作者簡(jiǎn)介：崔政（2001-），男，汽車與工程機(jī)械用鋼研發(fā)工程師。研究方向?yàn)殇撹F冶金。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.045

摘" 要：煉鋼廠大量的地下煤氣管道由于老舊，使用時(shí)送收段之間已經(jīng)陸續(xù)開始出現(xiàn)壓力差。及時(shí)地修建輸送管道，運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)，使一系列相關(guān)的流體在高儲(chǔ)與生產(chǎn)2個(gè)區(qū)段得到有效銜接是企業(yè)下一步的計(jì)劃。該文圍繞著鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化與自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行剖析，分析鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化的重要性和管道輸送自動(dòng)化控制技術(shù)的類別，并提出要積極學(xué)習(xí)和引進(jìn)先進(jìn)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，注重對(duì)鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化控制人才的培訓(xùn)，加大對(duì)自動(dòng)化控制軟件的開發(fā)力度，利用現(xiàn)代技術(shù)來提升自動(dòng)化控制的程度，健全鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化的管理體系，希望能給相關(guān)企業(yè)和高校帶來一些啟示。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廠；管道輸送；自動(dòng)化；控制技術(shù)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

中圖分類號(hào)：TF089" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）16-0187-04

Abstract： Because a large number of underground gas pipelines in steelmaking plants are old， the pressure difference between sending and receiving sections has begun to appear one after another. The next step of the enterprise is to build the transportation pipeline in time and use modern technology to effectively connect a series of related fluids in the two sections of high storage and production. Based on the analysis of pipeline transportation automation and automatic control technology in iron and steel plants， this paper analyzes the importance of pipeline transportation automation in iron and steel plants and the categories of pipeline transportation automation control technology. It is also proposed that we should actively learn and introduce the development experience of advanced countries， pay attention to the training of talents for automatic control of pipeline transportation in iron and steel plants， and strengthen the development of automatic control software. Modern technologies should be used to enhance the degree of automation control， and improve the steel plant pipeline transportation automation management system， so as to bring some inspiration to relevant enterprises and colleges and universities.

Keywords： iron and steel plant; pipeline transportation; automation; control technology; risk assessment

在鋼鐵廠內(nèi)，流體生產(chǎn)原料以管道輸送往往是快速、高效、精準(zhǔn)調(diào)配的最佳選擇，但這對(duì)管道系統(tǒng)如何保障管網(wǎng)運(yùn)行安全及可靠性有著較為苛刻的考驗(yàn)。我國管道輸送領(lǐng)域的自動(dòng)化雖然在油氣輸送方面得到了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)調(diào)整的智能化集中調(diào)控、區(qū)域分級(jí)管控的發(fā)展，但在制造行業(yè)內(nèi)依舊停留在較為落后的區(qū)域單獨(dú)管控模式，相比歐美發(fā)達(dá)國家在管道自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用上仍然有著巨大的發(fā)展需求。文章以SCADA系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)氣體的安全性和輸送風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，探討了鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化的提升方向，對(duì)于后續(xù)修建輸送管道工作的開展具有重要意義。

1" 鋼鐵廠管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.1" 輸送管道的發(fā)展

21世紀(jì)，全世界各地的輸送管道工程都迎來了發(fā)展的黃金時(shí)期，新材料的突破，新制造工藝、新焊接工藝的層出不窮，使輸送管道工程技術(shù)取得了顯著進(jìn)展。未來管道輸送的自動(dòng)化勢(shì)必成為鋼鐵廠提升輸送效率、節(jié)約費(fèi)用、控制風(fēng)險(xiǎn)的重要途徑。在鋼鐵廠管道輸送技術(shù)的發(fā)展方向上，有以下幾個(gè)方面的發(fā)展：管道內(nèi)流體壓力進(jìn)一步提高；管道安全性和強(qiáng)度更高；管道孔徑更大[1]；鋼鐵廠廠房?jī)?nèi)外的管道建設(shè)不斷向廠房?jī)?nèi)外兩極和地底延伸，且逐漸形成具有獨(dú)特風(fēng)格的網(wǎng)絡(luò)狀大型輸送系統(tǒng)。

1.2" 輸送管道的自動(dòng)化控制技術(shù)

國外在管道輸送方面的研究比較早，所以他們的自動(dòng)控制技術(shù)具有比較高的程度，已經(jīng)進(jìn)入到了管道輸送自動(dòng)化發(fā)展的新時(shí)代，其中自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地提升管道輸送的效率、使用率及管道輸送的安全性[2]。

雖然相對(duì)于國外，國內(nèi)對(duì)管道輸送的理論研究相對(duì)滯后，但通過多年來的穩(wěn)步發(fā)展和持續(xù)的實(shí)踐與創(chuàng)新，我國管道輸送的自動(dòng)化程度已接近世界領(lǐng)先水平?！拔鳉鈻|輸”工程是中國管道史上大型和典型的“世界之最”工程，是目前國內(nèi)最大、最具代表性的一條管道工程。如圖1所示，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)是目前在國內(nèi)企業(yè)使用最多的管道輸送自動(dòng)化控制技術(shù)[3]。

鋼鐵廠通過SCADA系統(tǒng)將管道輸送技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在煤氣系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)的工作方式為：利用計(jì)算機(jī)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備展開監(jiān)視和控制，并在監(jiān)控過程中，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和儲(chǔ)存，在分析過后對(duì)存在的安全隱患進(jìn)行快速的識(shí)別并發(fā)出警報(bào)，協(xié)助從業(yè)人員盡快地將存在的問題消除掉，避免造成經(jīng)濟(jì)損失。

另外，通過SCADA系統(tǒng)對(duì)輸送狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，從而大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在風(fēng)險(xiǎn)比較大的測(cè)試工作中，工作人員不必親自到場(chǎng)，可以確保測(cè)試人員的人身安全。

圖1" SCADA系統(tǒng)的示意圖

2" 鋼鐵廠對(duì)管道輸送的自動(dòng)控制

鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化采用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)管道輸送全流程進(jìn)行管理和控制，管道輸送的自動(dòng)控制對(duì)于提升管道輸送的效率、減少管道輸送的費(fèi)用、控制管道輸送的風(fēng)險(xiǎn)起著非常關(guān)鍵的作用。

首先，與傳統(tǒng)的手工作業(yè)相比，利用SCADA技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道輸送全程的自動(dòng)作業(yè)，能夠極大地降低管道多段控制人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升管道輸送的整體協(xié)同率及工作效率。其次，鋼鐵廠的管道輸送屬于封閉式、連續(xù)性、高流速、高溫度和高危害性的工藝環(huán)境。封閉式、連續(xù)性是指在鋼鐵廠生產(chǎn)過程中，由于煤氣、熱風(fēng)、煙塵和冷卻水輸送管道是一個(gè)持續(xù)封閉的輸送體系，若不采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，很難對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)；高流速是指為了確保熱風(fēng)的輸送效率，整個(gè)輸送過程中，各部位、各環(huán)節(jié)都要保持在高流速條件下，這就造成了手工監(jiān)測(cè)輸送狀況的難度；高危害性是指煤氣在輸送過程中出現(xiàn)泄漏，不但會(huì)影響整體管道的壓力，導(dǎo)致能源的極大浪費(fèi)，還會(huì)帶來巨大的危險(xiǎn)，比如煤氣泄漏區(qū)的濃度高達(dá)5%～15%時(shí)，在一定的條件下可能會(huì)引發(fā)多段管道的連續(xù)性爆炸，造成重大事故。針對(duì)目前我國流體管道輸送存在的諸多問題，采用手工方式無法準(zhǔn)確有效地解決，迫切需要推動(dòng)流體管道輸送的自動(dòng)控制工作。

3" 鋼鐵廠管道自動(dòng)化技術(shù)的分級(jí)

3.1" 流體成分分析

相較于其他企業(yè)，鋼鐵廠內(nèi)部管道的流體成分更為復(fù)雜，各管道內(nèi)流體的各項(xiàng)參數(shù)差別很大，即便是同一種類別的流體，由于地理位置、地質(zhì)條件、區(qū)域氣候等，也會(huì)產(chǎn)生各種成分的差別。為了保證鋼鐵公司管道輸送的安全性，必須對(duì)這些成分進(jìn)行測(cè)試，以保證企業(yè)在使用過程中的安全性。通過對(duì)鋼鐵廠管道成分的分析，能夠根據(jù)企業(yè)的管道實(shí)際情況、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境及管道內(nèi)部流體所含有的雜質(zhì)種類和含量，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析和建立模型預(yù)測(cè)，對(duì)同一類型的管道成分進(jìn)行分析，可有效地提升鋼鐵廠管道成分分析結(jié)果的精度[4]。

3.2" 氣體的安全性評(píng)估

各個(gè)企業(yè)的管道實(shí)際情況、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境及實(shí)際生產(chǎn)波動(dòng)導(dǎo)致的管道內(nèi)部流體所含有的雜質(zhì)種類和含量等因素都不盡相同，因此，對(duì)于各種類型的流體，所使用的承載管道的厚度和顏色也各不相同。在流體進(jìn)入輸送管道之后，必須對(duì)其中的流體進(jìn)行危險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)，從而為管道中流體的輸送提供一種合適的流速波動(dòng)和定時(shí)檢校的方法。危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的是評(píng)價(jià)事故的等級(jí)，一旦沒有得到正確的評(píng)價(jià)，會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)造成嚴(yán)重后果。

3.3" 輸送風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化控制技術(shù)的核心是鋼鐵廠管道輸送風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通過對(duì)鋼鐵廠管道輸送狀態(tài)的檢測(cè)，根據(jù)各類鋼鐵廠管道安全隱患發(fā)生的頻率、危害性、隱患來源等，將鋼鐵廠管道的輸送風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分。目前，針對(duì)在鋼鐵廠的管道輸送過程中存在的健康問題、安全問題、環(huán)保問題、經(jīng)濟(jì)損失、聲譽(yù)損失和產(chǎn)線中斷情況，參考一些學(xué)者對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的定義，將鋼鐵廠的管道輸送風(fēng)險(xiǎn)分為高風(fēng)險(xiǎn)、極高風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)3種類型，管道輸送風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)見表1。利用自動(dòng)控制軟件，對(duì)鋼鐵公司的管道輸送情況進(jìn)行定性定量的分析，并利用合適的數(shù)學(xué)推理模型，對(duì)鋼鐵公司的管道輸送情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，以便及早地找到危險(xiǎn)的地方，采取相應(yīng)的對(duì)策，進(jìn)行有目的的防范，最大限度地減少安全問題的出現(xiàn)。

4" 鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化的提升方向

4.1" 主動(dòng)學(xué)習(xí)外國的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)

與國外比較，國內(nèi)在管道輸送方面的研究相對(duì)滯后，管道輸送的自動(dòng)控制及自動(dòng)化程度還有待進(jìn)一步提高。所以，要對(duì)國外的發(fā)展進(jìn)行主動(dòng)的借鑒，總結(jié)國外在相近領(lǐng)域企業(yè)的管道輸送自動(dòng)化建設(shè)中所積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，指導(dǎo)我國鋼鐵廠的管道輸送自動(dòng)化建設(shè)工作。首先，通過搜集國外先進(jìn)的有關(guān)管道自動(dòng)控制的資料，對(duì)資料進(jìn)行整理，得到較為客觀的結(jié)果，從而為國內(nèi)管道自動(dòng)控制系統(tǒng)的建立和完善奠定基礎(chǔ)。其次，要與國外先進(jìn)的管道輸送技術(shù)相結(jié)合，加強(qiáng)對(duì)國外管道輸送技術(shù)的認(rèn)識(shí)。最后，在學(xué)習(xí)國外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)，針對(duì)性地對(duì)未來管道輸送自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行主動(dòng)的探索和創(chuàng)新，提升我國的綜合自動(dòng)化技術(shù)水平。

4.2" 加強(qiáng)企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)人員的培訓(xùn)

專業(yè)人才始終是工業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力量，鋼鐵廠輸送管道的設(shè)計(jì)與維護(hù)，自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的研究與開發(fā)，在現(xiàn)有大環(huán)境下與人工智能、遠(yuǎn)程監(jiān)控等的結(jié)合，急需具備高水平的專業(yè)素養(yǎng)和多學(xué)科知識(shí)的綜合型人才[5]。要想提升國內(nèi)鋼鐵廠的管道輸送自動(dòng)化水平和自動(dòng)化控制能力，就需要加大對(duì)鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化控制人員的培訓(xùn)力度，成為真正意義上的從實(shí)踐中來，到實(shí)踐中去。首先，企業(yè)應(yīng)該積極與各高校合作，針對(duì)不同的學(xué)科設(shè)置，適時(shí)地調(diào)整課程，增強(qiáng)課程的實(shí)用性和時(shí)代性，提升相應(yīng)學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用能力，進(jìn)而推動(dòng)鋼鐵工業(yè)管道輸送的自動(dòng)化與控制體系的發(fā)展。其次，相關(guān)企業(yè)也需要通過提升技術(shù)人員的薪酬福利，拓展技術(shù)人員的升遷通道，為技術(shù)人員搭建專業(yè)發(fā)展的平臺(tái)等方式，提升技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)人員在該領(lǐng)域中的快速發(fā)展。

4.3" 加強(qiáng)企業(yè)自控系統(tǒng)的研發(fā)

在我國，管道的輸送系統(tǒng)中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是能源與環(huán)保部門的輸送體系中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，其兼容程度和高效程度對(duì)流體輸送的自動(dòng)化程度有很大的影響。首先，通過對(duì)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，增強(qiáng)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處理能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道組成、失效程度、輸送風(fēng)險(xiǎn)等的準(zhǔn)確、客觀評(píng)價(jià)，并提供與現(xiàn)實(shí)最為貼近的評(píng)價(jià)結(jié)果。其次，為了增強(qiáng)自動(dòng)化系統(tǒng)的兼容性，在鋼鐵廠的管道輸送自動(dòng)化系統(tǒng)中，必須接入計(jì)算機(jī)、電子通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控和安全報(bào)警等系統(tǒng)，只有實(shí)現(xiàn)所有系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，才能使鋼鐵廠的管道輸送自動(dòng)化管理與控制成為可能。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳模式如圖2所示。

圖2" 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳模式圖

4.4" 應(yīng)用現(xiàn)代化的技術(shù)來改善自動(dòng)化程度

在鋼鐵廠中，由于制造無縫鋼管技術(shù)的快速發(fā)展和產(chǎn)量的逐年提升，利用現(xiàn)代化的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)流體管道輸送的自動(dòng)化已經(jīng)成為一種必然。鋼鐵廠可以與高校聯(lián)合，將動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)等有機(jī)地融合在一起，研制出適用于企業(yè)的大型流體輸送管道的動(dòng)態(tài)仿真軟件。將這樣的仿真軟件與高校教學(xué)結(jié)合，不但可以提升我國大型流體輸送管道的設(shè)計(jì)水平[6]，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種突發(fā)事件的早期預(yù)警，使得工程技術(shù)人員可以在最短時(shí)間內(nèi)處理突發(fā)事件，防止突發(fā)事件的發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)大型流體輸送管道的安全防范。在鋼鐵廠中，為了解決管道鋪設(shè)困難這一問題，可以運(yùn)用北斗/GPS定位技術(shù)，能夠有效地降低管道架設(shè)誤差，從而避免經(jīng)濟(jì)損失，降低工程事故發(fā)生的概率。

4.5" 改進(jìn)管道輸送的自動(dòng)控制系統(tǒng)

鋼鐵廠的管道輸送牽涉分輸站、壓氣站、儲(chǔ)氣站、除塵環(huán)保、質(zhì)檢和綜合管理等方面。由于涉及的體系復(fù)雜，其對(duì)應(yīng)的管理工作涵蓋廣泛，具有較高的難度[7]。通過對(duì)管道輸送系統(tǒng)的改進(jìn)，使管道輸送的自動(dòng)化程度得到了進(jìn)一步的提升。為了提高在鋼鐵廠的管道輸送中處理問題的效率，應(yīng)該拋棄傳統(tǒng)的分散管理方式，采取一種適用于鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化控制的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分級(jí)管理方式[8]，即制定和實(shí)施集中管理體制。該系統(tǒng)采用統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分級(jí)管理的集約化管理模式，使整個(gè)鋼鐵廠的管道輸送系統(tǒng)在同一區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。在鋼鐵廠，管道輸送過程中如果發(fā)生了故障，則將故障信號(hào)及時(shí)傳送給能環(huán)部門的主控制中心。通過對(duì)這些信息的分析，以及自身的工作經(jīng)驗(yàn)，總控制中心的工作人員可以快速地給出相應(yīng)的處理方法，并協(xié)調(diào)設(shè)備部門的人員迅速處理[9]，保證鋼鐵廠的管道輸送工作順利進(jìn)行。

4.6" 加大對(duì)鋼鐵廠管道自動(dòng)化工程的資金力度

要在鋼鐵廠中實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)化，就必須要有專門的人才和高兼容性自動(dòng)控制軟件，還要有其他新材料、新工藝產(chǎn)業(yè)作為支撐，因此，鋼鐵廠中實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)化，就必須要有足夠的資金支持。企業(yè)應(yīng)該對(duì)煉鐵廠及煉鋼廠分撥專項(xiàng)資金，積極開展管道輸送自動(dòng)化控制建設(shè)。除此之外，鋼鐵廠要具有前瞻性，要清楚地認(rèn)識(shí)到鋼鐵廠管道自動(dòng)化控制的發(fā)展趨勢(shì)[10]，在對(duì)鋼鐵廠管道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的前提下，為鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化控制工作提供研究經(jīng)費(fèi)，加大對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的投資力度，持續(xù)提升鋼鐵廠管道輸送自動(dòng)化的管理和控制水平。

5" 結(jié)束語

總而言之，目前國內(nèi)鋼鐵廠的管道輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)的建設(shè)，主要有3個(gè)內(nèi)容：流體成分分析、氣體的安全性評(píng)估、輸送風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。進(jìn)一步深研自動(dòng)化工作技術(shù)，更新自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，加快我國鋼鐵廠管道輸送的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)于改善鋼鐵廠管道輸送的運(yùn)行效能與安全水平，有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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