探究計算機控制技術在油氣管道運輸中的應用

賈明 王東華 吳艷綢 朱蘭霞

摘 要：使用管道對油氣進行運輸，具有諸多優勢，能夠提高運輸安全性、降低成本、增加輸送量等，所以我國使用油氣管道運輸非常普遍。但是在油氣管道在運輸過程中還是會發生各種故障問題，比如管道腐蝕、破裂等，為了降低這些故障的發生概率，文章將計算機控制技術應用其中。計算機控制技術在工業中具有重要作用，其靈活性較強，能夠實現有效控制。所以文章分析了三種計算機控制系統在油氣管道運輸中的應用。通過計算機控制技術的應用，油氣管道運輸具有更好的焊接效果，腐蝕檢測變得更加精確、高效，運輸過程變得更加順暢、穩定。

關鍵詞：計算機控制技術;油氣;管道運輸;應用

中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0115-04

Explore the Application of Computer Control Technology in Oil and Gas Pipeline Transportation

Jia Ming， Wang Donghua， Wu Yanchou， Zhu Lanxia

（Shaanxi Modern Permanent Safety Technology Co.，Ltd.，? Xi an 710000，China）

Abstract：The use of pipelines to transport oil and gas has many advantages， which can improve transportation safety， reduce costs， and increase transportation volume. Therefore， the use of oil and gas pipelines in my country is very common. However， various failures still occur during the transportation of oil and gas pipelines， such as pipeline corrosion and rupture. In order to reduce the probability of these failures， the paper applies computer control technology to it. Computer control technology plays an important role in industry. It has strong flexibility and can realize effective control. So the paper analyzes the application of three computer control systems in oil and gas pipeline transportation. Through the application of computer control technology， oil and gas pipeline transportation has better welding effect， corrosion detection becomes more accurate and efficient， and the transportation process becomes smoother and more sTab.

Key words：computer control technology; oil and gas; pipeline transportation; application

石油和天然氣對國家的經濟建設有重要作用，由于我國地理位置原因，造成油氣分布不均勻，所以在使用過程中必然需要對其進行運輸[1]。然而油氣具有易燃易爆特征，增加了運輸的難度[2]。為了在一定程度降低運輸的危險性，選擇管道運輸更為合適，然而在管道運輸中也會存在各種問題[3-4]。計算機控制技術的應用，能夠對油氣管道運輸中可能存在問題進行控制，從而降低運輸故障的發生概率。

1 計算機控制技術的簡介

1.1 計算機控制技術的發展

1946年世界上第一臺計算機于美國研發成功，隨著人類對計算機的重視程度越來越高，我國在1959年研發出了第一臺國產計算機，并將其應用到實際的生產生活中[5]。雖然我國對計算機的研發相對國外較晚，但是隨著我國科研人員的不斷努力，已經在計算機上大有成就。計算機誕生之后，人類對其進行不斷擴展和深入研究，在20世紀50年代中期計算機控制技術產生，該技術主要應用于工業生產中，并且隨著計算機控制技術的使用，給工業生產帶來了巨大效益[6]。此時還處于計算機控制技術的初始階段，經過十年左右的發展之后，計算機控制技術主要應用到了化工業上。隨著計算機控制技術的深入發展和研究，計算機控制技術越來越成熟，人類也更加意識到其重要性，然后將其進行廣泛推廣，此時已經有了微型計算機，該計算機具有體積較小、運行速度快、性價比高等優勢，所以能夠在更多的行業中進行使用。如今，計算機控制技術還處于不斷發展時期，該技術經過不斷的改進和優化，變得更加完善。已經發展了很多功能強大的計算機控制系統，比如基于PLC的計算機控制系統、基于數字調節器的計算機控制系統等[7]。雖然計算機控制系統功能和穩定性變得越來越好，但是該技術并不會止于眼前，還會繼續向前發展，使其變得更加成熟，能夠在各行各業中發揮不可替代的作用，比如能夠在油氣輸送管道中發揮重要作用。

1.2 計算機控制技術的優勢

計算機控制技術主要包含兩個部分，分別為監控系統和過程對象，組成部分看似比較少，但是該技術的有效整合和運用，能夠使其具有不同的使用效果，所以能夠在不同領域中中滿足不同的控制需求。計算機控制技術的功能強大，與常規的調節控制系統相比，其主要優勢表現如下：

（1）靈活性較強。在計算機控制系統中，往往會存在不同的控制的技術，通過對這些技術的靈活運用，能夠保障控制目標的實現，另外，如果在控制過程中需要對其進行調整，可以對軟件編程進行靈活性的修改，還能夠對系統軟件進行靈活性的修改，使其適合于復雜的生產需求環境。

（2）控制精度高。在計算機中擁有強大的數值運算功能，所以當常規調節器無法完成的工作，計算機控制技術能夠以非常高的準確性完成，另外，很多調節器還會受到元件老化等因素的影響，而造成精度降低，但是計算機控制技術在很多情況下不會受到熱噪聲和元件老化等問題的影響，所以其具備很高的控制精度。

（3）可以完成分時控制的目的。因為計算機控制技術有很好的存儲能力和判斷能力，能夠對外界環境變化進行判斷和分析，所以當環境發生變化時，計算機控制技術都能夠得到最優的調整和控制決策，通過計算機控制技術的不斷分析，還能夠掌握控制的規律，使得控制能夠實現分時控制目的。

1.3 計算機控制系統的工作原理

計算機控制技術通過計算機控制系統進行體現，在計算機控制系統中存在不同的計算機控制技術，正是由于這些技術的綜合使用，使得計算機控制系統能夠發揮更大的作用。并且文章對計算機控制技術在油氣管道運輸中進行使用，一般情況下，也是通過使用計算機控制系統在油氣管道運輸中發揮作用。所以在研究計算機控制系統的應用之前，需要了解其工作原理。

計算機控制系統不僅需要具備硬件和軟件，而且其中還需要有專門的數字轉換設備。計算機控制系統主要應用于各個行業中實現實時控制目標，所以需要其具備非常強大的可靠性，能夠及時完成控制作用，能夠最大化的實現計算機控制技術的作用。該系統的工作原理可以概括為3個過程，分別如下所示：

（1）實時數據采集。計算機控制系統首先需要將要控制目標相關的信息數據進行收集，然后將收集到的和檢測到的結果傳送到計算機中，當生產需求或者外部環境發生變化之后，從而有利于實現實時控制的作用。

（2）實時決策。數據收集完成之后，需要對其進行分析，按照計算機控制規律，對控制過程進行決策。該環節的作用在于通過對數據進行分析，得到實時控制結果。

（3）實時控制。通過上述得到的實時決策，然后及時根據決策作出控制，通過控制信號采取相應的操作，從而使得控制任務能夠順利完成。

計算機控制系統在工作過程中，會將上述3個步驟進行重復，從而按照相關指標對工作進行控制，系統在工作過程中，能夠及時發現問題，并對其進行處理。計算機控制系統屬于一個統稱，其中存在不同形式的控制系統，以直接數字控制系統為例，其結構圖如圖1所示，系統首先通過模擬量的形式將數據信息傳輸到微機中，微機會對數據進行處理分析，然后經過決策作用到輸出通道，然后按照相關要求進行執行，在使用過程中會有相關的檢測，會將部分檢測結果反饋到微機中，即實現了控制作用[8]。

2 油氣管道運輸的介紹

通過上述分析可知計算機控制技術具有強大的功能，通過將不同計算機控制技術進行組合，使用計算機控制系統實現計算機控制技術的作用，能夠在化工、工業生產等中具有重要意義。油氣管道運輸對我國的生產和生活有直接影響。如果將計算機控制技術應用到油氣管道運輸中，將有利于提高油氣管道運輸的效率和質量。

油氣屬于易爆易燃物質，所以在運輸過程中使用管道相比于公路和水路等方式更加安全，因為管道屬于一種密閉性將強的設施，所以能夠很大程度上降低事故的發生頻率，對相關工作人員的生命安全也有一定的保證，而公路、水路這種運輸發生容易出現各種交通事故，造成的經濟損失和人員傷亡情況將會更加嚴重，所以使用管道進行運輸安全性大有提高。另外，使用管道對油氣進行運輸還有以下2點優勢：

（1）節能、成本低。對管道的建設進行了解之后，發現其建造成本比水路或者公路便宜更多，在投資方面耗資更小，另外，使用管道對油氣進行運輸可以充分對自然資源進行利用，從而可以降低管道建設成本，并且在建造過程中所需要的能耗較少，所以具有節能環保、成本低的優勢。

（2）管道建設用地少且輸送量大。由于油氣管道建造于地下，管道的占地面積較小，而且管道運輸的運量比其他方式大，并且運輸比較方便。另外，將管道設置于地下，受到外界自然環境因素的影響就會比較小，能夠在一定程度上降低事故發生，尤其是惡劣天氣情況下，管道運輸處于地下，不會像水路或者公路運輸會受到非常大的影響，此時油氣管道運輸任然能夠保持運輸工作狀態。

油氣管道運輸方式的優勢非常多，所以我國存在很多的地下管道用于油氣輸送，著名的工程就是“西氣東輸”，其中就是使用管道進行運輸。雖然這種管道運輸方式優勢較多，但是其中還是存在很多安全隱患，容易出現各種不同的問題。管道埋于地下，雖然能夠防止天氣等自然災害的影響，但是地下過于潮濕，存在各種酸堿物質，管道容易出現各種生銹問題，而且管道長期處于受壓狀態，也可能會出現破裂等情況，這些問題也會給油氣輸送造成嚴重安全事故，需要及時對其進行處理。為了保證油氣管道輸送具有更好的穩定性，或者當油氣管道出現問題需要及時進行修整時，將計算機控制技術應用其中，將能夠實現事倍功半的作用，通過計算機控制技術能夠對油氣輸送過程進行控制，對其中容易出現的各種問題進行控制，從而保證管道運輸的正常使用。所以接下來將分析3個不同方面的計算機控制系統，將該系統分別應用到油氣管道運輸的不同方便，從而增強油氣管道運輸的穩定性。

3 計算機控制技術在油氣管道運輸中的應用

3.1 計算機控制系統在管道焊接中的應用

油氣管道運輸過程中如果出現斷裂等問題時，可以使用焊接方式對其進行處理，傳統的手工焊接方式限制因素較多，而自動化焊接方式使用方便，焊接質量較好，效率高，能夠在很多情況中進行使用。通過使用計算機控制系統對焊接進行控制，其控制系統結果如圖2所示，其中使用了雙微處理器結構作為控制器，分別為主處理器和位控制單元[9]。其中主處理器的主要任務就是接收焊接相關規范參數，然后在焊接過程中還需要對相關的實時參數進行不斷調整，比如焊接所需要的電壓、電流等，另外，還需要向位控制單元傳送各種參數信息和指令信息。其中位控制單元的主要作用有兩點，接收主處理器傳來的參數信息，然后對焊接過程中的焊接速度，或者其他相關參數進行調整。

使用計算機控制系統對焊接過程進行控制，該系統化具有弧焊參數人工在線干預調節功能，所以系統在使用過程中，使其自身的靈活性變得更強，而且在焊接的使用中適應能力更好。將其應用到油氣管道運輸中的焊接中，能夠提高焊接的精確度，使其誤差得到一定的開工至，這種系統還能夠在異性管口的焊接中進行使用，所以可以提高管道的焊接質量，使得油氣在運輸中安全性得到進一步保證，降低油氣管道運輸的故障發生頻率。

3.2 計算機控制技術在管道腐蝕中的應用

我國油氣管道處于不斷發展之中，由于其優勢較多，所以還處于快發建設時期，但是隨著油氣管道運輸的時間不斷增加，管道受到自然環境的影響和人為因素的影響，使得管道出現腐蝕現象，當腐蝕嚴重之后，管道很有可能會出現斷裂情況，于是油氣管道運輸將會面臨嚴重的安全事故。因為管道運輸的是油氣，所以發生破裂之后，不僅會造成較大的經濟損失，還會危機到人類的身體健康，會破壞污染自然環境。為了降低腐蝕帶給人類的傷害，需要管道進行定期檢測，但是由于我國管道服務年限很多都已經超過規定年限，對其使用人工方式進行檢查，將會消耗大量的人力和材料，并且檢測效率低，準確度低，所以需要借助當前的各種新科技進行輔助檢測。

在長輸油氣管道中對腐蝕進行檢測的方法有超聲、射線和渦流等方式，但是這些方式在使用過程中存在很多限制，比如有些管道如果設置了保溫層或者防腐層，使用這些方式對管道進行腐蝕檢測將會比較困難。另外，在檢測過程中，使用的方式需要具有較強的精確度，能夠全面的掌握管道腐蝕的情況，并且檢測效率也要有一定保障，于是使用超聲波技術進行檢測，但是其中需要使用到計算機控制技術，通過將計算機控制技術和超聲波技術相結合的方式對油氣管道運輸過程中的腐蝕現象進行檢測，這種方式不僅具有檢測精度高、檢測范圍廣、使用方便等特點，而且在使用過程中不需要耦合劑，測距較長，工作溫度范圍較廣，靈敏度較高，因其這些優異性能使其在油氣管道運輸腐蝕檢測過程中發揮重要作用，并且該技術也受到了國內外的重點關注。如今，超聲導波計算機控制系統的形式具有多樣化，其中典型的磁致伸縮超聲導波計算機控制裝置如圖3所示。

3.3 計算機控制技術在管道運輸管理中應用

在西氣東輸管道工程中使用計算機控制技術具有較為廣泛的應用，并且使用計算機控制技術能夠在油氣管道運輸中發揮多種不同的應用價值。通過使用計算機控制系統，能夠實現數據的采集，能夠對管道運輸狀態進行實時檢測，而且還能夠對管道運輸過程中的輸氣參數進行管理、優化和調整，使得管道運輸更加有效和穩定。計算機控制系統中存在不同方面的結構，正是這些不同結構部分使得該系統能夠表現出優異性能，分別如下：

（1）調壓閥。油氣管道運輸過程中使用調壓閥對其輸送壓力進行控制，并且還包含了監控調壓閥，可以將油氣管道運輸過程中的數據信息傳回到控制系統中，系統會對數據信息進行分析，從而保證輸氣管道壓力正常。

（2）火災探測部分。在計算機控制系統中設置了火災探測部分，因為管道在對油氣進行運輸時，容易發生火災等安全事故。設置了火災探測部分之后，能夠保證相關工作人員的安全，還有管道輸送過程中的安全性。火災探測部分中能夠對油氣管道是否發生泄漏進行檢測，當檢測到管道中含有可燃氣體時，系統就會自動發出警報，或者檢測到有火災情況時，系統同樣會立即發出警報，從而降低油氣管道運輸的危險性。

（3）視頻監控部分。在計算機控制系統中存在一個很重要的部分就是視頻監控，將監控部分主要設置在每個輸氣戰場，這樣能夠將現場的實際情況進行拍攝下來，然后通過計算機顯示屏即可進行實時顯示。如此可以對管道運輸的實際情況進行監測。

（4）計量部分。在計算機控制系統中計量部分主要是對收集到的數據信息進行計算分析，實時掌握油氣管道運輸過程中的狀態，并且將運行狀態傳輸到計算機顯示屏上，以供相關研究人員作為參考，從而作出合理的決策。

4 結語

如今，計算機控制技術發展較為成熟，今后將會朝著網絡化、集成化、智能化、標準化繼續發展，其應用性能將會更加顯著。文章通過將其應用到油氣管道運輸中進行探討，希望油氣管道運輸能夠通過該技術變得更加安全、高效、穩定，將我國的油氣以更加安全的方式傳送到各個地方，從而提高我國的經濟發展。

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