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天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)研究的論文
摘要：天然氣作為一種清潔干凈的能源，已經(jīng)成為中國當前最主要的能源，并且其清潔環(huán)保的特性與當前的綠色環(huán)保觀(guān)念不謀而合，人們對于天然氣的需求量在不斷加大，這對天然氣管道輸送提出了更高的要求。文章分析對比了國內外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現狀，并根據中國實(shí)際情況提出天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)提升措施。
關(guān)鍵詞：天然氣；管道輸送；自動(dòng)化技術(shù)；配氣管道；管理成本
天然氣管道也被稱(chēng)為配氣管道，其主要作用是在天然氣開(kāi)采之后通過(guò)天然氣管道輸送到天然氣配氣中心。目前，我國也是主要利用天然氣輸送管道來(lái)進(jìn)行天然氣的輸送，同時(shí)也利用了自動(dòng)化技術(shù)，最大化地實(shí)現天然氣輸送效益，節約天然氣管理成本。由于天然氣具有易燃易爆的特點(diǎn)，危險性較大，因此天然氣管道輸送系統是十分復雜的。從這方面來(lái)看，對于天然氣輸送管道的管理，不但需要滿(mǎn)足居民日常使用，還要確保輸送的安全性。隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在天然氣管道輸送中也逐漸將自動(dòng)化技術(shù)應用其中。利用自動(dòng)化技術(shù)能夠進(jìn)行天然氣的管理，并且能夠實(shí)現天然氣輸送的自動(dòng)化，從而滿(mǎn)足人們的使用需求。天然氣輸送自動(dòng)化是一個(gè)集天然氣開(kāi)發(fā)、輸送以及管理的綜合體系，其中還包括壓氣站、分輸站、壓氣分輸站、儲氣庫等不同類(lèi)型的站點(diǎn)。自動(dòng)化技術(shù)的應用能夠更好地管理天然氣輸送管道以及相關(guān)站點(diǎn)、氣體輸送的參數，運用數字化、智能化以及自動(dòng)化的方法手段來(lái)進(jìn)行天然氣管道的管理。下文將詳細分析國內外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)的應用現狀，并提出幾項提高我國天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)的策略。
1國內外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)
1.1國內現狀
我國主要的天然氣管道就是應用西氣東輸的管道，到目前為止天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)的最高水平就是這項技術(shù)。從發(fā)展歷史來(lái)看，我國天然氣輸送管道自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，無(wú)論是在計算機或者是工程技術(shù)水平上來(lái)看，都與西方發(fā)達國家存在一定的差距。在對天然氣管道進(jìn)行設計的時(shí)候，管線(xiàn)壓力以及流量等參數都是通過(guò)穩定流動(dòng)的計算方法來(lái)設計出來(lái)的，實(shí)際的運行數據與這些參數之間存在一些偏差。近些年來(lái)，天然氣管道仿真技術(shù)在我國也獲得了發(fā)展。例如中國石油大學(xué)開(kāi)發(fā)出的天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真軟件，這個(gè)軟件能夠對天然氣管道、壓縮機、調壓閥以及用戶(hù)管網(wǎng)進(jìn)行模擬，有效地實(shí)現了天然氣長(cháng)距離輸送管道以及配管網(wǎng)的動(dòng)靜態(tài)仿真�，F階段，天然氣管道輸送自動(dòng)化中已經(jīng)能夠將仿真技術(shù)以及數據采集與監視控制系統，即SCADA系統相互結合起來(lái)，能夠實(shí)時(shí)監控以及采集天然氣管道數據，從而實(shí)現天然氣管道的自動(dòng)化管理。在這個(gè)過(guò)程中，還可以綜合運用衛星遙感技術(shù)以及GPS等多種技術(shù)，這些現代自動(dòng)化技術(shù)的應用能夠有效地發(fā)現天然氣管道出現問(wèn)題的地方，并且能夠及時(shí)地進(jìn)行處理。除此之外，在管理以及測試天然氣壓力的過(guò)程中，已經(jīng)將超聲波流量計應用在其中，確保天然氣不會(huì )出現壓力驟然增加的現象，保證壓力以及流量與標準要求相符合。然而，由于我國天然氣分布不均勻，并且地理環(huán)境復雜，因此在天然氣管道建設方面存在許多困難�，F今所有的管道仍然無(wú)法滿(mǎn)足需求，加上與國外天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)還存在一定差距，因此我國在建立全國性的天然氣管道網(wǎng)絡(luò )上還存在一定困難，需要進(jìn)一步研究天然氣管網(wǎng)的協(xié)同管理以及災難恢復等方面的內容與技術(shù)。
1.2國外現狀
美國早在20世紀60年代初就開(kāi)始進(jìn)行干線(xiàn)輸氣管道優(yōu)化運行研究，當時(shí)主要是研究穩態(tài)優(yōu)化運行問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，美國、英國、俄羅斯等天然氣工業(yè)發(fā)達的國家已經(jīng)形成了一套比較完整的輸氣管道優(yōu)化運行的理論和方法，并且已將其應用到輸氣管線(xiàn)的生產(chǎn)實(shí)踐中。干線(xiàn)輸氣管道優(yōu)化運行的最優(yōu)準則通常是運行能耗或能耗費用最低，采用這類(lèi)最優(yōu)準則的優(yōu)化運行問(wèn)題稱(chēng)為能耗最優(yōu)化問(wèn)題。國外經(jīng)驗表明：能耗最優(yōu)化可以使輸氣管道的運行能耗有不同程度的降低。國外的天然氣應用較早，因此天然氣的自動(dòng)化技術(shù)也較為成熟。目前，國外一些涉足油氣管道行業(yè)的專(zhuān)業(yè)軟件公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出干線(xiàn)輸氣管道或管網(wǎng)優(yōu)化運行的商品軟件，這些優(yōu)化軟件已經(jīng)在國外一些干線(xiàn)輸氣管道或管網(wǎng)上應用。此外，某些輸氣管道公司自行開(kāi)發(fā)了干線(xiàn)輸氣管道或管網(wǎng)優(yōu)化運行軟件。近年來(lái)，國外在輸氣管道優(yōu)化運行方面的發(fā)展趨勢是在干線(xiàn)輸氣管道上推廣應用這項技術(shù)，同時(shí)進(jìn)一步研究管網(wǎng)優(yōu)化運行技術(shù)及非穩態(tài)優(yōu)化運行技術(shù)。美國Stoner公司開(kāi)發(fā)了用于氣體穩態(tài)管網(wǎng)設計的軟件SWS以及模擬長(cháng)輸管道動(dòng)態(tài)工況的軟件SPS。SPS設置了理想化的調節器，可以方便地模擬管道系統的控制，如進(jìn)出站壓力控制、流量控制等。國外在使用自動(dòng)化技術(shù)中，不但包含自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，還包括對GIS的利用，天然氣管道的設計、施工以及監測等。除此之外，在天然氣管道施工管理過(guò)程中運用自動(dòng)化技術(shù)，能夠大大降低管理成本，并且及時(shí)發(fā)現和處理管道中存在的問(wèn)題。根據調查研究發(fā)現，美國某個(gè)天然氣公司將優(yōu)化運行的技術(shù)應用在一條輸氣管道上，其運行數據表明運用了優(yōu)化運行技術(shù)之后，該條輸氣管道運行能耗能夠節約10%左右�，F階段，國外對于天然氣管道輸氣管網(wǎng)的研究主要在于非穩態(tài)工況的最優(yōu)控制。根據調查研究表明，進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制能夠減少17%左右的能耗費用，并且對于動(dòng)態(tài)時(shí)間能夠實(shí)現有效的控制。
2我國天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)提升策略
近些年來(lái)，中國在天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)方面取得了巨大的發(fā)展進(jìn)步，但是與國外自動(dòng)化技術(shù)的應用相比，還存在著(zhù)一定的差距。因此，根據實(shí)際工作經(jīng)驗提出以下措施，希望提高天然氣管道輸送自動(dòng)化技術(shù)：
2.1大力推廣SCADA系統的運用
數據采集與監視控制系統就是SCADA系統，它主要是運用計算機技術(shù)來(lái)實(shí)現生產(chǎn)運輸過(guò)程中的控制與調度的自動(dòng)化系統。在天然氣長(cháng)輸管道輸送中，運用SCADA系統不但能夠監控以及自動(dòng)調度天然氣的生產(chǎn)、輸送過(guò)程，大大提高天然氣調度的精確度。另外，該系統能夠實(shí)時(shí)搜集、記錄以及整理、分析天然氣輸送過(guò)程中的各項相關(guān)數據，對于其中存在隱患的能夠及時(shí)發(fā)現并處理，大大提高天然氣管道輸送的安全性，保證自動(dòng)化技術(shù)的可靠性。在調控中心運用SCADA系統，能夠監控天然氣管道的數據。運行人員通過(guò)站控界面實(shí)現觀(guān)察站內壓力和溫度及閥位的數據監控，通過(guò)壓縮機增壓模式輸送到下游站場(chǎng)，保證了天然氣管道輸送的平穩運行。目前，中國已經(jīng)在天然氣管道輸送過(guò)程中普遍應用了SCADA系統，有效地實(shí)現了天然氣管道輸送的自動(dòng)化。例如在中國的長(cháng)輸管道西氣東輸過(guò)程中，利用SCADA系統來(lái)監控遠程RTU閥室以及全線(xiàn)站場(chǎng)的天然氣運行情況，主要是將SCADA系統運用在調控中心來(lái)遠程控制站場(chǎng)以及閥室的可控閥門(mén)。
2.2使用多款智能化軟件
在天然氣管道輸送中，不但可以運用SCADA系統，還可以將其他智能軟件與之相結合，更好地提高天然氣管道輸送的自動(dòng)化程度。例如可以運用管道模擬仿真軟件、GPS以及GIS等先進(jìn)技術(shù)，能夠實(shí)時(shí)監控、測量以及操作天然氣生產(chǎn)現場(chǎng)，并且能夠運用多軟件對手機數據進(jìn)行分析與決策，避免出現漏洞，實(shí)現信息數據的統一查詢(xún)，從而無(wú)論是在硬件還是在軟件方面，全面實(shí)現天然氣管道輸送自動(dòng)化程度的提高，大大提高了天然氣管道運輸的生產(chǎn)效率，并且減少了輸送的綜合成本。
2.3合理優(yōu)化管道輸送干線(xiàn)
除了將智能軟件以及信息化系統運用在天然氣管道輸送過(guò)程中，還需要合理優(yōu)化天然到管道硬件方面的設施。目前，歐洲作為天然氣管道輸送自動(dòng)化程度較高的地區，也是世界上天然氣輸送管道密度最大的地區。不僅實(shí)現了各國之間的天然氣管道互通，在經(jīng)過(guò)海底鋪設之后，還有效地實(shí)現了國際互聯(lián)天然氣管道網(wǎng)絡(luò )，大大提高了自動(dòng)化技術(shù)應用的便利性。從這個(gè)方面來(lái)看，只有對天然氣輸送管道進(jìn)行充分的優(yōu)化，才能確保其作為自動(dòng)化技術(shù)的載體，在天然氣管道輸送方面發(fā)揮最大的效用。目前，我國正在建設中俄之間的跨國天然氣管道，在建成之后我國將會(huì )出現大批跨國輸氣管道，實(shí)現與原有天然氣管道的并網(wǎng)，實(shí)現天然氣管道的自動(dòng)化輸送。
2.4優(yōu)化天然氣輸送管道
為了提高天然氣管道的運輸能力，可以將涂層添加在天然氣輸送管道內，這樣也能夠更好地實(shí)現自動(dòng)化目標。根據調查研究發(fā)現，將涂層添加在管道內，不但能夠大大減少輸送過(guò)程中出現的阻力，還能夠提升輸氣量在6%左右，有效地減少故障發(fā)生的概率，全面實(shí)現天然氣管道輸送的自動(dòng)化。
2.5加大資金投入，提升自動(dòng)化系統智能程度
智能SCADA系統等較為先進(jìn)的自動(dòng)化系統也逐漸運用在中國許多天然管道輸送中，例如陜西北京天然氣管道輸送以及西氣東輸一線(xiàn)、二線(xiàn)管道等。但是在運行過(guò)程中，SCADA系統也不可避免會(huì )存在各種故障與問(wèn)題，為了確保SCADA系統的正常運行，需要技術(shù)人員進(jìn)行后期的維護。中國的天然氣管道輸送中的智能程度在不斷提高，許多天然氣管道輸送中已經(jīng)實(shí)現SCDAD的全面自動(dòng)化技術(shù)。在自動(dòng)化系統中，工作人員觀(guān)察天然氣管道壓縮機以及輸送過(guò)程等，可以采取三維彩色圖形顯示器，這種顯示器能夠使得觀(guān)察效果更為逼真，且能實(shí)現模擬動(dòng)態(tài)圖�，F階段，對于SCADA系統的研究方向為無(wú)人值班以及一間監控的自動(dòng)化發(fā)展方向。
3結語(yǔ)
綜上所述，天然氣管道輸送的自動(dòng)化技術(shù)不但能夠提高輸送效率，還能夠提高天然氣輸送的精確程度，已經(jīng)成為全球范圍內共同研究的課題，也是天然氣管道輸送未來(lái)的發(fā)展方向。
參考文獻
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