天然氣管道輸送自動化與控制技術研究

劉 凱

（國家管網集團聯合管道有限責任公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅蘭州 730070）

1 天然氣與天然氣管道運輸自動化概述

天然氣作為傳統煤氣、燃煤的取代，是一種通過自然方式而生成的烷烴類混合氣體，具備易燃的性質，在燃燒過程中將會產生出大量的熱量。天然氣主要的儲藏地為石油井田以及天然氣田，通常隨著石油被一同開采出來[1]。在天然氣燃燒過程中，只會產生水與二氧化碳兩種物質，相比于其他燃燒物而言，天然氣具備環保的優點，與此同時在工業生產過程中還可以作為一種復雜化合物的合成物，無論是在工業生產還是在日常生活中都有著廣泛的使用范圍。

針對我國當前大量的天然氣需求，已然逐漸形成了較為成熟的天然氣開采與運輸兩大系統。天然氣的運輸問題通常是一項較為危險且復雜的工作，主要是因為天然氣本身是一種易燃的氣體，一旦發生泄漏很容易出現爆炸或火災等問題。所以，在運輸過程中防止天然氣泄漏便成為當前主要思考的問題之一。然而，自動化管道運輸便可以將這份危險的發生概率降至最低。在運輸過程中，一套自動化的自行檢查與監控系統遠比人工檢查的方式更加有效且檢查質量更高，也不需要人員親自去檢查，最大程度地減少了危險系數[2]。除此之外，天然氣管道運輸自動化的優勢不僅于此，在信息化的時代下，運輸管道的規劃光靠人力的方式是無法滿足日益增長的要求的，人工自動化、云計算等方式便可以起到極為關鍵的作用，將天然氣的實時數據加以監控，在分析實際情況的同時找到最優解釋，利用多元化定位技術實現精準運輸、管道的精準鋪設，避免工程事故的發生。

2 天然氣運輸自動化技術的發展現狀

就現階段我國天然氣自動化運輸情況來看，其自動化技術的發展是較晚的，無論是線上運輸還是現場控制技術，與西方國家都存在著一定差距。在我國研發人員堅持不懈地研究后，在天然氣運輸自動化技術上已然取得了一定的成就，且技術更是得到了一定的提升。我國所使用的天然氣自動運輸控制技術是SCADA系統，此系統的優勢便是能夠對天然氣管道的運行情況數據實行動態化監控，實時進行數據的采集工作，初步實現了我國天然氣運輸與控制的自動化處理[3]。然而，因為我國地大物博，各個區域內的氣候存在著一定的差異性，并且每個地方的天然氣存儲情況都不同，所覆蓋的區域呈現零散化的狀態，因此這也使得完整化的一套SCADA系統無法落實到我國的各個區域，對于天然氣自動化運輸與控制的發展存在一定的阻礙。除此之外，現階段我國天然氣管道工程的運營、維護等工作依然是依靠人工傳統的方式進行，配合半自動化技術傳統技術方式逐漸難以滿足當前的天然氣管道運輸需求，在成本輸出上更是有著一定提高。因此，開展自動化，實現天然氣管道自動化運輸工作是必然的。借助自動化技術實現人力資源有效節約，促進整體成本的降低，在人工自動化、互聯網時代下為我國天然氣自動化工程的進步奠定基礎。

3 天然氣管道運輸自動化技術應用關鍵

3.1 硬件管理組織結構的完善

實現管道運輸自動化化開展的順利進行，首先即是對操作顯性硬件結構組成的全面完成。通過進一步了解天然氣運輸自動化化管理技術需要的硬性要求，對操作場地的構成組織做出了具體的課題發掘、完善，為以后即將開展的實際輸送操作鋪好了順暢平安推進的基礎。只有在領先的技術、合理的構成組織保證下，才能真正提高運輸的效率和質量[4]。但同樣，還必須通過對自動化系統中所投資的綜合成本費用進合理的測算和分攤，投資運營和功能開發才可實現二不誤。通過對基礎設施的最佳優化可合理縮短運送距離，有效控制綜合成本費用，并通過更合理的運送模式實現項目的快捷、順暢、安全地推進。

3.2 軟件程序管理系統的優化

硬性條件功能的實現往往需要在終端的軟件系統監控下進行。而天然氣管網運輸應用軟件管理系統的建設管理工作，則往往針對不同的產品功能進行了分區域的規劃，以降低總控管理軟件的實際工作任務量。在總控系統之內設置了分類子系統，對管線運送過程中所形成的數據參數進行動態特征的捕獲，并將所捕獲數據信號進行傳輸反饋至總控中進行大數據分析[5]。軟與硬的互動設計，是保障管線自動化實際工作的重要基石，在軟件、硬件實際運作的維護框架中，需對管線運輸的所使用功能特征進行形象化地以圖文、聲音、錄像等表現形式進行輸出，并作為后期研究根據，針對不同的地貌特點制定切實、科學、高效的監控管理方法。

4 提高天然氣管道輸送自動化控制技術水平的舉措

自動化控制技術的出現為我國天然氣管道運輸管理提供了有利條件，能有效提高天然氣運輸流程的安全，不過由于在天然氣管道運輸中使用自動化化技術較晚，加上受復雜環境的影響，導致天然氣管線敷設困難加大，很多地區還是無法對天然氣的需要。為此，我國還需要不斷改進和發展天然氣管線運輸的自動化技術設備。

4.1 管理體系的不斷完善優化

管道運輸系統雖采用了自動化化工藝實施管理，而其牽涉到的管理問題也非常繁雜，包括油氣分運輸站、壓裂氣站、貯藏氣庫、資源勘探開采與運輸、企業投資運營管理等多個領域，給其管理操作增加出了很多難度。傳統管理的組織方法是根據上文所指出的區域性職能分工原則而進行的分布式組織管理，各個生產單位、各個生產環節中都應包括質量主管人員和質量檢驗員，并由此形成責任主制[6]。但不管是其中任何一個部門、一條作業程序的意外情況，由于連帶的原因都不能立即進行處理，對整個供貨體系的安全、交貨品質帶來很大的危害。在發生意外情況后編制的情況報表，按逐級上交的形式反應，得到上級同意方可作出解決，從情況的出現到處理的時間較為復雜。而使用自動化技術，可以通過把各個部門集中成一個單元局域網，進行統一管理，從而促進了集中管理制度的有效執行。在某一環節發生了任何問題，將數據信息即時地傳送至總控中心，并通過對數據和管理人員之間的反饋信息分析，盡快提出改進方法，以促進問題及時解決，疏通好整段傳輸工作。因此，自動化管理信息技術的使用將有助于對整個管理系統的提升優化，讓管理信息的傳遞過程變得更加靈活、簡單、有效，進而提升管理效率和品質。

4.2 完善并加強應急處理系統

天然氣傳輸過程存在易燃易爆的風險，傳輸危險等級很高，危險安全隱患一直存在。所以對過程控制的不斷完善是其基礎之一，對整個過程出現的問題隱患進行評估研究，根據各個風險站點問題形成立體化完整的風控體系，以有效降低各種意外操作風險事件的概率發生率為工作基礎，提高了全段過程操作的穩定性。因此，運輸交通管理工作人員在車輛自動化監控管理的過程工作中還需要及時根據車輛各個監控管線點的實際位置坐標、設計參數/實際運行狀態參數、故障記錄、維修保養記錄等以及其他必要的數據信息進行綜合匯總、分析，從而綜合分析對各類型交通事故可能產生影響的結果、對附近的公共安全設施可能造成影響的潛在危險程度，將其變化視為安全預警信息的一個主要的參考數據[7]。一旦現場發生重大火災、爆炸事故等突發性事故，總控中心辦公室應立即組織啟動事故應急調查處理工作機制，按照規定程序嚴格組織執行：根據現場事故報告情況及時連線事故現場，根據發生事故后的各種突發事故狀況等進行調查及時分析，快速測算可能產生的傷亡結果，針對站點實際狀況提出處置預案，最大程度、最大范圍減少傷亡。其次按照危害程度和影響后果模擬劃定危害范圍，進行工作人員的迅速疏散工作。每次在事故的發生地都應當做好成因剖析、解決方案、處理效果等的記載工作，對事故發生地點的各種影響因素如地理條件、硬件設備等進行全方位監測分析，以防止事故的二次爆發。

4.3 創新自動化科技并加強投資扶持力度

目前，我國在天然氣管道運輸自動化化管理中使用的自動化化技術尚有很大的上升空間，所以必須提高自動化化工程技術的創新水平。可參考發達國家的成功經驗，并考慮當前國情，注重克服自動化信息技術使用過程中不匹配的問題，同時提高軟件開發效率，包括電子通信網絡系統、遠程監測網絡系統、風險預警系統、自動化化系統等，形成一個完備的管理體系，充分發揮自動化化控制的功能，提高天然氣管線運輸的控制效益[8]。此外，在優化管道工程方案設計和降低施工投入的基礎上，把節省下的資金投入科學技術研發中，并加大自動控制方面的投入，從而優化了自動管理系統，使其功能變得越來越強大，控制系統工作也越來越平穩和安全，從而提高了天然氣管線輸送的自動化制作效益。

4.4 積極應用自動化化技術

為了提高我國天然氣管道運輸的自動化化管理水平，將在廣泛應用自動化化管控技術的基礎上，通過整合多種自動化技術手段，如人工自動化技術、紅外線遙感技術的應用、衛星監測技術等，以全面提高我國天然氣管道運輸的自動化化，從而減少人工成本，減小危險事件發生概率，進而提高我國天然氣管道運輸的安全。比如，由北京石油大學研制的天然氣管線動態模擬控制系統，對我國的天然氣管道運輸路線建設發揮著很大影響。該系統主要是通過結合動態仿真技術、數據收集技術、監控控制技術等，進行對天然氣運輸管線的實時監測，不但能夠對天然氣管線運輸進行自動化化管控，還可以及時發現異常狀況并及時處置；另外，針對天然氣管線敷設難度大的問題，在實施天然氣管線輸送自動化化管控的基礎上，采用了GPS定位系統技術進行精確布設，可以有效降低敷設誤差，從而降低施工事故產生的可能性。

4.5 加強天然氣管道的保護

在天然氣管線運輸過程中，管道防護工作特別關鍵。對天然氣的輸氣管道加以涂層防護，可以大大提高管線的耐腐蝕功能，并拉長了管線的壽命，更利于自動化目標的完成。大量事實證明，管線在實施涂層防護后，可以減小天然氣傳遞時的阻礙，還可以減少故障產生的概率，進而保證正常供應和提升自動化化管理水平[9]。所以，為了天然氣管線傳輸自動化化管理水平的進一步提高，還必須更加優化天然氣管線，采取相應措施加強對天然氣管線的防護，同時運用自動化化控制技術進行對管線的實時監測，以此提升天然氣管線傳輸的自動化化管理水平。

3.6 不斷完善相關的管理制度

天然氣管線運輸自動化化管理系統所包含的信息內容較為復雜，包含分輸站、壓氣站、貯氣站、開采運輸場等各環節的管理工作，在相當數量上提高了管理系統工作難度，進而對整個管理系統的安全和運輸品質產生了負面影響。因此，企業必須在有效整合自動控制技術的基礎上，完善相應的管理體系，并把各個部門融合為一套單位，進行整體系統引導和分層控制，并落實好相應部門領導和員工管理的責任，以進行企業集中化管理。需要同時針對通過自動控制系統所獲取和反饋的大量數據信息，提出合理的控制改進方法，確保信息傳遞更為靈活快捷，從而提高在整個企業管理系統中自動管理信息技術的使用效益。

4 結語

由于天然氣管道運輸管理離不開科技方面的支撐，特別是天然氣本身存在著易燃易爆的特點，因此要求有關主管部門要更加注重技術研究，把風險控制與創新作為燃氣管道運輸自動化管理工作的重點工作內容開展，真正充分發揮出自動化控制技術的功能，在做到管道自動化管理的同時，還要進一步提高自動化工作效率。