天然气管道输送自动化与控制技术研究

刘 凯

（国家管网集团联合管道有限责任公司西部兰州输气分公司，甘肃兰州 730070）

1 天然气与天然气管道运输自动化概述

天然气作为传统煤气、燃煤的取代，是一种通过自然方式而生成的烷烃类混合气体，具备易燃的性质，在燃烧过程中将会产生出大量的热量。天然气主要的储藏地为石油井田以及天然气田，通常随着石油被一同开采出来[1]。在天然气燃烧过程中，只会产生水与二氧化碳两种物质，相比于其他燃烧物而言，天然气具备环保的优点，与此同时在工业生产过程中还可以作为一种复杂化合物的合成物，无论是在工业生产还是在日常生活中都有着广泛的使用范围。

针对我国当前大量的天然气需求，已然逐渐形成了较为成熟的天然气开采与运输两大系统。天然气的运输问题通常是一项较为危险且复杂的工作，主要是因为天然气本身是一种易燃的气体，一旦发生泄漏很容易出现爆炸或火灾等问题。所以，在运输过程中防止天然气泄漏便成为当前主要思考的问题之一。然而，自动化管道运输便可以将这份危险的发生概率降至最低。在运输过程中，一套自动化的自行检查与监控系统远比人工检查的方式更加有效且检查质量更高，也不需要人员亲自去检查，最大程度地减少了危险系数[2]。除此之外，天然气管道运输自动化的优势不仅于此，在信息化的时代下，运输管道的规划光靠人力的方式是无法满足日益增长的要求的，人工自动化、云计算等方式便可以起到极为关键的作用，将天然气的实时数据加以监控，在分析实际情况的同时找到最优解释，利用多元化定位技术实现精准运输、管道的精准铺设，避免工程事故的发生。

2 天然气运输自动化技术的发展现状

就现阶段我国天然气自动化运输情况来看，其自动化技术的发展是较晚的，无论是线上运输还是现场控制技术，与西方国家都存在着一定差距。在我国研发人员坚持不懈地研究后，在天然气运输自动化技术上已然取得了一定的成就，且技术更是得到了一定的提升。我国所使用的天然气自动运输控制技术是SCADA系统，此系统的优势便是能够对天然气管道的运行情况数据实行动态化监控，实时进行数据的采集工作，初步实现了我国天然气运输与控制的自动化处理[3]。然而，因为我国地大物博，各个区域内的气候存在着一定的差异性，并且每个地方的天然气存储情况都不同，所覆盖的区域呈现零散化的状态，因此这也使得完整化的一套SCADA系统无法落实到我国的各个区域，对于天然气自动化运输与控制的发展存在一定的阻碍。除此之外，现阶段我国天然气管道工程的运营、维护等工作依然是依靠人工传统的方式进行，配合半自动化技术传统技术方式逐渐难以满足当前的天然气管道运输需求，在成本输出上更是有着一定提高。因此，开展自动化，实现天然气管道自动化运输工作是必然的。借助自动化技术实现人力资源有效节约，促进整体成本的降低，在人工自动化、互联网时代下为我国天然气自动化工程的进步奠定基础。

3 天然气管道运输自动化技术应用关键

3.1 硬件管理组织结构的完善

实现管道运输自动化化开展的顺利进行，首先即是对操作显性硬件结构组成的全面完成。通过进一步了解天然气运输自动化化管理技术需要的硬性要求，对操作场地的构成组织做出了具体的课题发掘、完善，为以后即将开展的实际输送操作铺好了顺畅平安推进的基础。只有在领先的技术、合理的构成组织保证下，才能真正提高运输的效率和质量[4]。但同样，还必须通过对自动化系统中所投资的综合成本费用进合理的测算和分摊，投资运营和功能开发才可实现二不误。通过对基础设施的最佳优化可合理缩短运送距离，有效控制综合成本费用，并通过更合理的运送模式实现项目的快捷、顺畅、安全地推进。

3.2 软件程序管理系统的优化

硬性条件功能的实现往往需要在终端的软件系统监控下进行。而天然气管网运输应用软件管理系统的建设管理工作，则往往针对不同的产品功能进行了分区域的规划，以降低总控管理软件的实际工作任务量。在总控系统之内设置了分类子系统，对管线运送过程中所形成的数据参数进行动态特征的捕获，并将所捕获数据信号进行传输反馈至总控中进行大数据分析[5]。软与硬的互动设计，是保障管线自动化实际工作的重要基石，在软件、硬件实际运作的维护框架中，需对管线运输的所使用功能特征进行形象化地以图文、声音、录像等表现形式进行输出，并作为后期研究根据，针对不同的地貌特点制定切实、科学、高效的监控管理方法。

4 提高天然气管道输送自动化控制技术水平的举措

自动化控制技术的出现为我国天然气管道运输管理提供了有利条件，能有效提高天然气运输流程的安全，不过由于在天然气管道运输中使用自动化化技术较晚，加上受复杂环境的影响，导致天然气管线敷设困难加大，很多地区还是无法对天然气的需要。为此，我国还需要不断改进和发展天然气管线运输的自动化技术设备。

4.1 管理体系的不断完善优化

管道运输系统虽采用了自动化化工艺实施管理，而其牵涉到的管理问题也非常繁杂，包括油气分运输站、压裂气站、贮藏气库、资源勘探开采与运输、企业投资运营管理等多个领域，给其管理操作增加出了很多难度。传统管理的组织方法是根据上文所指出的区域性职能分工原则而进行的分布式组织管理，各个生产单位、各个生产环节中都应包括质量主管人员和质量检验员，并由此形成责任主制[6]。但不管是其中任何一个部门、一条作业程序的意外情况，由于连带的原因都不能立即进行处理，对整个供货体系的安全、交货品质带来很大的危害。在发生意外情况后编制的情况报表，按逐级上交的形式反应，得到上级同意方可作出解决，从情况的出现到处理的时间较为复杂。而使用自动化技术，可以通过把各个部门集中成一个单元局域网，进行统一管理，从而促进了集中管理制度的有效执行。在某一环节发生了任何问题，将数据信息即时地传送至总控中心，并通过对数据和管理人员之间的反馈信息分析，尽快提出改进方法，以促进问题及时解决，疏通好整段传输工作。因此，自动化管理信息技术的使用将有助于对整个管理系统的提升优化，让管理信息的传递过程变得更加灵活、简单、有效，进而提升管理效率和品质。

4.2 完善并加强应急处理系统

天然气传输过程存在易燃易爆的风险，传输危险等级很高，危险安全隐患一直存在。所以对过程控制的不断完善是其基础之一，对整个过程出现的问题隐患进行评估研究，根据各个风险站点问题形成立体化完整的风控体系，以有效降低各种意外操作风险事件的概率发生率为工作基础，提高了全段过程操作的稳定性。因此，运输交通管理工作人员在车辆自动化监控管理的过程工作中还需要及时根据车辆各个监控管线点的实际位置坐标、设计参数/实际运行状态参数、故障记录、维修保养记录等以及其他必要的数据信息进行综合汇总、分析，从而综合分析对各类型交通事故可能产生影响的结果、对附近的公共安全设施可能造成影响的潜在危险程度，将其变化视为安全预警信息的一个主要的参考数据[7]。一旦现场发生重大火灾、爆炸事故等突发性事故，总控中心办公室应立即组织启动事故应急调查处理工作机制，按照规定程序严格组织执行：根据现场事故报告情况及时连线事故现场，根据发生事故后的各种突发事故状况等进行调查及时分析，快速测算可能产生的伤亡结果，针对站点实际状况提出处置预案，最大程度、最大范围减少伤亡。其次按照危害程度和影响后果模拟划定危害范围，进行工作人员的迅速疏散工作。每次在事故的发生地都应当做好成因剖析、解决方案、处理效果等的记载工作，对事故发生地点的各种影响因素如地理条件、硬件设备等进行全方位监测分析，以防止事故的二次爆发。

4.3 创新自动化科技并加强投资扶持力度

目前，我国在天然气管道运输自动化化管理中使用的自动化化技术尚有很大的上升空间，所以必须提高自动化化工程技术的创新水平。可参考发达国家的成功经验，并考虑当前国情，注重克服自动化信息技术使用过程中不匹配的问题，同时提高软件开发效率，包括电子通信网络系统、远程监测网络系统、风险预警系统、自动化化系统等，形成一个完备的管理体系，充分发挥自动化化控制的功能，提高天然气管线运输的控制效益[8]。此外，在优化管道工程方案设计和降低施工投入的基础上，把节省下的资金投入科学技术研发中，并加大自动控制方面的投入，从而优化了自动管理系统，使其功能变得越来越强大，控制系统工作也越来越平稳和安全，从而提高了天然气管线输送的自动化制作效益。

4.4 积极应用自动化化技术

为了提高我国天然气管道运输的自动化化管理水平，将在广泛应用自动化化管控技术的基础上，通过整合多种自动化技术手段，如人工自动化技术、红外线遥感技术的应用、卫星监测技术等，以全面提高我国天然气管道运输的自动化化，从而减少人工成本，减小危险事件发生概率，进而提高我国天然气管道运输的安全。比如，由北京石油大学研制的天然气管线动态模拟控制系统，对我国的天然气管道运输路线建设发挥着很大影响。该系统主要是通过结合动态仿真技术、数据收集技术、监控控制技术等，进行对天然气运输管线的实时监测，不但能够对天然气管线运输进行自动化化管控，还可以及时发现异常状况并及时处置；另外，针对天然气管线敷设难度大的问题，在实施天然气管线输送自动化化管控的基础上，采用了GPS定位系统技术进行精确布设，可以有效降低敷设误差，从而降低施工事故产生的可能性。

4.5 加强天然气管道的保护

在天然气管线运输过程中，管道防护工作特别关键。对天然气的输气管道加以涂层防护，可以大大提高管线的耐腐蚀功能，并拉长了管线的寿命，更利于自动化目标的完成。大量事实证明，管线在实施涂层防护后，可以减小天然气传递时的阻碍，还可以减少故障产生的概率，进而保证正常供应和提升自动化化管理水平[9]。所以，为了天然气管线传输自动化化管理水平的进一步提高，还必须更加优化天然气管线，采取相应措施加强对天然气管线的防护，同时运用自动化化控制技术进行对管线的实时监测，以此提升天然气管线传输的自动化化管理水平。

3.6 不断完善相关的管理制度

天然气管线运输自动化化管理系统所包含的信息内容较为复杂，包含分输站、压气站、贮气站、开采运输场等各环节的管理工作，在相当数量上提高了管理系统工作难度，进而对整个管理系统的安全和运输品质产生了负面影响。因此，企业必须在有效整合自动控制技术的基础上，完善相应的管理体系，并把各个部门融合为一套单位，进行整体系统引导和分层控制，并落实好相应部门领导和员工管理的责任，以进行企业集中化管理。需要同时针对通过自动控制系统所获取和反馈的大量数据信息，提出合理的控制改进方法，确保信息传递更为灵活快捷，从而提高在整个企业管理系统中自动管理信息技术的使用效益。

4 结语

由于天然气管道运输管理离不开科技方面的支撑，特别是天然气本身存在着易燃易爆的特点，因此要求有关主管部门要更加注重技术研究，把风险控制与创新作为燃气管道运输自动化管理工作的重点工作内容开展，真正充分发挥出自动化控制技术的功能，在做到管道自动化管理的同时，还要进一步提高自动化工作效率。