系统论在城市燃气区域计量分区的应用

秦 刚, 万 云, 王 宇

(1.四川省高发城镇燃气研究院有限公司, 四川 成都 610000; 2.彭州华润燃气有限公司, 四川 成都 611930)

1 概述

1.1 燃气企业经营管理要素

城市燃气安全问题主要集中在泄漏后形成的爆炸及燃气不完全燃烧对周围环境产生的影响。泄漏或是燃气输配过程中管道自然腐蚀、第三方破坏等原因造成,或是在用户端,用户用气操作不规范、生物咬食户内管道造成。泄漏燃气聚积造成爆炸,危害极大。在燃烧过程中燃气不完全燃烧产生的一氧化碳,也会造成生命危险。另外,与各用户的贸易结算,目前燃气企业普遍采用定期与用户结算用气量,如何做到燃气企业与用户之间的公平结算,对燃气企业的经营起着至关重要作用。

鉴于以上原因,燃气企业要持续保障企业的经营管理,首先要做到控制燃气输配安全,关注用户安全使用燃气,同时还要做到燃气企业与用户之间公平贸易结算。所以燃气企业的经营管理三要素为:管道设备设施、用户、计量。

三要素并非独立存在,而是存在一定的依存关系。管道设备设施是为用户输送燃气的运输载体,而燃气管道的建设、规划需要根据区域用户发展情况、区域用户用气量来决定,用户的用气量通过计量数据体现,计量数据可以反映用户用气状态,可根据流量的变化进行气源调度,并指导设备设施维护,保障用户用气安全。

1.2 燃气区域计量分区提出

城市燃气的计量分为贸易计量和管理计量,气源端贸易计量用于与上游单位的气量结算,用户端贸易计量用于用户端的气量结算。管理计量则主要用于气源调度、安全管控及输配计划等。

本文提出城市燃气区域计量分区(简称计量分区)管理模式,以流量变化作为重要依据,通过设立计量装置,以计量装置为界,计量装置后的管道设备设施、用户等管理要素作为分区管理对象,将区域进行细分,缩小数据基数,利用数据传输系统,实现流量实时监控,通过信息化手段建立流量波动模型、分区调度模型、实时供销差模型,通过实时数据与管道流量监控的标准曲线、用户负荷曲线进行对比后的综合分析,实现安全调度输配及输差管理的预警、预案固化及主动干预。

2 系统论

① 计量分区管理建设流程

城市燃气区域计量分区管理建设流程见图1。计量分区管理的建设包含了输配管理现状调研、总体方案确定、投资预算、计量装置安装次序确定、信息化平台搭建、管理架构变化、异常管理及管道、设备设施维护7个步骤。输配管理现状调研是对燃气企业自身家底的摸清,投资预算、计量装置安装次序确定及信息化平台搭建是实现过程,管理架构变化、异常管理及日常维护属于保障措施。总体方案确定是7个步骤中最重要的一步,一项技术管理的实现,得益于总体方案的方向性、准确性及可操作性,而在总体方案确定中,最关键的一步是计量分区的确定。

图1 城市燃气区域计量分区管理建设流程

为了保障用户用气可靠,城市燃气管道通常采用环形管网,计量分区之间存在输配工艺联系,该联系是否科学,是计量分区是否适合的重要判断依据。所以需要一种可以立足整体,关注要素个体发展,但能够将整体与各要素建立逻辑关系的科学理论作为计量分区的指导[1]。

② 系统论的概念

系统论[2-3]的核心思想是系统的整体观念。任何系统都是一个有机的整体,它不是各个部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。

计量分区管理通过区划的方式,分解出若干个三要素融合在其中的子单元,使得经营三要素的反馈更加突出,数据管理实现时效性,管理逻辑更为清晰,通过实现子单元的管理从而实现燃气企业的管理。系统论作为重视整体发展、关注元素自身特点及各元素间联系的科学理论,适合对计量分区进行指导。

3 系统论在计量分区中的应用

3.1 整体性原则的应用

整体性原则是系统论中最重要的原则,在计量分区中是最重要的考量因素[4]。

在计量分区时应充分考虑现有燃气输配工艺关系,根据历史输配情况、城市建设情况、发展规划等,将安全重点关注区域、数据异常区域、重点调度区域进行区分,结合已建设的阀门、阀井、计量柜的情况,综合考量区划边界,不能简单参照城市行政区域进行简单划分。同时,应在保障各分区平稳供气的前提下,考虑计量设备量程、整体建设投资等。因为城市燃气与其他天然气项目不同,城市燃气具有不断发展性,所以在计量设备量程确定上,需要结合分区内的发展情况进行预估,从而采用合理量程的计量设备。

在计量分区时还应当考虑数据模型与数据基数变化的关系。城市燃气最大的用户群为居民用户,其用气特点为单体用气量小、压力低。而近年来多次燃气爆炸事件均为居民用户燃气泄漏导致,计量分区技术流量波动模式就是专为解决微泄漏无法及时发现处理而存在的,该模式可以实现流量数据实时曲线与历史曲线的对比,但数据对比的关键在于数据基数。一旦计量数据过大,微小的流量波动便无法凸显,而数据基数与计量分区内用户数量有直接的关系。在计量分区时,应将数据基数作为重要的考量因素,进行计量分区。

计量分区打破了传统的管理壁垒,需要技术推进、逻辑关系梳理、分区建设、数据收集、数据逻辑关系梳理、人员架构调整等诸多环节,最终形成了具有平行、递进关系的复杂管理系统。特点是数据庞大、管理层级复杂,彼此间并不是简单的串、并联关系,虽然分区之间有界线,但在实际的管理与经营中相互影响,相互制约,各分区间的输配具有关联性。所以需要充分将各个分区考虑为一个综合的管理分区,是小型的业务管理单元,通过科学地管理各个小型的业务管理单元,使整个燃气企业得到最佳的管理效果。

3.2 层次性原则的应用

在系统论中,层次性原则也是一个非常重要的原则,指在系统任何一个层次都是由多个更低层次的子系统或者元素所组成,但每一个系统的层次性质或功能不仅仅是它包含的子系统或元素的性质或功能的简单加和[5]。

城市燃气企业可采用叠层式方式将分区划为3个级别。通过数据处理分析中心,可以跨越上一级分区,直接管理下级分区,各级分区将计量数据反馈给数据处理分析中心,然后根据此数据完成各分区的气源精准调度、安全运行保障等工作。在计量数据的关系上看,城市燃气企业计量总量等于各一级分区计量总量之和,一级分区计量总量等于各二级分区计量总量之和,二级分区计量总量等于各三级分区计量总量之和,三级计量分区是最小的计量单元。各一级分区间相对独立,一级分区含有多个二级分区,二级分区含有多个三级分区,三级分区之间相对独立,但平级分区之间并非绝对独立,其具有输配关联性,因各分区由于不同时段的用气量需求不同,也会进行一定的调配,造成相互影响。从属关系的一、二、三级分区,也不仅仅是简单的计量加和关系,各一、二级分区内也存在输配的关联性及复杂的气源分配逻辑,所以分区时,一定要以分区内的输配关系作为分区的出发点,综合考虑管理的便捷性及经营三元素之间的关系,再进行分区的细化,从而做出相应的调整。

3.3 开放性原则的应用

开放性原则是指无论是系统还是系统所包含的子系统或元素都存在与环境之间的联系,都处于可以持续变化的动态[6]。

城市燃气以保障安全平稳用气为第一要素,由于各区域用气特点的不同,因此普遍存在用气不规律、波峰波谷差值大等特点,用气特性复杂。随着城市不断发展建设,各类型用户也随之增长,但是各类用户对燃气的需求不同,导致燃气企业对于不同用户的管理重心也存在差异化。计量分区管理的目的性也存在不同:对于高后果区较多的分区,重点工作关注流量波动模型的建设及应用;对于重点用户多、异常区域多的区域,重点工作为关注实时供销差监控分析模型的建设及应用,同时根据实际需求确定最小计量分区数量;对于分区与分区之间,重点关注分区气源预测和调度模型的建设及应用。

分区并非固定的,可根据用户发展情况,对分区级别进行动态划分,也可根据分区内用户性质变化进行,对关注重点进行重新划分,采用不同模型,根据科技不断提升修正模型,变化数据收集通道等。同时分区级别也不是固定的,各燃气企业可根据自身的管辖区域、用户性质进行多个级别的分区划分,同时随着用户不断发展,管理精益化需求不断提升,也可在原分区级别下再进行下一级别计量分区。

4 系统论指导下的计量分区实例

PZ天然气公司所管辖区域由山地、丘陵和平原构成,且工业用户众多。PZ天然气公司根据系统论,对所管辖区域进行细分,PZ天然气公司分区见图2。

图2 PZ天然气公司分区

PZ天然气公司根据整体性原则,以企业管理作为核心抓手,分成了13个一级分区。利用层次性原则,进行进一步细分,以一级分区A为例,根据一级分区A区域管道工艺关系及用户特征,将一级分区A分为2个二级分区,其中二级分区A2以自建小区为主,根据PZ天然气公司一级分区A的管理能力,将二级分区A2分为2个三级分区。根据开放性原则,次高压管道作为燃气输气的主管道,承担着一级分区的输配重担,为单独的一级分区。中压管道未单独细分。

根据各区域的功能与特点不同,进行不同方向的重点管理。一级分区A是P市重点工业区域,工业用户数量占比较高,PZ天然气公司重点考虑该区域用气异常问题,通过实时供销差模型的数据分析,发现了用气异常用户,并进行主动干预。近年来P市城市建设速度加快,扩建、新建多条主干道路,建设项目主要集中在一级分区B内,该区域的安全用气也是近年PZ天然气公司的重点关注问题。通过流量数据波动模型的应用,PZ天然气公司多次发现违规施工导致的燃气泄漏,主动进行干预,避免了燃气险情的发生。

5 结语

利用系统论作为指导思想,联系城市燃气区域计量分区中的各种逻辑关系需求,从整体性、层次性、开放性对城市燃气区域计量分区中的各种逻辑关系需求进行梳理及规划,完成城市燃气区域计量分区。

城市燃气区域计量分区要以燃气企业的管理发展作为出发点,关注各级分区的独立发展,以全局性的眼光、动态的发展为指导思想,保障城市燃气区域计量分区的科学性,推进管理模式落地,最终实现城市燃气企业安全运营。