油氣管道無人值守站及區域化管理創新與實踐

摘" " 要：基于西北油氣管廊帶及西南山地管道區域內實施無人值守站模式及區域化管理創新，油氣調控中心持續推進以“集中統一調度、分散分級控制”為原則的一體化調控體系建設，對各條管道的站場實施分級分類管理。通過對各配套支撐系統的需求分析、功能優化提升及可靠性改造，制訂實施無人值守站規劃建設目標和管理模式。在作業區-無人站（少人站）管理模式下，梳理了油氣管網作業區中心場站、作業區附近站場、獨立運行站場、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，深入研究作業區中心站場（維修隊）功能特征、定位及選址方式。在此基礎上，提出連續模型（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，從而探索一種適應管道集中布置的油氣管廊油氣站場區域化管理新模式，并做優做強作業區，為實現“全國一張網”的運營管理提供了新思路、新辦法。

關鍵詞：油氣管道；無人值守站；區域化管理；運行維護

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

歐美國家管網系統的管道干線主要分布在多條管道并行、同介質管道之間互聯互通的幾條管廊帶內，并普遍采用區域化運行維護模式，實行中間站場無人化管理，形成了管網整體優勢，具有多油氣源多通道供給、資源保供能力超強、對單條管道的安全等級要求降低、油氣供給可靠靈活、無需24 h不間斷地人工現場巡護等優點[1]。

由于歷史原因，國內油氣管道的設計理念、自動化水平、人機匹配、管理模式等方面與歐美國家存在較大差別，尤其在管網無人值守站、區域化運行維護等方面存在差距。

1）管道抗風險能力低。我國國土面積和美國基本相當，但是干線油氣管道里程僅18 × 104 km，管道干線的密度是美國的1/5。初步形成“全國一張網”，除西北形成油氣管廊，華北、東北部分管道并行之外，多數管道獨立走向，尤其下游大多沒有形成多氣源，同一氣源沒有形成多通道，而且儲氣庫等設施不足[2]，管道抗風險能力低。

2）管網整體優勢難以發揮。我國以往普遍實行“按線管理”模式，單條油氣管道運行監控、設備檢修、應急搶險、管道巡護均獨立分割；各屬地單位之間存在著許多交叉工作流程，導致彼此協調工作難度大、內部資源難以共享、管控水平低等問題[3]。

3）站場運維模式落后。隨著油氣管道建設向大口徑、高壓力、大流量和網絡化方向發展，規劃布局的東北、西北、西南陸上和海上四大油氣戰略通道的實施完成，我國已基本形成橫跨東西、縱貫南北、覆蓋全國、連通海外的國內油氣骨干管網、管廊。管道硬件水平有了巨大發展，但站場值守、巡檢操作、計量交接等運維模式與之尚不匹配。

為解決上述問題，自2008年開始，各管道運維、調控企業發揮整體優勢，優化資源配置，先后探索實施無人值守站建設、區域化管理與集中調控，由按線管理為主調整為分區域管理，以油或以氣為主的管道運營公司建成輸送介質多元化、管理區域化的綜合性管道運營公司，優化二級運營機構設置，持續推進生產組織模式變革[4]。至今，已初步形成“全國一張網”，進入“并國網、建新網、融省網”歷程。

對油氣管道無人值守站進行深入研究，以西北油氣管廊帶典型空間模型為例，探索出一種適應管道集中布置的油氣管廊油氣站場區域化管理新模式，并做優做強作業區，為實現“全國一張網”的運營管理提供了新思路、新辦法。

1" " 無人值守站概述

1.1" " 無人值守站分類

根據作業區—少人站（無人站）建設需要，所轄管道及站場的運維管理特點、各油氣站場所承擔的業務功能、失效后果、影響范圍、風險等級、允許失效時間、配套設施及依托條件等，參考LEC評價法的形式，對西北油氣管廊帶各條管道的油氣站場進行分級。油氣站場分級指標I的關系函數如下：

[I∝Q·C·RT] （ 1 ）

式中：Q為管道油品/天然氣的設計年輸送量的賦值，取值范圍為0～100分；C為站場失效的經濟社會后果賦值，指站場一旦發生影響油氣供應事故，其可能帶來的損失或影響；R為場站失效風險等級，即站場每年可能遭遇影響油氣供應事故的概率；T為站場允許停輸失效時間。

在西北油氣管廊帶規劃實踐中，Q、C、R、T四種因素分別用不同的賦值來表示，為了簡化評價計算過程，賦值采取半定量計值法，即經驗與科學計算相結合，具體賦值見表1～表4。I值可評價站場“運維搶”一體化風險性的大小，I值越大，站場“運維搶”一體化風險越大，分值見表5。

我國西北地區原油、成品油、天然氣3種介質輸送管道系統已率先實現互聯互通、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分級與定性分析，將西北油氣管廊帶內油氣站場歸納為5類，詳見表5。

值得注意的是，按以上評價法對西北油氣管廊帶內油氣站場進行劃分時，結合了西北油氣管廊帶的特點，具有一定的經驗性和局限性。其他管道企業應用時需要考慮其局限性，根據實際情況予以修正。

1.2" " 無人值守站規劃目標

按照“集中統一調度，分散分級控制”的原則，以“全國一張網”調控體系一體化建設為引導，根據各個站場不同功能特點、站場自動化程度、設備運行維護現狀、人員配置及輔助系統設置等情況，分析制訂實施無人值守站規劃方案，對各配套支撐系統進行功能全面優化及可靠性改造[5]，并作為無人值守站管理模式的標準，依托中心站場，整合優化維修維護、應急搶修力量。無人值守站5類站場的規劃方案及目標見表6。

1.3" " 作業區—無人站（少人站）運維模式

在一定區域范圍內整合油氣站場，實行作業區—無人站（少人站）運維模式，油氣站場調整為班組模式，完善作業崗位體系，分為作業區中心站場（維修隊）、作業區附近站場、獨立運行站場等6種運行模式，分別論述如下。

1）作業區中心站場（維修隊）。指作業區依托站場（維修作業隊），例如西北油氣管廊帶西氣東輸二三四線合建壓氣站、大型油庫等。作業區負責轄區內站場維修維護、巡檢操作及應急搶險。巡檢執行每日“1+3+特殊”巡檢模式，即作業區組織各專業開展每日 1 次的綜合巡檢，值班干部組織每日3 次的重點巡檢及特殊巡檢。通過作業區級風險預警平臺，當班應急人員重點關注報警預警信息，定時分析運行趨勢，研判風險，實時確認并處理。

2）作業區附近站場。指距離作業區中心站場較近（可在15 min以內到達）的站場，可納入作業區中心站場統一管理，其維修維護、巡檢操作及應急搶險參照作業區中心站場執行。作業區派駐個別運維應急人員在站場值守，接收響應各類指令，第一時間、第一現場快速響應并應急處置事故事件。

3）獨立運行站場。指獨立于作業區單獨運行的站場，對于在西北油氣管廊帶之外的場站，交通距離較遠，不形成規模效應的場站，運維模式調整少。

4）液體管道少人值守站，主要指液體管道中間泵站。站內報警信息納入作業區級風險預警平臺，派駐2名運維人員在站場值守，接收響應各類指令，第一時間、第一現場快速響應并應急處置事故事件。

5）天然氣管道少人值守站，主要指設計輸量較小的壓氣站。站內報警信息納入作業區級風險預警平臺，派駐3名運維人員在站場值守，接收響應各類指令，第一時間、第一現場快速響應并應急處置事故事件。

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或中間清管站。液體管道分輸站有分輸任務時臨時派駐2名運維人員，無分輸任務時人員撤回作業區；當天然氣分輸站場未實現自動分輸、計量交接電子化時，需派駐1名運維人員，實現電子化后不再派駐運維人員；中間清管站不配備運維人員。

2" " 區域化管理標準化設計

2.1" " 作業區中心站場（維修隊）的作用

在構建“一個數字管網”背景下，實行“集中調控+區域化管理+無人值守站”建設，是對齊“建運維研”作業，拉通端到端業務流程，打造覆蓋油氣站場全業態、全場景安全高效的智慧管網的客觀需要，也是基層運維人員由傳統運行倒班轉向“運維搶”一體化的內在要求。

作業區中心站場（維修隊）（以下簡稱作業區中心站場）將各類資源聚集起來，形成一支多介質、多工種、多專業協同作業的團隊，是區域內具有“運維搶”一體化功能的場所，是發揮規模集合效應的關鍵。當有運維作業需求時，集合相關的人員及機具、物料、車輛等，實施運維檢修作業；作業完結后回到作業區中心站場，或進入預先計劃的下一個油氣站場，完成下一項運維檢修作業[6]。如果布設合理，規模適度，可提高作業區整個運維系統的效率。

2.2" " 作業區中心站場輻射保障半徑

在油氣管網、管廊內，每一個作業區中心站場都有其最優輻射保障半徑，在此范圍內可以實現“運維搶”一體化規模效應。反之，輻射保障半徑超出范圍則會導致成本上升、保障不力等問題。如圖1所示，構建西北油氣管廊帶內典型油氣站場空間結構模型，模型空間包括有n座第一類站場～第五類站場。將作業區中心站場轄區劃分為3個分區，Ⅰ區為第五類站場所在區域，Ⅱ區為第四類站場所在區域，Ⅲ區為第一類～第三類站場所在區域，三個分區的半徑分別為D1、D2、D3。

作業區中心站場的服務保障能力與站場之間的物理距離、維修作業響應時間等因素有密切關系，相關約束條件簡述如下。

1）運維操作組一年內發生的作業工作日最大數量。為確保完成作業區范圍內油氣站場全部“運維搶”作業，將作業區中心站場劃為m個運維操作組，即滿足如下關系：

[j=1nTzj≤βi=1mρTwi]" "（ 2 ）

式中：[Tzj]為第j座油氣站場一年內發生的運維作業日，d；[Twi]為第i個運維操作組年最大運維作業日，d；[ρ]為人員工休系數；[β]為維修派單影響因子；在西北油氣管廊帶內m通常取3。

顯然，隨著作業區輻射保障半徑的增大，規劃納入的油氣站場數量逐漸增多，“運維搶”一體化作業需求將達到上限。經研究分析，西北油氣管廊帶的每個作業區中心站場原則上管轄第五類站場不應超過1個、第四類站場不應超過4個，管轄的總站場數量不應超過8個。其中第四類站場的D2值為80 km路程、1 h響應時間的條件下，可參照少人值守站規劃建設；若不滿足上述條件，則屬不能形成規模效應的場站，需參照獨立運行站場規劃建設。

2）作業路程。運維操作組應依托作業區中心站場或者城市。從以人為本及經濟效益的角度考慮，運維操作組接受維修工單并完成單個作業的時間應在一個工作日內，單次往返油氣站場的時間應該在10～12 h之間。對于大型集中作業采用連續工作模式，設置臨時依托點。基于道路交通狀況，第一類站場、第二類站場、第三類站場應在D3范圍內，即200 km路程、3 h響應時間，均可參照無人值守站、少人值守站規劃建設。以規劃哈密作業區為例（如圖2所示），該行政區域有2座第五類站場、4座第四類站場、2座第三類站場、1座第一類站場。在完善哈密壓氣站、雅滿蘇壓氣站、翠玲站進場道路的基礎上，若以哈密市或哈密維搶修隊為作業區中心站場（如圖3所示），仍存在了墩壓氣站1個第五類站場、3個第四類站場處于D2（即80km路程、1 h響應時間）范圍之外，不滿足安全生產要求。在不改造進場道路情況下，哈密作業區需設置了墩壓氣站、煙墩壓氣站2個作業區中心站場和哈密壓氣站、雅滿蘇壓氣站2個獨立運行站。其他如獨山子、武威、烏魯木齊等作業區也存在類似問題。

（3）應急搶險響應時間。以油氣站場及管道故障失效、降量或停輸斷供對下游工業與民用需求的影響程度為參考依據，原則上，若初期響應時間超過1h，可新增管道保護站。第四類站場如在D1范圍內，即油氣站場突發事件初期響應15 min以內，可參照作業區附近站場規劃建設。油氣站場均應滿足200 km路程或者3 h響應時間，作業區中心站場之間區域應急聯動，構成“1+3+6+X”應急響應圈。

2.3" " 作業區中心站場選址方法

由于作業區內油氣站場空間結構的變化會引起作業區范圍內運維人員出行量、距離、頻次等相應發生變化，通過作業區中心站場與作業區范圍內油氣站場之間的空間結構關系研究，探尋兩者之間的交通特性，從而尋求科學的作業區中心站場選址方法，實現高效“運維搶”一體化管理。

在對西北油氣管廊帶區域化管理進行試運行的過程中，探索總結出了三種選址方法，即連續模型（一元選址模型）、離散模型（多元選址模型）和專家咨詢法。其中，連續型選址模型是在早期規劃研究中提出的，模型相對較為簡單，實用性不強；離散型模型是以總費用最小為目標函數建立的選址模型，比較有代表性[7]。

2.3.1" " 離散模型選址法

假定作業區內有n座油氣站場，可供選擇的選址有q個，兩點之間距離為Lij，從中選取最佳的作業區中心站場。此模型假設運維作業發生點的出行交通可以從設置的作業區中心站場中轉，也可直達，并且一次交通出行至少完成一項運維作業。出行費用Cij與交通距離Lij正相關，設定各可行作業區中心站場的建設費用、出行費用和各點之間的總交通量（即運維作業量），以總成本最小為目標，確定作業區中心站場的最終選址方案，數學模型如下：

[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為從出發點i到備選作業區中心站場k的單位交通費用，元/ km；Ckj為從備選作業區中心站場k到運維目的地j的單位交通量費用，元/km；Cij為從出發點i直接到運維目的地j的單位交通量費用，元/km；Xik為從發生點i到備選作業區中心站場k的交通量，km；Ykj為從備選作業區中心站場k到運維目的地j的交通量，km；Zij為從出發點i直接到運維目的地j的交通量，km；如果i=j，表示停留該油氣站場開展下一項作業；Fk為備選作業區中心站場k的基建費用，元；Wk為0或1變量，Wk=1表示備選作業區中心站場k被選中，否則Wk=0；Ck為作業區中心站場k到依托城市的單位交通運營費用，元/km；M為一個相當大的正數；Ni為作業區運維作業交通出發總量，km；Nj為作業區運維作業交通目的地總量，km。

以上為一個混合整數規劃模型，采用“分支定界法”求解模型，求得Xik、Ykj、Zij 和Wk的值。Xik表示了運維作業返回作業區中心站場的情況；[i=1nXik]決定了該作業區的規模，[i=1nXik]=0說明備選點k不應設置作業區中心站場；Ykj表示了作業區中心站場到運維目的地的情況；[i=1qWk]為規劃區域內可布局作業區中心站場的數目。

上述模型因為考慮了新建作業區中心站場的基建投資，從而出現了0～1變量，導致必須采用比較復雜的混合整數規劃法求解。在西北油氣管廊帶與西南山地管道區域化管理實踐中，作業區中心站場往往沒有依托主要城市新建，而是依托區域內條件較好的大型站場，并對其適當改造。如果從較長的時間段考慮，大型站場改造建設投資對整個選址過程經濟效益的影響并不大，可以不在目標函數中考慮。因此，實踐中，混合整數規劃模型就簡化成如下線性規劃模型：

[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為備選作業區中心站場k可能設置的最大規模，XK為備選作業區中心站場k的閑置能力，其余符號同前。

以上是線性規劃中典型的通勤運輸問題，模型求解方法比較成熟，可以編程實現。該模型的目標函數表示作業區中心站場出行交通總費用最小。可得決策變量Xik、Ykj的值。Xik、Ykj、[i=1qWk]與之前混合整數規劃模型表述一致。

2.3.2" " 專家咨詢選址法

由專家們憑各自的專業知識和經驗對咨詢的選址給出回答，經統計得出候選方案，對于有限的幾個城市、大型油氣場站等候選地址得出最優選址方案[8]。

2.3.3" " 選址方法比選

離散型選址模型中，混合整數規劃選址模型在理論上非常完善，但仍然是對實際問題的很大簡化，沒有考慮油氣站場重要性系數、運維搶修作業難度等實際影響因素。即使如此，由于考慮了作業區中心站場的基本建設投資，出現了0～1整數變量，模型的建立和求解仍然很復雜，因此混合整數規劃模型只能用于情況比較簡單的、管轄站場數量較少的作業區。而線性規劃選址模型敘述明確，但事先需要確定備選作業區中心站場的數量及位置，在基礎數據較完善的基礎上使用該法得到的結果較符合實際。但實踐中部分參數難以確定，同時現場調查工作量大，需要的基礎資料數據較多，具體實踐應用中要互相結合。

在西北油氣管廊帶無人值守站可研規劃過程中，企業先后形成了17、19、26個作業區的三套方案，其他獨立運行站不計；在西南山地管道區域化管理實踐中，形成了32個作業區中心站場，無獨立運行站。可研規劃均采用了離散模型選址法，在區域化管理試點建設及優化整合過程中，采用了專家咨詢選址法予以優化。

3" " 結束語

經過10余年無人值守站及區域化管理探索，管道企業提升了系統互聯互通優勢，實現了降本增效，提高了安全管控能力。一是資源保供能力提升。如果管廊帶內某條管道出現事故停輸，可通過其他管道或通道保證油氣資源供應暢通，不會影響下游用戶使用，對單條管道的安全要求降低。二是保障管道安全暢通。只要管網總體可靠、管道負荷率合理，某條管道安全性能可相應降低，站場不需要24 h不間斷地現場巡護，只需定期派人巡檢維修設備。三是降低企業運營成本。以西北油氣管廊帶為例，實行該項管理創新與實踐后，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。

“全國一張網”形成后，國家管網集團依據所轄管道及站場的運行管理特點，各機泵站所承擔的業務、功能、配套設施及依托條件，實行統一的油氣站場分級分類、區域化管理，優化“建運維研”管理體制，逐步推進“運維中心-作業區”兩級管理模式，從而實現以人為本、管理高效、運行可靠、應急處理有效的目標，推進了智慧管網、智能化管道建設，實現了數字化轉型。

參考文獻

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作者簡介：

艾力群（1983—），男，江西新余人，高級工程師，2008年畢業于西安交通大學測控技術與儀器專業，碩士，現從事自動分輸、智能站場、全面遠控方面的工作。

Email：tlmlqai@163.com

收稿日期：2023-12-27