茍亞軍(雅安大興天然氣有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000)

0 引言

天然氣管道輸送是分布式能源構(gòu)建，網(wǎng)絡(luò)化集輸與運用的安全保障，運用智能化技術(shù)手段可以完成氣田到終端用戶的全過程管控。而運行過程中高精度的數(shù)據(jù)獲取是保持一定區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)型有關(guān)的工程建設(shè)順利、安全開展的要素。而現(xiàn)代化的地形測量手段能在不同工程要求下快速獲取所需的地質(zhì)信息資料，在新老地理信息數(shù)據(jù)中形成迭代[1]。

全面拓展數(shù)據(jù)運用廣度，確保工程實際的質(zhì)量受控。傳統(tǒng)的地形勘查工作通常需要確立測繪邊界、準(zhǔn)備人員與分組、現(xiàn)場踏勘與計量、數(shù)據(jù)匯總與地形圖繪制，數(shù)據(jù)調(diào)取與細(xì)節(jié)修改與調(diào)用。所以數(shù)據(jù)的獲取精度與設(shè)備、人員素質(zhì)和邊界確立情況等多重要素有關(guān)。而管理體系的缺失更會導(dǎo)致全局性和指導(dǎo)性質(zhì)量管理的缺失。本文基于筆者在雅安大興天然氣有限責(zé)任公司多年工作經(jīng)驗，在設(shè)備與技術(shù)構(gòu)型下開展自動化天然氣管道輸送工作的探討，如圖1所示。

圖1 管道智能化解決方案

1 天然氣及管道運輸自動化概述

現(xiàn)代環(huán)保經(jīng)濟弘揚的低碳綜合經(jīng)濟綜合發(fā)展和多維體制下節(jié)能環(huán)保理念不斷深化，基于多維數(shù)據(jù)管控的天然氣管道安全運行技術(shù)發(fā)展迅速。不同壓力級別和輸送量級的天然氣輸送管道的管徑、鋼級和運行維護管控方案不一，而統(tǒng)一實現(xiàn)長期、穩(wěn)定、安全的運行需要多維數(shù)據(jù)把控和人員巡檢，以確保危險源受控。天然氣具有一定壓縮量、易燃易爆、理化性質(zhì)活躍[2]。運行和集輸都具有一定危險性，一個完整的天然氣管道輸送系統(tǒng)通常由壓縮機、分輸站、閥組和管道等基礎(chǔ)部件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支流程較多。我國經(jīng)過西氣東輸、川氣東送后已經(jīng)對長輸管道的建設(shè)與運行積累了相關(guān)的經(jīng)驗。而基于我國自身特點對長輸天然氣管道運行、建設(shè)、維護標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善。當(dāng)前，基于管道壓力、多級清管情況和分輸站壓力波動以及壓縮機喘振運行頻率等故障復(fù)雜數(shù)據(jù)的收集與分析也在幫助自動化技術(shù)的革新。未來運用數(shù)字化、智能化、自動化的方式管理天然氣管道勢在必行。

2 常見的天然氣管道輸送中自動化技術(shù)

2.1 全球衛(wèi)星定位技術(shù)

天然氣管道點多面廣，常規(guī)巡檢需要耗費大量人力物力。運用衛(wèi)星進行具體方位的數(shù)據(jù)記錄與繪制是GPS系統(tǒng)的精髓。運用該項技術(shù)能很好地進行故障異常點定位和管道建設(shè)的大邊界測量?；谛l(wèi)星的數(shù)據(jù)發(fā)送，能在高精度平臺上依托手機、PC等多重低成本平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與運用。而多顆衛(wèi)星的環(huán)繞式照射還能通過不同探頭測量熱量變化、高度變化和高速移動物體的物理參數(shù)[3]。因為全球衛(wèi)星定位需要依托地面接收平臺和衛(wèi)星群構(gòu)建的幫助。所以各國都在尋求不同途徑，在有限成本下構(gòu)建自身的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。我國的北斗衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)也隨著趨勢發(fā)展而不斷得到完善，未來將更好地服務(wù)地形測量工作。

2.2 現(xiàn)代測繪技術(shù)自動化技術(shù)

更加廣泛的地理信息系統(tǒng)能在測繪手段下進行低成本工作。該技術(shù)能有效彌補全球定位系統(tǒng)誤差。針對特殊目標(biāo)和區(qū)域的地理環(huán)境數(shù)據(jù)進行綜合展示。運用無人機配備高清攝像頭進行有限成本的高空偵查，并獲取可視化地理空間數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息進行儲存化建模并刻畫覆蓋至全球定位系統(tǒng)當(dāng)中[4]。及時展開低成本的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與天然氣管道運行巡檢考核，觀測設(shè)備設(shè)施完整性，并巡查是否有第三方人員進行破壞，全面保證天然氣管道運行安全。這項技術(shù)在新疆、東北等空曠無人區(qū)研究運用前景廣闊，測繪精度極易達到工程目的。

2.3 SCADA系統(tǒng)融合

SCADA系統(tǒng)是建立在不同年限建設(shè)的天然氣管道計量系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行一次數(shù)據(jù)表并入和有限檢測手段添加的多維表征系統(tǒng)。相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器需要因地制宜的進行探測器添加。運用不同數(shù)據(jù)失量表能在數(shù)學(xué)算法下合理進行檢查匹配[5]。并在現(xiàn)有技術(shù)水平下的數(shù)據(jù)通信器進行歸一化運用，在充分運用數(shù)據(jù)的前提下節(jié)約資金投入。在極大化投入軟件物理模型的基礎(chǔ)上完成仿真與模擬，全面強化智能化管控水平。同時運用衛(wèi)星技術(shù)在GPS技術(shù)、GIP技術(shù)等基礎(chǔ)變量支撐下完成硬件升級。同時基于未來經(jīng)濟發(fā)展與運維因素變化進行不同年份的動態(tài)分析，以在多維層次下完成運行狀態(tài)監(jiān)控與時效性分析。同時運用計算機總段進行集中管理，將人為數(shù)據(jù)錄入和可靠性展示進行融入以達到全程模板化融合。

3 天然氣管道輸送中自動化控制的現(xiàn)狀

管道按輸送距離、作業(yè)方式、輸送目的一般分為以下三種：一是礦井集氣管道，屬于油氣田內(nèi)管理的礦井輸氣管道；二是長輸管道，屬于某管道運輸公司的主干管道；三是城市輸配燃?xì)夤芫W(wǎng)，即投資的城市燃?xì)夤艿?，由燃?xì)夤窘ㄔO(shè)和管理。管道輸送一般由輸氣段、首站、壓氣站、中間受氣站、中間配氣站、末站、清管站、主干截止閥室、各種障礙物組成在線路(水域、鐵路、地質(zhì)障礙等)的磨損斷面等部位。基于天然氣產(chǎn)區(qū)往往遠(yuǎn)離市場，常規(guī)運輸方式為管道運輸(陸運和短途海運)；LNG形式由專用運輸船運輸(長途跨洋運輸)。專用運輸船的優(yōu)勢在于運輸量大，技術(shù)成熟可靠；其缺點可以概括為建設(shè)和運輸(或生產(chǎn))成本高，適應(yīng)生產(chǎn)和銷售變化的靈活性小。在天然氣運輸方式的比較中，管道運輸是最基本的方式，應(yīng)用范圍很廣，特別是對于長距離、大體積的運輸，在具備航運條件且運輸距離很遠(yuǎn)的情況下，遠(yuǎn)洋液化天然氣運輸船優(yōu)于天然氣管道。當(dāng)它超過7 000 km時，它可能是唯一經(jīng)濟的運輸方式。LNG和CNG的陸路運輸是對管道運輸?shù)挠幸嫜a充，主要適用于小型運輸和分散供氣。天然氣水合物運輸技術(shù)還不是很成熟，但有發(fā)展前景。ANG運輸價格便宜，雖然技術(shù)還不是很成熟，但前景比較理想。從目前的發(fā)展情況來看，我國的天然氣管道自動化技術(shù)與發(fā)達國家存在一定差距，可以歸結(jié)為以下兩點：一是我國對天然氣的需求量逐年增加；二是家庭自動化技術(shù)相對落后，尤其是天然氣管道自動化技術(shù)在軟件系統(tǒng)管理方面，缺乏協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

4 天然氣管道輸送中自動化技術(shù)的應(yīng)用策略

社會的進步與時代的發(fā)展造就了方法論和設(shè)備設(shè)施的升級。而運用最新技術(shù)的數(shù)據(jù)算法+設(shè)備維持升級方面的概率論方法運維能在運籌學(xué)基礎(chǔ)上實現(xiàn)天然氣動態(tài)調(diào)配。而不同經(jīng)濟模式上的氣田動態(tài)地質(zhì)儲量預(yù)測與下游用戶周期性用氣預(yù)測也能在氣藏工程與經(jīng)濟學(xué)上形成聯(lián)立，以至于在油氣儲運環(huán)節(jié)進行補充協(xié)同，完善更大的利潤空間，并確保自動化技術(shù)分批次投入。天然氣管道輸送中自動化技術(shù)的應(yīng)用將遵循管輸系統(tǒng)運行模式，形成多位一體的弱電監(jiān)控保護+遙感衛(wèi)星監(jiān)控雙重手段。而現(xiàn)代化管控系統(tǒng)中繼電保護的主要任務(wù)是在電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時執(zhí)行繼電保護動作[6]。對于天然氣輸送管道來說，為實現(xiàn)長時間、安全穩(wěn)定運行，必須應(yīng)用耐壓性能良好、能夠適應(yīng)遠(yuǎn)距離輸送的優(yōu)質(zhì)管道。由于天然氣具有易燃易爆的特點，危險性較大，因此天然氣管道輸送系統(tǒng)是十分復(fù)雜的。

4.1 運用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用范圍廣，成本核算適中。相應(yīng)的PLC控制柜和不同體量的數(shù)據(jù)表都可以在計算機技術(shù)的整合下循序漸進進行數(shù)據(jù)庫建立與上網(wǎng)。而在數(shù)學(xué)算法的融入下可以進行不同數(shù)據(jù)量的歸并化展示與分析，并在不同維度下進行靜態(tài)和動態(tài)的分析，以致獲取最佳收益，其中最具代表性的就有管道運行和維護階段的監(jiān)控。當(dāng)管道運行至一定時效后計算機算法能全程監(jiān)控各環(huán)節(jié)的歷史運行信息，將壓力和流量進行歸并核算。最終在和管道運行評測剩余壽命基礎(chǔ)上完成一定的數(shù)據(jù)監(jiān)控。而相應(yīng)的靜態(tài)特征下計算機系統(tǒng)可以模擬不同階段不同管路的分布式維護，在周期合適和人力資源調(diào)配合理的基礎(chǔ)上快速完善運行維護，以指引快速投產(chǎn)和分布式能源構(gòu)建。此外,安全評估上不同管線的腐蝕監(jiān)控需要進行開挖，而運用數(shù)據(jù)算法能實時監(jiān)控數(shù)據(jù)變化。在細(xì)菌監(jiān)護和電化學(xué)腐蝕同時發(fā)生的前提下進行有限元分析，以達到不同數(shù)量級的危害預(yù)警，以致幫助全程安全運行管控。

4.2 壓縮機保護中的應(yīng)用

壓縮機在管輸系統(tǒng)的運行中占據(jù)最重要的位置，其重要性顯而易見。一旦壓縮機發(fā)生故障，就不能保證管輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，應(yīng)將壓縮機作為繼電保護工作的重要組成部分，并應(yīng)耐心分析定子繞組短路故障的細(xì)節(jié)。在嚴(yán)重的情況下，故障的溫度將升高并且周圍的絕緣層將被損壞。一旦絕緣層損壞，將影響壓縮機的運行安全性。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)從實際出發(fā)，并在定子繞組中安裝保護裝置，以免發(fā)生各種短路情況。如果壓縮機在發(fā)生故障時處于單向接地狀態(tài)，則當(dāng)電流大甚至超過額定值時，大面積可能會發(fā)生短路，因此繼電保護工作將無法進行。

4.3 線路接地保護中的應(yīng)用

管輸系統(tǒng)中的布線復(fù)雜度非常高，并且不同設(shè)備的使用技術(shù)方法和使用條件也有所不同，這使得接地方法非常復(fù)雜。在對線路的實際情況進行詳細(xì)調(diào)查分析后，如果存在接地現(xiàn)象，為避免長時間接地，應(yīng)及時切斷電源。此類問題通常在管輸系統(tǒng)的實際運行中發(fā)生，因此繼電保護工作可以準(zhǔn)確地預(yù)測故障。如果線路接地在零序電流條件下出現(xiàn)問題，則可能導(dǎo)致零序電流繼續(xù)快速增加，并且各種繼電保護動作是顯而易見的。如果斷電過程中存在零序電壓條件，則表明系統(tǒng)還具有繼續(xù)穩(wěn)定運行的能力。為避免產(chǎn)生零序電壓，相關(guān)技術(shù)人員可以在繼電保護裝置運行期間，通過報警信號來處理故障，同時通知維護人員趕赴現(xiàn)場，仔細(xì)分析電壓值，并根據(jù)電壓值的水平確定是否存在接地故障。

4.4 在運行系統(tǒng)母線中的應(yīng)用

繼電保護自動化技術(shù)在總線上的應(yīng)用主要分為兩種，分別是差動保護和相對保護。其中，比較保護主要是基于對比法，提高了對電源總線的保護。差動保護具有完全一致的特性和變化，并且電流互感器在系統(tǒng)總線組件上統(tǒng)一配置。將繞組成功連接到系統(tǒng)總線的側(cè)端口后，將繼電保護裝置安裝在系統(tǒng)總線的差動位置。對于當(dāng)前的接地故障，可以使用三相連接來執(zhí)行系統(tǒng)總線繼電器保護功能。如果發(fā)生接地故障且電流較小，則將系統(tǒng)總線繼電器的保護設(shè)置為相間短路，并且可以通過兩相連接來實現(xiàn)繼電器的保護作用。管道的建設(shè)需要先期論證與匹配性衰減式核算。通常單一氣田在經(jīng)過第一輪勘探開發(fā)后所處的穩(wěn)產(chǎn)期和衰減期需要經(jīng)過多次試氣依據(jù)的擬合。其中企業(yè)運營方也需要根據(jù)下游用戶體量和未來經(jīng)濟增長需求合理進行管網(wǎng)部署的協(xié)同。通常選用不同管徑和鋼材原料最為重要。其次進行不同壓力和流量的運行也是天然氣管網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用和強化的核算關(guān)鍵。例如動態(tài)切換閥組可以根據(jù)未來體量的強化進行后續(xù)部署，而不是一開始就建設(shè)到位，而相應(yīng)維護人員部署，各國需要不同量綱連續(xù)核算。

5 結(jié)語

綜上所述，社會的進步與自動化成本的不斷降低，以多元矩陣傳感器搭載不同平臺的地形測量系統(tǒng)將依托衛(wèi)星等設(shè)備不斷更新迭代。而數(shù)據(jù)解碼和技術(shù)也在量子物理和加密通信范疇得到提升。下一步，基于地形測量的有限質(zhì)量工程和體系構(gòu)建能很好地將影像地形學(xué)、衛(wèi)星定位技術(shù)和遙感智能化通信融為一體。并在大數(shù)據(jù)范疇下形成擬合性指導(dǎo)和預(yù)測化迭代，最終開采多維技術(shù)手段的天然氣管道管理輸送測量任務(wù)流。