèn)燃?xì)庑袠I(yè)安全管理要求和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展,燃?xì)鈭?chǎng)站的自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化是未來(lái)的必然趨勢(shì)。對(duì)于較傳統(tǒng)的燃?xì)庑袠I(yè)而言,還需要提升現(xiàn)有的運(yùn)行管理模式和理念,加快無(wú)人值守站的建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)制定,提高調(diào)度監(jiān)控部門(mén)對(duì)場(chǎng)站的管控效果,提高場(chǎng)站的安全運(yùn)行效率,降低操作人員在危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)的活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)和操作風(fēng)險(xiǎn)。為此,本文對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)鉄o(wú)人值守站的發(fā)展提出下列建議。
一是通過(guò)調(diào)研現(xiàn)有場(chǎng)站情況,摸清現(xiàn)有場(chǎng)站智能化數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)有燃?xì)鈭?chǎng)站進(jìn)行技術(shù)升級(jí)、設(shè)備設(shè)施改造,整合各類(lèi)基礎(chǔ)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),梳理規(guī)范化的統(tǒng)一流程以及投入各類(lèi)智能化設(shè)備、系統(tǒng)的使用,為實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人場(chǎng)站奠定良好基礎(chǔ)。
二是規(guī)劃好場(chǎng)站的各類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)。構(gòu)建統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行管理,采用大數(shù)據(jù)分析算法、仿真技術(shù)、專(zhuān)家分析、人工智能等技術(shù),對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、設(shè)備管理、應(yīng)急調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)等提供智能優(yōu)化的方案,提高運(yùn)行處置效率。
三是構(gòu)建燃?xì)夤た叵到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全保障體系。采取有效的安全管理、邊界防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、主機(jī)防護(hù)等手段,盡可能地消除或降低工控系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。
四是推進(jìn)燃?xì)鉄o(wú)人值守站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制??偨Y(jié)現(xiàn)有無(wú)人值守站的建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),并形成標(biāo)準(zhǔn)文件,更有效地指導(dǎo)無(wú)人值守站的規(guī)范化發(fā)展,有利于提高場(chǎng)站的智能化建設(shè)水平。標(biāo)準(zhǔn)編制要與相關(guān)政策、法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相一致。
五是做好無(wú)人值守站建設(shè)管理措施。隨著科學(xué)和信息技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,目前燃?xì)馄髽I(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和信息化系統(tǒng)建設(shè)方面做了很多工作,推動(dòng)了城市燃?xì)庑袠I(yè)智能化發(fā)展和進(jìn)步。但管理模式的創(chuàng)新還不夠,不利于技術(shù)的推廣應(yīng)用。無(wú)人值守場(chǎng)站的建設(shè)和發(fā)展同樣存在這類(lèi)問(wèn)題。
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(責(zé)任編輯:張秋辰)