油氣管道無人值守站及區(qū)域化管理創(chuàng)新與實(shí)踐

摘" " 要：基于西北油氣管廊帶及西南山地管道區(qū)域內(nèi)實(shí)施無人值守站模式及區(qū)域化管理創(chuàng)新，油氣調(diào)控中心持續(xù)推進(jìn)以“集中統(tǒng)一調(diào)度、分散分級(jí)控制”為原則的一體化調(diào)控體系建設(shè)，對(duì)各條管道的站場(chǎng)實(shí)施分級(jí)分類管理。通過對(duì)各配套支撐系統(tǒng)的需求分析、功能優(yōu)化提升及可靠性改造，制訂實(shí)施無人值守站規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)和管理模式。在作業(yè)區(qū)-無人站（少人站）管理模式下，梳理了油氣管網(wǎng)作業(yè)區(qū)中心場(chǎng)站、作業(yè)區(qū)附近站場(chǎng)、獨(dú)立運(yùn)行站場(chǎng)、液體管道少人值守站、天然氣管道少人值守站、無人值守站六種運(yùn)行模式。以西北油氣管廊帶典型空間模型為例，深入研究作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)（維修隊(duì)）功能特征、定位及選址方式。在此基礎(chǔ)上，提出連續(xù)模型（一元選址模型）、離散模型（多元選址模型）和專家咨詢法三種選址方式，從而探索一種適應(yīng)管道集中布置的油氣管廊油氣站場(chǎng)區(qū)域化管理新模式，并做優(yōu)做強(qiáng)作業(yè)區(qū)，為實(shí)現(xiàn)“全國(guó)一張網(wǎng)”的運(yùn)營(yíng)管理提供了新思路、新辦法。

關(guān)鍵詞：油氣管道；無人值守站；區(qū)域化管理；運(yùn)行維護(hù)

Innovation and practice in automatic station and regional construction and

management of oil amp; gas pipelines

AI Liqun1， WEI Xianghe2， MIN Wenxi1， LI Chengxiang1， SHI Haibin1， YU Weichao3

1. Southwest Pipeline Company of National Pipeline Network Group， Chengdu 610095， China

2. Western Pipeline Company of National Pipeline Network Group， Urumqi 830000， China

3. Oil amp; Gas Control Center of National Pipeline Network Group， Beijing 100013， China

Abstract：Based on the implementation of automatic control station model and regional management innovation of oil amp; gas pipeline corridor belt in northwest China and mountain pipeline in Southwest China， Oil amp; Gas Control Center continues to promote the building of an integrated operational regulation system based on the principle of “centralized scheduling and decentralized control”， and implement per-category management of stations for each pipeline at different levels.Through the demand analysis， function optimization and reliability improvement of each supporting system， the planning and construction objectives and management modes of automatic stations were put in place.Under the operating zone-automatic station management mode， this paper sorted out six operating modes-central stations in the Oil amp; gas pipeline operating zone， stations near the operating zone， stations in independent operation， automatic stations of liquid pipelines， automatic stations of gas pipelines， and automatic stations. Taking the typical space model of the oil amp; gas pipeline corridors in northwest China as an example， we went deep into the function characteristics， positioning and site selection modes of central stations （maintenance team） in the operating zone， and accordingly put forward three types of site selection modes-continuous mode （univariate site selection model）， discrete model （multivariate site selection model）， and expert consulting method， thus exploring a new regional management model for oil amp; gas stations in oil amp; gas pipeline corridors suitable for centralized pipeline layout， and strengthening the operating area. This offers a new approach to the operation and management based on “coordinated national network”.

Keywords：oil amp; gas pipeline; automatic station; regional management; operating maintenance

歐美國(guó)家管網(wǎng)系統(tǒng)的管道干線主要分布在多條管道并行、同介質(zhì)管道之間互聯(lián)互通的幾條管廊帶內(nèi)，并普遍采用區(qū)域化運(yùn)行維護(hù)模式，實(shí)行中間站場(chǎng)無人化管理，形成了管網(wǎng)整體優(yōu)勢(shì)，具有多油氣源多通道供給、資源保供能力超強(qiáng)、對(duì)單條管道的安全等級(jí)要求降低、油氣供給可靠靈活、無需24 h不間斷地人工現(xiàn)場(chǎng)巡護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[1]。

由于歷史原因，國(guó)內(nèi)油氣管道的設(shè)計(jì)理念、自動(dòng)化水平、人機(jī)匹配、管理模式等方面與歐美國(guó)家存在較大差別，尤其在管網(wǎng)無人值守站、區(qū)域化運(yùn)行維護(hù)等方面存在差距。

1）管道抗風(fēng)險(xiǎn)能力低。我國(guó)國(guó)土面積和美國(guó)基本相當(dāng)，但是干線油氣管道里程僅18 × 104 km，管道干線的密度是美國(guó)的1/5。初步形成“全國(guó)一張網(wǎng)”，除西北形成油氣管廊，華北、東北部分管道并行之外，多數(shù)管道獨(dú)立走向，尤其下游大多沒有形成多氣源，同一氣源沒有形成多通道，而且儲(chǔ)氣庫(kù)等設(shè)施不足[2]，管道抗風(fēng)險(xiǎn)能力低。

2）管網(wǎng)整體優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。我國(guó)以往普遍實(shí)行“按線管理”模式，單條油氣管道運(yùn)行監(jiān)控、設(shè)備檢修、應(yīng)急搶險(xiǎn)、管道巡護(hù)均獨(dú)立分割；各屬地單位之間存在著許多交叉工作流程，導(dǎo)致彼此協(xié)調(diào)工作難度大、內(nèi)部資源難以共享、管控水平低等問題[3]。

3）站場(chǎng)運(yùn)維模式落后。隨著油氣管道建設(shè)向大口徑、高壓力、大流量和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，規(guī)劃布局的東北、西北、西南陸上和海上四大油氣戰(zhàn)略通道的實(shí)施完成，我國(guó)已基本形成橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、覆蓋全國(guó)、連通海外的國(guó)內(nèi)油氣骨干管網(wǎng)、管廊。管道硬件水平有了巨大發(fā)展，但站場(chǎng)值守、巡檢操作、計(jì)量交接等運(yùn)維模式與之尚不匹配。

為解決上述問題，自2008年開始，各管道運(yùn)維、調(diào)控企業(yè)發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化資源配置，先后探索實(shí)施無人值守站建設(shè)、區(qū)域化管理與集中調(diào)控，由按線管理為主調(diào)整為分區(qū)域管理，以油或以氣為主的管道運(yùn)營(yíng)公司建成輸送介質(zhì)多元化、管理區(qū)域化的綜合性管道運(yùn)營(yíng)公司，優(yōu)化二級(jí)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)設(shè)置，持續(xù)推進(jìn)生產(chǎn)組織模式變革[4]。至今，已初步形成“全國(guó)一張網(wǎng)”，進(jìn)入“并國(guó)網(wǎng)、建新網(wǎng)、融省網(wǎng)”歷程。

對(duì)油氣管道無人值守站進(jìn)行深入研究，以西北油氣管廊帶典型空間模型為例，探索出一種適應(yīng)管道集中布置的油氣管廊油氣站場(chǎng)區(qū)域化管理新模式，并做優(yōu)做強(qiáng)作業(yè)區(qū)，為實(shí)現(xiàn)“全國(guó)一張網(wǎng)”的運(yùn)營(yíng)管理提供了新思路、新辦法。

1" " 無人值守站概述

1.1" " 無人值守站分類

根據(jù)作業(yè)區(qū)—少人站（無人站）建設(shè)需要，所轄管道及站場(chǎng)的運(yùn)維管理特點(diǎn)、各油氣站場(chǎng)所承擔(dān)的業(yè)務(wù)功能、失效后果、影響范圍、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、允許失效時(shí)間、配套設(shè)施及依托條件等，參考LEC評(píng)價(jià)法的形式，對(duì)西北油氣管廊帶各條管道的油氣站場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)。油氣站場(chǎng)分級(jí)指標(biāo)I的關(guān)系函數(shù)如下：

[I∝Q·C·RT] （ 1 ）

式中：Q為管道油品/天然氣的設(shè)計(jì)年輸送量的賦值，取值范圍為0～100分；C為站場(chǎng)失效的經(jīng)濟(jì)社會(huì)后果賦值，指站場(chǎng)一旦發(fā)生影響油氣供應(yīng)事故，其可能帶來的損失或影響；R為場(chǎng)站失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，即站場(chǎng)每年可能遭遇影響油氣供應(yīng)事故的概率；T為站場(chǎng)允許停輸失效時(shí)間。

在西北油氣管廊帶規(guī)劃實(shí)踐中，Q、C、R、T四種因素分別用不同的賦值來表示，為了簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)計(jì)算過程，賦值采取半定量計(jì)值法，即經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)計(jì)算相結(jié)合，具體賦值見表1～表4。I值可評(píng)價(jià)站場(chǎng)“運(yùn)維搶”一體化風(fēng)險(xiǎn)性的大小，I值越大，站場(chǎng)“運(yùn)維搶”一體化風(fēng)險(xiǎn)越大，分值見表5。

我國(guó)西北地區(qū)原油、成品油、天然氣3種介質(zhì)輸送管道系統(tǒng)已率先實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、多油氣來源、多管道并行，形成西北油氣管廊帶。按照式（1），開展管廊帶油氣站場(chǎng)分級(jí)與定性分析，將西北油氣管廊帶內(nèi)油氣站場(chǎng)歸納為5類，詳見表5。

值得注意的是，按以上評(píng)價(jià)法對(duì)西北油氣管廊帶內(nèi)油氣站場(chǎng)進(jìn)行劃分時(shí)，結(jié)合了西北油氣管廊帶的特點(diǎn)，具有一定的經(jīng)驗(yàn)性和局限性。其他管道企業(yè)應(yīng)用時(shí)需要考慮其局限性，根據(jù)實(shí)際情況予以修正。

1.2" " 無人值守站規(guī)劃目標(biāo)

按照“集中統(tǒng)一調(diào)度，分散分級(jí)控制”的原則，以“全國(guó)一張網(wǎng)”調(diào)控體系一體化建設(shè)為引導(dǎo)，根據(jù)各個(gè)站場(chǎng)不同功能特點(diǎn)、站場(chǎng)自動(dòng)化程度、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)現(xiàn)狀、人員配置及輔助系統(tǒng)設(shè)置等情況，分析制訂實(shí)施無人值守站規(guī)劃方案，對(duì)各配套支撐系統(tǒng)進(jìn)行功能全面優(yōu)化及可靠性改造[5]，并作為無人值守站管理模式的標(biāo)準(zhǔn)，依托中心站場(chǎng)，整合優(yōu)化維修維護(hù)、應(yīng)急搶修力量。無人值守站5類站場(chǎng)的規(guī)劃方案及目標(biāo)見表6。

1.3" " 作業(yè)區(qū)—無人站（少人站）運(yùn)維模式

在一定區(qū)域范圍內(nèi)整合油氣站場(chǎng)，實(shí)行作業(yè)區(qū)—無人站（少人站）運(yùn)維模式，油氣站場(chǎng)調(diào)整為班組模式，完善作業(yè)崗位體系，分為作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)（維修隊(duì)）、作業(yè)區(qū)附近站場(chǎng)、獨(dú)立運(yùn)行站場(chǎng)等6種運(yùn)行模式，分別論述如下。

1）作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)（維修隊(duì)）。指作業(yè)區(qū)依托站場(chǎng)（維修作業(yè)隊(duì)），例如西北油氣管廊帶西氣東輸二三四線合建壓氣站、大型油庫(kù)等。作業(yè)區(qū)負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)站場(chǎng)維修維護(hù)、巡檢操作及應(yīng)急搶險(xiǎn)。巡檢執(zhí)行每日“1+3+特殊”巡檢模式，即作業(yè)區(qū)組織各專業(yè)開展每日 1 次的綜合巡檢，值班干部組織每日3 次的重點(diǎn)巡檢及特殊巡檢。通過作業(yè)區(qū)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)，當(dāng)班應(yīng)急人員重點(diǎn)關(guān)注報(bào)警預(yù)警信息，定時(shí)分析運(yùn)行趨勢(shì)，研判風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)確認(rèn)并處理。

2）作業(yè)區(qū)附近站場(chǎng)。指距離作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)較近（可在15 min以內(nèi)到達(dá)）的站場(chǎng)，可納入作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)統(tǒng)一管理，其維修維護(hù)、巡檢操作及應(yīng)急搶險(xiǎn)參照作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)執(zhí)行。作業(yè)區(qū)派駐個(gè)別運(yùn)維應(yīng)急人員在站場(chǎng)值守，接收響應(yīng)各類指令，第一時(shí)間、第一現(xiàn)場(chǎng)快速響應(yīng)并應(yīng)急處置事故事件。

3）獨(dú)立運(yùn)行站場(chǎng)。指獨(dú)立于作業(yè)區(qū)單獨(dú)運(yùn)行的站場(chǎng)，對(duì)于在西北油氣管廊帶之外的場(chǎng)站，交通距離較遠(yuǎn)，不形成規(guī)模效應(yīng)的場(chǎng)站，運(yùn)維模式調(diào)整少。

4）液體管道少人值守站，主要指液體管道中間泵站。站內(nèi)報(bào)警信息納入作業(yè)區(qū)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)，派駐2名運(yùn)維人員在站場(chǎng)值守，接收響應(yīng)各類指令，第一時(shí)間、第一現(xiàn)場(chǎng)快速響應(yīng)并應(yīng)急處置事故事件。

5）天然氣管道少人值守站，主要指設(shè)計(jì)輸量較小的壓氣站。站內(nèi)報(bào)警信息納入作業(yè)區(qū)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)，派駐3名運(yùn)維人員在站場(chǎng)值守，接收響應(yīng)各類指令，第一時(shí)間、第一現(xiàn)場(chǎng)快速響應(yīng)并應(yīng)急處置事故事件。

6）液體及天然氣分輸站（中間清管站），主要指液體及天然氣管道分輸站場(chǎng)或中間清管站。液體管道分輸站有分輸任務(wù)時(shí)臨時(shí)派駐2名運(yùn)維人員，無分輸任務(wù)時(shí)人員撤回作業(yè)區(qū)；當(dāng)天然氣分輸站場(chǎng)未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分輸、計(jì)量交接電子化時(shí)，需派駐1名運(yùn)維人員，實(shí)現(xiàn)電子化后不再派駐運(yùn)維人員；中間清管站不配備運(yùn)維人員。

2" " 區(qū)域化管理標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

2.1" " 作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)（維修隊(duì)）的作用

在構(gòu)建“一個(gè)數(shù)字管網(wǎng)”背景下，實(shí)行“集中調(diào)控+區(qū)域化管理+無人值守站”建設(shè)，是對(duì)齊“建運(yùn)維研”作業(yè)，拉通端到端業(yè)務(wù)流程，打造覆蓋油氣站場(chǎng)全業(yè)態(tài)、全場(chǎng)景安全高效的智慧管網(wǎng)的客觀需要，也是基層運(yùn)維人員由傳統(tǒng)運(yùn)行倒班轉(zhuǎn)向“運(yùn)維搶”一體化的內(nèi)在要求。

作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)（維修隊(duì)）（以下簡(jiǎn)稱作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)）將各類資源聚集起來，形成一支多介質(zhì)、多工種、多專業(yè)協(xié)同作業(yè)的團(tuán)隊(duì)，是區(qū)域內(nèi)具有“運(yùn)維搶”一體化功能的場(chǎng)所，是發(fā)揮規(guī)模集合效應(yīng)的關(guān)鍵。當(dāng)有運(yùn)維作業(yè)需求時(shí)，集合相關(guān)的人員及機(jī)具、物料、車輛等，實(shí)施運(yùn)維檢修作業(yè)；作業(yè)完結(jié)后回到作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)，或進(jìn)入預(yù)先計(jì)劃的下一個(gè)油氣站場(chǎng)，完成下一項(xiàng)運(yùn)維檢修作業(yè)[6]。如果布設(shè)合理，規(guī)模適度，可提高作業(yè)區(qū)整個(gè)運(yùn)維系統(tǒng)的效率。

2.2" " 作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)輻射保障半徑

在油氣管網(wǎng)、管廊內(nèi)，每一個(gè)作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)都有其最優(yōu)輻射保障半徑，在此范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)“運(yùn)維搶”一體化規(guī)模效應(yīng)。反之，輻射保障半徑超出范圍則會(huì)導(dǎo)致成本上升、保障不力等問題。如圖1所示，構(gòu)建西北油氣管廊帶內(nèi)典型油氣站場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)模型，模型空間包括有n座第一類站場(chǎng)～第五類站場(chǎng)。將作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)轄區(qū)劃分為3個(gè)分區(qū)，Ⅰ區(qū)為第五類站場(chǎng)所在區(qū)域，Ⅱ區(qū)為第四類站場(chǎng)所在區(qū)域，Ⅲ區(qū)為第一類～第三類站場(chǎng)所在區(qū)域，三個(gè)分區(qū)的半徑分別為D1、D2、D3。

作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的服務(wù)保障能力與站場(chǎng)之間的物理距離、維修作業(yè)響應(yīng)時(shí)間等因素有密切關(guān)系，相關(guān)約束條件簡(jiǎn)述如下。

1）運(yùn)維操作組一年內(nèi)發(fā)生的作業(yè)工作日最大數(shù)量。為確保完成作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)油氣站場(chǎng)全部“運(yùn)維搶”作業(yè)，將作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)劃為m個(gè)運(yùn)維操作組，即滿足如下關(guān)系：

[j=1nTzj≤βi=1mρTwi]" "（ 2 ）

式中：[Tzj]為第j座油氣站場(chǎng)一年內(nèi)發(fā)生的運(yùn)維作業(yè)日，d；[Twi]為第i個(gè)運(yùn)維操作組年最大運(yùn)維作業(yè)日，d；[ρ]為人員工休系數(shù)；[β]為維修派單影響因子；在西北油氣管廊帶內(nèi)m通常取3。

顯然，隨著作業(yè)區(qū)輻射保障半徑的增大，規(guī)劃納入的油氣站場(chǎng)數(shù)量逐漸增多，“運(yùn)維搶”一體化作業(yè)需求將達(dá)到上限。經(jīng)研究分析，西北油氣管廊帶的每個(gè)作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)原則上管轄第五類站場(chǎng)不應(yīng)超過1個(gè)、第四類站場(chǎng)不應(yīng)超過4個(gè)，管轄的總站場(chǎng)數(shù)量不應(yīng)超過8個(gè)。其中第四類站場(chǎng)的D2值為80 km路程、1 h響應(yīng)時(shí)間的條件下，可參照少人值守站規(guī)劃建設(shè)；若不滿足上述條件，則屬不能形成規(guī)模效應(yīng)的場(chǎng)站，需參照獨(dú)立運(yùn)行站場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)。

2）作業(yè)路程。運(yùn)維操作組應(yīng)依托作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)或者城市。從以人為本及經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，運(yùn)維操作組接受維修工單并完成單個(gè)作業(yè)的時(shí)間應(yīng)在一個(gè)工作日內(nèi)，單次往返油氣站場(chǎng)的時(shí)間應(yīng)該在10～12 h之間。對(duì)于大型集中作業(yè)采用連續(xù)工作模式，設(shè)置臨時(shí)依托點(diǎn)。基于道路交通狀況，第一類站場(chǎng)、第二類站場(chǎng)、第三類站場(chǎng)應(yīng)在D3范圍內(nèi)，即200 km路程、3 h響應(yīng)時(shí)間，均可參照無人值守站、少人值守站規(guī)劃建設(shè)。以規(guī)劃哈密作業(yè)區(qū)為例（如圖2所示），該行政區(qū)域有2座第五類站場(chǎng)、4座第四類站場(chǎng)、2座第三類站場(chǎng)、1座第一類站場(chǎng)。在完善哈密壓氣站、雅滿蘇壓氣站、翠玲站進(jìn)場(chǎng)道路的基礎(chǔ)上，若以哈密市或哈密維搶修隊(duì)為作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)（如圖3所示），仍存在了墩壓氣站1個(gè)第五類站場(chǎng)、3個(gè)第四類站場(chǎng)處于D2（即80km路程、1 h響應(yīng)時(shí)間）范圍之外，不滿足安全生產(chǎn)要求。在不改造進(jìn)場(chǎng)道路情況下，哈密作業(yè)區(qū)需設(shè)置了墩壓氣站、煙墩壓氣站2個(gè)作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)和哈密壓氣站、雅滿蘇壓氣站2個(gè)獨(dú)立運(yùn)行站。其他如獨(dú)山子、武威、烏魯木齊等作業(yè)區(qū)也存在類似問題。

（3）應(yīng)急搶險(xiǎn)響應(yīng)時(shí)間。以油氣站場(chǎng)及管道故障失效、降量或停輸斷供對(duì)下游工業(yè)與民用需求的影響程度為參考依據(jù)，原則上，若初期響應(yīng)時(shí)間超過1h，可新增管道保護(hù)站。第四類站場(chǎng)如在D1范圍內(nèi)，即油氣站場(chǎng)突發(fā)事件初期響應(yīng)15 min以內(nèi)，可參照作業(yè)區(qū)附近站場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)。油氣站場(chǎng)均應(yīng)滿足200 km路程或者3 h響應(yīng)時(shí)間，作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)之間區(qū)域應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，構(gòu)成“1+3+6+X”應(yīng)急響應(yīng)圈。

2.3" " 作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)選址方法

由于作業(yè)區(qū)內(nèi)油氣站場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)的變化會(huì)引起作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)運(yùn)維人員出行量、距離、頻次等相應(yīng)發(fā)生變化，通過作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)與作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)油氣站場(chǎng)之間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系研究，探尋兩者之間的交通特性，從而尋求科學(xué)的作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)選址方法，實(shí)現(xiàn)高效“運(yùn)維搶”一體化管理。

在對(duì)西北油氣管廊帶區(qū)域化管理進(jìn)行試運(yùn)行的過程中，探索總結(jié)出了三種選址方法，即連續(xù)模型（一元選址模型）、離散模型（多元選址模型）和專家咨詢法。其中，連續(xù)型選址模型是在早期規(guī)劃研究中提出的，模型相對(duì)較為簡(jiǎn)單，實(shí)用性不強(qiáng)；離散型模型是以總費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)建立的選址模型，比較有代表性[7]。

2.3.1" " 離散模型選址法

假定作業(yè)區(qū)內(nèi)有n座油氣站場(chǎng)，可供選擇的選址有q個(gè)，兩點(diǎn)之間距離為L(zhǎng)ij，從中選取最佳的作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)。此模型假設(shè)運(yùn)維作業(yè)發(fā)生點(diǎn)的出行交通可以從設(shè)置的作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)中轉(zhuǎn)，也可直達(dá)，并且一次交通出行至少完成一項(xiàng)運(yùn)維作業(yè)。出行費(fèi)用Cij與交通距離Lij正相關(guān)，設(shè)定各可行作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的建設(shè)費(fèi)用、出行費(fèi)用和各點(diǎn)之間的總交通量（即運(yùn)維作業(yè)量），以總成本最小為目標(biāo)，確定作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的最終選址方案，數(shù)學(xué)模型如下：

[minF=i=1nk=1qCikXik+k=1qj=1nCkjYkj+i=1nj=1nCijZij+k=1q（Cki=1nXik+FkWk）]" " " " " " " " " "（ 2 ）

約束方程為：

[k=1qXik+j=1nZij≤Ni" " " " "i=1，2，3，…][，]n" "（ 3 ）

[k=1qYkj+i=1nZij≤Nj" " " " j=1，2，3，…，]n" （ 4 ）

[i=1nXik=j=1nYkj" " " " " " " "k=1，2，3，…，q] （ 5 ）

[i=1mXik?MWk≤0] （ 6 ）

[Xik，Ykj，Zij≥0] （ 7 ）

式中：Cik為從出發(fā)點(diǎn)i到備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k的單位交通費(fèi)用，元/ km；Ckj為從備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k到運(yùn)維目的地j的單位交通量費(fèi)用，元/km；Cij為從出發(fā)點(diǎn)i直接到運(yùn)維目的地j的單位交通量費(fèi)用，元/km；Xik為從發(fā)生點(diǎn)i到備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k的交通量，km；Ykj為從備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k到運(yùn)維目的地j的交通量，km；Zij為從出發(fā)點(diǎn)i直接到運(yùn)維目的地j的交通量，km；如果i=j，表示停留該油氣站場(chǎng)開展下一項(xiàng)作業(yè)；Fk為備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k的基建費(fèi)用，元；Wk為0或1變量，Wk=1表示備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k被選中，否則Wk=0；Ck為作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k到依托城市的單位交通運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，元/km；M為一個(gè)相當(dāng)大的正數(shù)；Ni為作業(yè)區(qū)運(yùn)維作業(yè)交通出發(fā)總量，km；Nj為作業(yè)區(qū)運(yùn)維作業(yè)交通目的地總量，km。

以上為一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃模型，采用“分支定界法”求解模型，求得Xik、Ykj、Zij 和Wk的值。Xik表示了運(yùn)維作業(yè)返回作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的情況；[i=1nXik]決定了該作業(yè)區(qū)的規(guī)模，[i=1nXik]=0說明備選點(diǎn)k不應(yīng)設(shè)置作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)；Ykj表示了作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)到運(yùn)維目的地的情況；[i=1qWk]為規(guī)劃區(qū)域內(nèi)可布局作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的數(shù)目。

上述模型因?yàn)榭紤]了新建作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的基建投資，從而出現(xiàn)了0～1變量，導(dǎo)致必須采用比較復(fù)雜的混合整數(shù)規(guī)劃法求解。在西北油氣管廊帶與西南山地管道區(qū)域化管理實(shí)踐中，作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)往往沒有依托主要城市新建，而是依托區(qū)域內(nèi)條件較好的大型站場(chǎng)，并對(duì)其適當(dāng)改造。如果從較長(zhǎng)的時(shí)間段考慮，大型站場(chǎng)改造建設(shè)投資對(duì)整個(gè)選址過程經(jīng)濟(jì)效益的影響并不大，可以不在目標(biāo)函數(shù)中考慮。因此，實(shí)踐中，混合整數(shù)規(guī)劃模型就簡(jiǎn)化成如下線性規(guī)劃模型：

[minF=i=1nk=1q（Cik+Ck）Xik+k=1qj=1nCkjYkj+i=1nj=1nCijZij]" （ 8 ）

約束方程為：

[k=1qXik +j=1nZij=Ni" " i=1，2，3，…，n] （ 9 ）

[k=1qYkj +i=1nZij=Nj" " j=1，2，3，…，n]" （ 10 ）

[i=1nXik+Xk=dk" " " " k=1，2，3，…，q]" "（ 11 ）

[j=1nYkj+Xk=dk" " " " k=1，2，3，…，q]" "（ 12 ）

[Xik， Ykj， Zij≥0]" （ 13 ）

式中：dk為備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k可能設(shè)置的最大規(guī)模，XK為備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)k的閑置能力，其余符號(hào)同前。

以上是線性規(guī)劃中典型的通勤運(yùn)輸問題，模型求解方法比較成熟，可以編程實(shí)現(xiàn)。該模型的目標(biāo)函數(shù)表示作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)出行交通總費(fèi)用最小?？傻脹Q策變量Xik、Ykj的值。Xik、Ykj、[i=1qWk]與之前混合整數(shù)規(guī)劃模型表述一致。

2.3.2" " 專家咨詢選址法

由專家們憑各自的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)咨詢的選址給出回答，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出候選方案，對(duì)于有限的幾個(gè)城市、大型油氣場(chǎng)站等候選地址得出最優(yōu)選址方案[8]。

2.3.3" " 選址方法比選

離散型選址模型中，混合整數(shù)規(guī)劃選址模型在理論上非常完善，但仍然是對(duì)實(shí)際問題的很大簡(jiǎn)化，沒有考慮油氣站場(chǎng)重要性系數(shù)、運(yùn)維搶修作業(yè)難度等實(shí)際影響因素。即使如此，由于考慮了作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的基本建設(shè)投資，出現(xiàn)了0～1整數(shù)變量，模型的建立和求解仍然很復(fù)雜，因此混合整數(shù)規(guī)劃模型只能用于情況比較簡(jiǎn)單的、管轄站場(chǎng)數(shù)量較少的作業(yè)區(qū)。而線性規(guī)劃選址模型敘述明確，但事先需要確定備選作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)的數(shù)量及位置，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較完善的基礎(chǔ)上使用該法得到的結(jié)果較符合實(shí)際。但實(shí)踐中部分參數(shù)難以確定，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作量大，需要的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)較多，具體實(shí)踐應(yīng)用中要互相結(jié)合。

在西北油氣管廊帶無人值守站可研規(guī)劃過程中，企業(yè)先后形成了17、19、26個(gè)作業(yè)區(qū)的三套方案，其他獨(dú)立運(yùn)行站不計(jì)；在西南山地管道區(qū)域化管理實(shí)踐中，形成了32個(gè)作業(yè)區(qū)中心站場(chǎng)，無獨(dú)立運(yùn)行站?？裳幸?guī)劃均采用了離散模型選址法，在區(qū)域化管理試點(diǎn)建設(shè)及優(yōu)化整合過程中，采用了專家咨詢選址法予以優(yōu)化。

3" " 結(jié)束語

經(jīng)過10余年無人值守站及區(qū)域化管理探索，管道企業(yè)提升了系統(tǒng)互聯(lián)互通優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了降本增效，提高了安全管控能力。一是資源保供能力提升。如果管廊帶內(nèi)某條管道出現(xiàn)事故停輸，可通過其他管道或通道保證油氣資源供應(yīng)暢通，不會(huì)影響下游用戶使用，對(duì)單條管道的安全要求降低。二是保障管道安全暢通。只要管網(wǎng)總體可靠、管道負(fù)荷率合理，某條管道安全性能可相應(yīng)降低，站場(chǎng)不需要24 h不間斷地現(xiàn)場(chǎng)巡護(hù)，只需定期派人巡檢維修設(shè)備。三是降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。以西北油氣管廊帶為例，實(shí)行該項(xiàng)管理創(chuàng)新與實(shí)踐后，直接用工由2012年峰值4 991人降至3 403人，減少32%；全員人均管理管道里程由2.8 km增加到5.3 km。

“全國(guó)一張網(wǎng)”形成后，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)依據(jù)所轄管道及站場(chǎng)的運(yùn)行管理特點(diǎn)，各機(jī)泵站所承擔(dān)的業(yè)務(wù)、功能、配套設(shè)施及依托條件，實(shí)行統(tǒng)一的油氣站場(chǎng)分級(jí)分類、區(qū)域化管理，優(yōu)化“建運(yùn)維研”管理體制，逐步推進(jìn)“運(yùn)維中心-作業(yè)區(qū)”兩級(jí)管理模式，從而實(shí)現(xiàn)以人為本、管理高效、運(yùn)行可靠、應(yīng)急處理有效的目標(biāo)，推進(jìn)了智慧管網(wǎng)、智能化管道建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

艾力群（1983—），男，江西新余人，高級(jí)工程師，2008年畢業(yè)于西安交通大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事自動(dòng)分輸、智能站場(chǎng)、全面遠(yuǎn)控方面的工作。

Email：tlmlqai@163.com

收稿日期：2023-12-27