天然气管道输送自动化技术探讨

摘要：天然气作为一种清洁干净的能源，已经成为中国当前最主要的能源，并且其清洁环保的特性与当前的绿色环保观念不谋而合，人们对于天然气的需求量在不断加大，这对天然气管道输送提出了更高的要求。文章分析对比了国内外天然气管道输送自动化技术发展现状，并根据中国实际情况提出天然气管道输送自动化技术提升措施。

关键词：天然气；管道输送；自动化技术；配气管道；管理成本 文献标识码：A

中图分类号：TE869 文章编号：1009-2374（2016）07-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.028

天然气管道也被称为配气管道，其主要作用是在天然气开采之后通过天然气管道输送到天然气配气中心。目前，我国也是主要利用天然气输送管道来进行天然气的输送，同时也利用了自动化技术，最大化地实现天然气输送效益，节约天然气管理成本。

由于天然气具有易燃易爆的特点，危险性较大，因此天然气管道输送系统是十分复杂的。从这方面来看，对于天然气输送管道的管理，不但需要满足居民日常使用，还要确保输送的安全性。随着自动化技术的发展进步，在天然气管道输送中也逐渐将自动化技术应用其中。利用自动化技术能够进行天然气的管理，并且能够实现天然气输送的自动化，从而满足人们的使用需求。天然气输送自动化是一个集天然气开发、输送以及管理的综合体系，其中还包括压气站、分输站、压气分输站、储气库等不同类型的站点。自动化技术的应用能够更好地管理天然气输送管道以及相关站点、气体输送的参数，运用数字化、智能化以及自动化的方法手段来进行天然气管道的管理。下文将详细分析国内外天然气管道输送自动化技术的应用现状，并提出几项提高我国天然气管道输送自动化技术的策略。

1 国内外天然气管道输送自动化技术

1.1 国内现状

我国主要的天然气管道就是应用西气东输的管道，到目前为止天然气管道输送自动化技术的最高水平就是这项技术。从发展历史来看，我国天然气输送管道自动化技术起步较晚，无论是在计算机或者是工程技术水平上来看，都与西方发达国家存在一定的差距。在对天然气管道进行设计的时候，管线压力以及流量等参数都是通过稳定流动的计算方法来设计出来的，实际的运行数据与这些参数之间存在一些偏差。近些年来，天然气管道仿真技术在我国也获得了发展。例如中国石油大学开发出的天然气管道动态仿真软件，这个软件能够对天然气管道、压缩机、调压阀以及用户管网进行模拟，有效地实现了天然气长距离输送管道以及配管网的动静态仿真。现阶段，天然气管道输送自动化中已经能够将仿真技术以及数据采集与监视控制系统，即SCADA系统相互结合起来，能够实时监控以及采集天然气管道数据，从而实现天然气管道的自动化管理。在这个过程中，还可以综合运用卫星遥感技术以及GPS等多种技术，这些现代自动化技术的应用能够有效地发现天然气管道出现问题的地方，并且能够及时地进行处理。除此之外，在管理以及测试天然气压力的过程中，已经将超声波流量计应用在其中，确保天然气不会出现压力骤然增加的现象，保证压力以及流量与标准要求相符合。然而，由于我国天然气分布不均匀，并且地理环境复杂，因此在天然气管道建设方面存在许多困难。现今所有的管道仍然无法满足需求，加上与国外天然气管道输送自动化技术还存在一定差距，因此我国在建立全国性的天然气管道网络上还存在一定困难，需要进一步研究天然气管网的协同管理以及灾难恢复等方面的内容与技术。

1.2 国外现状

美国早在20世纪60年代初就开始进行干线输气管道优化运行研究，当时主要是研究稳态优化运行问题。经过几十年的发展，美国、英国、俄罗斯等天然气工业发达的国家已经形成了一套比较完整的输气管道优化运行的理论和方法，并且已将其应用到输气管线的生产实践中。干线输气管道优化运行的最优准则通常是运行能耗或能耗费用最低，采用这类最优准则的优化运行问题称为能耗最优化问题。国外经验表明：能耗最优化可以使输气管道的运行能耗有不同程度的降低。国外的天然气应用较早，因此天然气的自动化技术也较为成熟。目前，国外一些涉足油气管道行业的专业软件公司已经开发出干线输气管道或管网优化运行的商品软件，这些优化软件已经在国外一些干线输气管道或管网上应用。此外，某些输气管道公司自行开发了干线输气管道或管网优化运行软件。近年来，国外在输气管道优化运行方面的发展趋势是在干线输气管道上推广应用这项技术，同时进一步研究管网优化运行技术及非稳态优化运行技术。美国Stoner公司开发了用于气体稳态管网设计的软件SWS以及模拟长输管道动态工况的软件SPS。SPS设置了理想化的调节器，可以方便地模拟管道系统的控制，如进出站压力控制、流量控制等。

国外在使用自动化技术中，不但包含自动化与网络技术，还包括对GIS的利用，天然气管道的设计、施工以及监测等。除此之外，在天然气管道施工管理过程中运用自动化技术，能够大大降低管理成本，并且及时发现和处理管道中存在的问题。根据调查研究发现，美国某个天然气公司将优化运行的技术应用在一条输气管道上，其运行数据表明运用了优化运行技术之后，该条输气管道运行能耗能够节约10%左右。现阶段，国外对于天然气管道输气管网的研究主要在于非稳态工况的最优控制。根据调查研究表明，进行动态优化控制能够减少17%左右的能耗费用，并且对于动态时间能够实现有效的控制。

2 我国天然气管道输送自动化技术提升策略

近些年来，中国在天然气管道输送自动化技术方面取得了巨大的发展进步，但是与国外自动化技术的应用相比，还存在着一定的差距。因此，根据实际工作经验提出以下措施，希望提高天然气管道输送自动化技术：

2.1 大力推广SCADA系统的运用

数据采集与监视控制系统就是SCADA系统，它主要是运用计算机技术来实现生产运输过程中的控制与调度的自动化系统。在天然气长输管道输送中，运用SCADA系统不但能够监控以及自动调度天然气的生产、输送过程，大大提高天然气调度的精确度。另外，该系统能够实时搜集、记录以及整理、分析天然气输送过程中的各项相关数据，对于其中存在隐患的能够及时发现并处理，大大提高天然气管道输送的安全性，保证自动化技术的可靠性。在调控中心运用SCADA系统，能够监控天然气管道的数据。运行人员通过站控界面实现观察站内压力和温度及阀位的数据监控，通过压缩机增压模式输送到下游站场，保证了天然气管道输送的平稳运行。目前，中国已经在天然气管道输送过程中普遍应用了SCADA系统，有效地实现了天然气管道输送的自动化。例如在中国的长输管道西气东输过程中，利用SCADA系统来监控远程RTU阀室以及全线站场的天然气运行情况，主要是将SCADA系统运用在调控中心来远程控制站场以及阀室的可控阀门。

2.2 使用多款智能化软件

在天然气管道输送中，不但可以运用SCADA系统，还可以将其他智能软件与之相结合，更好地提高天然气管道输送的自动化程度。例如可以运用管道模拟仿真软件、GPS以及GIS等先进技术，能够实时监控、测量以及操作天然气生产现场，并且能够运用多软件对手机数据进行分析与决策，避免出现漏洞，实现信息数据的统一查询，从而无论是在硬件还是在软件方面，全面实现天然气管道输送自动化程度的提高，大大提高了天然气管道运输的生产效率，并且减少了输送的综合成本。

2.3 合理优化管道输送干线

除了将智能软件以及信息化系统运用在天然气管道输送过程中，还需要合理优化天然到管道硬件方面的设施。目前，欧洲作为天然气管道输送自动化程度较高的地区，也是世界上天然气输送管道密度最大的地区。不仅实现了各国之间的天然气管道互通，在经过海底铺设之后，还有效地实现了国际互联天然气管道网络，大大提高了自动化技术应用的便利性。从这个方面来看，只有对天然气输送管道进行充分的优化，才能确保其作为自动化技术的载体，在天然气管道输送方面发挥最大的效用。目前，我国正在建设中俄之间的跨国天然气管道，在建成之后我国将会出现大批跨国输气管道，实现与原有天然气管道的并网，实现天然气管道的自动化输送。

2.4 优化天然气输送管道

为了提高天然气管道的运输能力，可以将涂层添加在天然气输送管道内，这样也能够更好地实现自动化目标。根据调查研究发现，将涂层添加在管道内，不但能够大大减少输送过程中出现的阻力，还能够提升输气量在6%左右，有效地减少故障发生的概率，全面实现天然气管道输送的自动化。

2.5 加大资金投入，提升自动化系统智能程度

智能SCADA系统等较为先进的自动化系统也逐渐运用在中国许多天然管道输送中，例如陕西北京天然气管道输送以及西气东输一线、二线管道等。但是在运行过程中，SCADA系统也不可避免会存在各种故障与问题，为了确保SCADA系统的正常运行，需要技术人员进行后期的维护。中国的天然气管道输送中的智能程度在不断提高，许多天然气管道输送中已经实现SCDAD的全面自动化技术。在自动化系统中，工作人员观察天然气管道压缩机以及输送过程等，可以采取三维彩色图形显示器，这种显示器能够使得观察效果更为逼真，且能实现模拟动态图。现阶段，对于SCADA系统的研究方向为无人值班以及一间监控的自动化发展方向。

3 结语

综上所述，天然气管道输送的自动化技术不但能够提高输送效率，还能够提高天然气输送的精确程度，已经成为全球范围内共同研究的课题，也是天然气管道输送未来的发展方向。

参考文献

[1] 亓洪兴，李正文，杨一德，等.机载红外天然气管道泄漏监测技术研究[J].红外，2009，（3）.

[2] 魏广锋.试论如何提高天然气管道输送自动化技术水平[J].中国化工贸易，2012，（9）.

作者简介：张玉龙（1988-），男，黑龙江哈尔滨人，广西广投天然气管网有限公司助理工程师，研究方向：输气工艺设备管理。

（责任编辑：蒋建华）