天然气管道输送中自动化技术的应用

苟亚军(雅安大兴天然气有限责任公司，四川 雅安 625000)

0 引言

天然气管道输送是分布式能源构建，网络化集输与运用的安全保障，运用智能化技术手段可以完成气田到终端用户的全过程管控。而运行过程中高精度的数据获取是保持一定区域范围内地质构型有关的工程建设顺利、安全开展的要素。而现代化的地形测量手段能在不同工程要求下快速获取所需的地质信息资料，在新老地理信息数据中形成迭代[1]。

全面拓展数据运用广度，确保工程实际的质量受控。传统的地形勘查工作通常需要确立测绘边界、准备人员与分组、现场踏勘与计量、数据汇总与地形图绘制，数据调取与细节修改与调用。所以数据的获取精度与设备、人员素质和边界确立情况等多重要素有关。而管理体系的缺失更会导致全局性和指导性质量管理的缺失。本文基于笔者在雅安大兴天然气有限责任公司多年工作经验，在设备与技术构型下开展自动化天然气管道输送工作的探讨，如图1所示。

图1 管道智能化解决方案

1 天然气及管道运输自动化概述

现代环保经济弘扬的低碳综合经济综合发展和多维体制下节能环保理念不断深化，基于多维数据管控的天然气管道安全运行技术发展迅速。不同压力级别和输送量级的天然气输送管道的管径、钢级和运行维护管控方案不一，而统一实现长期、稳定、安全的运行需要多维数据把控和人员巡检，以确保危险源受控。天然气具有一定压缩量、易燃易爆、理化性质活跃[2]。运行和集输都具有一定危险性，一个完整的天然气管道输送系统通常由压缩机、分输站、阀组和管道等基础部件组成，结构复杂，分支流程较多。我国经过西气东输、川气东送后已经对长输管道的建设与运行积累了相关的经验。而基于我国自身特点对长输天然气管道运行、建设、维护标准也在不断完善。当前，基于管道压力、多级清管情况和分输站压力波动以及压缩机喘振运行频率等故障复杂数据的收集与分析也在帮助自动化技术的革新。未来运用数字化、智能化、自动化的方式管理天然气管道势在必行。

2 常见的天然气管道输送中自动化技术

2.1 全球卫星定位技术

天然气管道点多面广，常规巡检需要耗费大量人力物力。运用卫星进行具体方位的数据记录与绘制是GPS系统的精髓。运用该项技术能很好地进行故障异常点定位和管道建设的大边界测量。基于卫星的数据发送，能在高精度平台上依托手机、PC等多重低成本平台实现数据传输与运用。而多颗卫星的环绕式照射还能通过不同探头测量热量变化、高度变化和高速移动物体的物理参数[3]。因为全球卫星定位需要依托地面接收平台和卫星群构建的帮助。所以各国都在寻求不同途径，在有限成本下构建自身的全球卫星定位系统。我国的北斗卫星全球定位系统也随着趋势发展而不断得到完善，未来将更好地服务地形测量工作。

2.2 现代测绘技术自动化技术

更加广泛的地理信息系统能在测绘手段下进行低成本工作。该技术能有效弥补全球定位系统误差。针对特殊目标和区域的地理环境数据进行综合展示。运用无人机配备高清摄像头进行有限成本的高空侦查，并获取可视化地理空间数据，将数据信息进行储存化建模并刻画覆盖至全球定位系统当中[4]。及时展开低成本的地质灾害预警与天然气管道运行巡检考核，观测设备设施完整性，并巡查是否有第三方人员进行破坏，全面保证天然气管道运行安全。这项技术在新疆、东北等空旷无人区研究运用前景广阔，测绘精度极易达到工程目的。

2.3 SCADA系统融合

SCADA系统是建立在不同年限建设的天然气管道计量系统基础上进行一次数据表并入和有限检测手段添加的多维表征系统。相应的数据采集器需要因地制宜的进行探测器添加。运用不同数据失量表能在数学算法下合理进行检查匹配[5]。并在现有技术水平下的数据通信器进行归一化运用，在充分运用数据的前提下节约资金投入。在极大化投入软件物理模型的基础上完成仿真与模拟，全面强化智能化管控水平。同时运用卫星技术在GPS技术、GIP技术等基础变量支撑下完成硬件升级。同时基于未来经济发展与运维因素变化进行不同年份的动态分析，以在多维层次下完成运行状态监控与时效性分析。同时运用计算机总段进行集中管理，将人为数据录入和可靠性展示进行融入以达到全程模板化融合。

3 天然气管道输送中自动化控制的现状

管道按输送距离、作业方式、输送目的一般分为以下三种：一是矿井集气管道，属于油气田内管理的矿井输气管道；二是长输管道，属于某管道运输公司的主干管道；三是城市输配燃气管网，即投资的城市燃气管道，由燃气公司建设和管理。管道输送一般由输气段、首站、压气站、中间受气站、中间配气站、末站、清管站、主干截止阀室、各种障碍物组成在线路(水域、铁路、地质障碍等)的磨损断面等部位。基于天然气产区往往远离市场，常规运输方式为管道运输(陆运和短途海运)；LNG形式由专用运输船运输(长途跨洋运输)。专用运输船的优势在于运输量大，技术成熟可靠；其缺点可以概括为建设和运输(或生产)成本高，适应生产和销售变化的灵活性小。在天然气运输方式的比较中，管道运输是最基本的方式，应用范围很广，特别是对于长距离、大体积的运输，在具备航运条件且运输距离很远的情况下，远洋液化天然气运输船优于天然气管道。当它超过7 000 km时，它可能是唯一经济的运输方式。LNG和CNG的陆路运输是对管道运输的有益补充，主要适用于小型运输和分散供气。天然气水合物运输技术还不是很成熟，但有发展前景。ANG运输价格便宜，虽然技术还不是很成熟，但前景比较理想。从目前的发展情况来看，我国的天然气管道自动化技术与发达国家存在一定差距，可以归结为以下两点：一是我国对天然气的需求量逐年增加；二是家庭自动化技术相对落后，尤其是天然气管道自动化技术在软件系统管理方面，缺乏协调统一。

4 天然气管道输送中自动化技术的应用策略

社会的进步与时代的发展造就了方法论和设备设施的升级。而运用最新技术的数据算法+设备维持升级方面的概率论方法运维能在运筹学基础上实现天然气动态调配。而不同经济模式上的气田动态地质储量预测与下游用户周期性用气预测也能在气藏工程与经济学上形成联立，以至于在油气储运环节进行补充协同，完善更大的利润空间，并确保自动化技术分批次投入。天然气管道输送中自动化技术的应用将遵循管输系统运行模式，形成多位一体的弱电监控保护+遥感卫星监控双重手段。而现代化管控系统中继电保护的主要任务是在电源系统出现故障时执行继电保护动作[6]。对于天然气输送管道来说，为实现长时间、安全稳定运行，必须应用耐压性能良好、能够适应远距离输送的优质管道。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。

4.1 运用计算机网络技术

计算机网络技术运用范围广，成本核算适中。相应的PLC控制柜和不同体量的数据表都可以在计算机技术的整合下循序渐进进行数据库建立与上网。而在数学算法的融入下可以进行不同数据量的归并化展示与分析，并在不同维度下进行静态和动态的分析，以致获取最佳收益，其中最具代表性的就有管道运行和维护阶段的监控。当管道运行至一定时效后计算机算法能全程监控各环节的历史运行信息，将压力和流量进行归并核算。最终在和管道运行评测剩余寿命基础上完成一定的数据监控。而相应的静态特征下计算机系统可以模拟不同阶段不同管路的分布式维护，在周期合适和人力资源调配合理的基础上快速完善运行维护，以指引快速投产和分布式能源构建。此外,安全评估上不同管线的腐蚀监控需要进行开挖，而运用数据算法能实时监控数据变化。在细菌监护和电化学腐蚀同时发生的前提下进行有限元分析，以达到不同数量级的危害预警，以致帮助全程安全运行管控。

4.2 压缩机保护中的应用

压缩机在管输系统的运行中占据最重要的位置，其重要性显而易见。一旦压缩机发生故障，就不能保证管输系统的稳定性和安全性。因此，应将压缩机作为继电保护工作的重要组成部分，并应耐心分析定子绕组短路故障的细节。在严重的情况下，故障的温度将升高并且周围的绝缘层将被损坏。一旦绝缘层损坏，将影响压缩机的运行安全性。相关技术人员应从实际出发，并在定子绕组中安装保护装置，以免发生各种短路情况。如果压缩机在发生故障时处于单向接地状态，则当电流大甚至超过额定值时，大面积可能会发生短路，因此继电保护工作将无法进行。

4.3 线路接地保护中的应用

管输系统中的布线复杂度非常高，并且不同设备的使用技术方法和使用条件也有所不同，这使得接地方法非常复杂。在对线路的实际情况进行详细调查分析后，如果存在接地现象，为避免长时间接地，应及时切断电源。此类问题通常在管输系统的实际运行中发生，因此继电保护工作可以准确地预测故障。如果线路接地在零序电流条件下出现问题，则可能导致零序电流继续快速增加，并且各种继电保护动作是显而易见的。如果断电过程中存在零序电压条件，则表明系统还具有继续稳定运行的能力。为避免产生零序电压，相关技术人员可以在继电保护装置运行期间，通过报警信号来处理故障，同时通知维护人员赶赴现场，仔细分析电压值，并根据电压值的水平确定是否存在接地故障。

4.4 在运行系统母线中的应用

继电保护自动化技术在总线上的应用主要分为两种，分别是差动保护和相对保护。其中，比较保护主要是基于对比法，提高了对电源总线的保护。差动保护具有完全一致的特性和变化，并且电流互感器在系统总线组件上统一配置。将绕组成功连接到系统总线的侧端口后，将继电保护装置安装在系统总线的差动位置。对于当前的接地故障，可以使用三相连接来执行系统总线继电器保护功能。如果发生接地故障且电流较小，则将系统总线继电器的保护设置为相间短路，并且可以通过两相连接来实现继电器的保护作用。管道的建设需要先期论证与匹配性衰减式核算。通常单一气田在经过第一轮勘探开发后所处的稳产期和衰减期需要经过多次试气依据的拟合。其中企业运营方也需要根据下游用户体量和未来经济增长需求合理进行管网部署的协同。通常选用不同管径和钢材原料最为重要。其次进行不同压力和流量的运行也是天然气管网自动化技术应用和强化的核算关键。例如动态切换阀组可以根据未来体量的强化进行后续部署，而不是一开始就建设到位，而相应维护人员部署，各国需要不同量纲连续核算。

5 结语

综上所述，社会的进步与自动化成本的不断降低，以多元矩阵传感器搭载不同平台的地形测量系统将依托卫星等设备不断更新迭代。而数据解码和技术也在量子物理和加密通信范畴得到提升。下一步，基于地形测量的有限质量工程和体系构建能很好地将影像地形学、卫星定位技术和遥感智能化通信融为一体。并在大数据范畴下形成拟合性指导和预测化迭代，最终开采多维技术手段的天然气管道管理输送测量任务流。