天然氣管道輸送自動化技術研究的論文
摘要：天然氣作為一種清潔乾淨的能源，已經成為中國當前最主要的能源，並且其清潔環保的特性與當前的綠色環保觀念不謀而合，人們對於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化技術發展現狀，並根據中國實際情況提出天然氣管道輸送自動化技術提升措施。
關鍵詞：天然氣；管道輸送；自動化技術；配氣管道；管理成本
天然氣管道也被稱為配氣管道，其主要作用是在天然氣開採之後透過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進行天然氣的輸送，同時也利用了自動化技術，最大化地實現天然氣輸送效益，節約天然氣管理成本。由於天然氣具有易燃易爆的特點，危險性較大，因此天然氣管道輸送系統是十分複雜的。從這方面來看，對於天然氣輸送管道的管理，不但需要滿足居民日常使用，還要確保輸送的安全性。隨著自動化技術的發展進步，在天然氣管道輸送中也逐漸將自動化技術應用其中。利用自動化技術能夠進行天然氣的管理，並且能夠實現天然氣輸送的自動化，從而滿足人們的使用需求。天然氣輸送自動化是一個集天然氣開發、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、儲氣庫等不同型別的站點。自動化技術的應用能夠更好地管理天然氣輸送管道以及相關站點、氣體輸送的引數，運用數字化、智慧化以及自動化的方法手段來進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化技術的應用現狀，並提出幾項提高我國天然氣管道輸送自動化技術的策略。
1國內外天然氣管道輸送自動化技術
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化技術的最高水平就是這項技術。從發展歷史來看，我國天然氣輸送管道自動化技術起步較晚，無論是在計算機或者是工程技術水平上來看，都與西方發達國家存在一定的差距。在對天然氣管道進行設計的時候，管線壓力以及流量等引數都是透過穩定流動的計算方法來設計出來的，實際的執行資料與這些引數之間存在一些偏差。近些年來，天然氣管道模擬技術在我國也獲得了發展。例如中國石油大學開發出的天然氣管道動態模擬軟體，這個軟體能夠對天然氣管道、壓縮機、調壓閥以及使用者管網進行模擬，有效地實現了天然氣長距離輸送管道以及配管網的動靜態模擬。現階段，天然氣管道輸送自動化中已經能夠將模擬技術以及資料採集與監視控制系統，即SCADA系統相互結合起來，能夠實時監控以及採集天然氣管道資料，從而實現天然氣管道的自動化管理。在這個過程中，還可以綜合運用衛星遙感技術以及GPS等多種技術，這些現代自動化技術的應用能夠有效地發現天然氣管道出現問題的地方，並且能夠及時地進行處理。除此之外，在管理以及測試天然氣壓力的過程中，已經將超聲波流量計應用在其中，確保天然氣不會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，由於我國天然氣分佈不均勻，並且地理環境複雜，因此在天然氣管道建設方面存在許多困難。現今所有的管道仍然無法滿足需求，加上與國外天然氣管道輸送自動化技術還存在一定差距，因此我國在建立全國性的天然氣管道網路上還存在一定困難，需要進一步研究天然氣管網的協同管理以及災難恢復等方面的內容與技術。
1.2國外現狀
美國早在20世紀60年代初就開始進行幹線輸氣管道最佳化執行研究，當時主要是研究穩態最佳化執行問題。經過幾十年的發展，美國、英國、俄羅斯等天然氣工業發達的國家已經形成了一套比較完整的輸氣管道最佳化執行的理論和方法，並且已將其應用到輸氣管線的生產實踐中。幹線輸氣管道最佳化執行的最優準則通常是執行能耗或能耗費用最低，採用這類最優準則的最佳化執行問題稱為能耗最最佳化問題。國外經驗表明：能耗最最佳化可以使輸氣管道的執行能耗有不同程度的降低。國外的天然氣應用較早，因此天然氣的自動化技術也較為成熟。目前，國外一些涉足油氣管道行業的專業軟體公司已經開發出幹線輸氣管道或管網最佳化執行的商品軟體，這些最佳化軟體已經在國外一些幹線輸氣管道或管網上應用。此外，某些輸氣管道公司自行開發了幹線輸氣管道或管網最佳化執行軟體。近年來，國外在輸氣管道最佳化執行方面的發展趨勢是在幹線輸氣管道上推廣應用這項技術，同時進一步研究管網最佳化執行技術及非穩態最佳化執行技術。美國Stoner公司開發了用於氣體穩態管網設計的軟體SWS以及模擬長輸管道動態工況的軟體SPS。SPS設定了理想化的調節器，可以方便地模擬管道系統的控制，如進出站壓力控制、流量控制等。國外在使用自動化技術中，不但包含自動化與網路技術，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程中運用自動化技術，能夠大大降低管理成本，並且及時發現和處理管道中存在的問題。根據調查研究發現，美國某個天然氣公司將最佳化執行的技術應用在一條輸氣管道上，其執行資料表明運用了最佳化執行技術之後，該條輸氣管道執行能耗能夠節約10%左右。現階段，國外對於天然氣管道輸氣管網的研究主要在於非穩態工況的最優控制。根據調查研究表明，進行動態最佳化控制能夠減少17%左右的能耗費用，並且對於動態時間能夠實現有效的控制。
2我國天然氣管道輸送自動化技術提升策略
近些年來，中國在天然氣管道輸送自動化技術方面取得了巨大的發展進步，但是與國外自動化技術的應用相比，還存在著一定的差距。因此，根據實際工作經驗提出以下措施，希望提高天然氣管道輸送自動化技術：
2.1大力推廣SCADA系統的`運用
資料採集與監視控制系統就是SCADA系統，它主要是運用計算機技術來實現生產運輸過程中的控制與排程的自動化系統。在天然氣長輸管道輸送中，運用SCADA系統不但能夠監控以及自動排程天然氣的生產、輸送過程，大大提高天然氣排程的精確度。另外，該系統能夠實時蒐集、記錄以及整理、分析天然氣輸送過程中的各項相關資料，對於其中存在隱患的能夠及時發現並處理，大大提高天然氣管道輸送的安全性，保證自動化技術的可靠性。在調控中心運用SCADA系統，能夠監控天然氣管道的資料。執行人員透過站控介面實現觀察站內壓力和溫度及閥位的資料監控，透過壓縮機增壓模式輸送到下游站場，保證了天然氣管道輸送的平穩執行。目前，中國已經在天然氣管道輸送過程中普遍應用了SCADA系統，有效地實現了天然氣管道輸送的自動化。例如在中國的長輸管道西氣東輸過程中，利用SCADA系統來監控遠端RTU閥室以及全線站場的天然氣執行情況，主要是將SCADA系統運用在調控中心來遠端控制站場以及閥室的可控閥門。
2.2使用多款智慧化軟體
在天然氣管道輸送中，不但可以運用SCADA系統，還可以將其他智慧軟體與之相結合，更好地提高天然氣管道輸送的自動化程度。例如可以運用管道模擬模擬軟體、GPS以及GIS等先進技術，能夠實時監控、測量以及操作天然氣生產現場，並且能夠運用多軟體對手機資料進行分析與決策，避免出現漏洞，實現資訊資料的統一查詢，從而無論是在硬體還是在軟體方面，全面實現天然氣管道輸送自動化程度的提高，大大提高了天然氣管道運輸的生產效率，並且減少了輸送的綜合成本。
2.3合理最佳化管道輸送幹線
除了將智慧軟體以及資訊化系統運用在天然氣管道輸送過程中，還需要合理最佳化天然到管道硬體方面的設施。目前，歐洲作為天然氣管道輸送自動化程度較高的地區，也是世界上天然氣輸送管道密度最大的地區。不僅實現了各國之間的天然氣管道互通，在經過海底鋪設之後，還有效地實現了國際互聯天然氣管道網路，大大提高了自動化技術應用的便利性。從這個方面來看，只有對天然氣輸送管道進行充分的最佳化，才能確保其作為自動化技術的載體，在天然氣管道輸送方面發揮最大的效用。目前，我國正在建設中俄之間的跨國天然氣管道，在建成之後我國將會出現大批跨國輸氣管道，實現與原有天然氣管道的併網，實現天然氣管道的自動化輸送。
2.4最佳化天然氣輸送管道
為了提高天然氣管道的運輸能力，可以將塗層新增在天然氣輸送管道內，這樣也能夠更好地實現自動化目標。根據調查研究發現，將塗層新增在管道內，不但能夠大大減少輸送過程中出現的阻力，還能夠提升輸氣量在6%左右，有效地減少故障發生的機率，全面實現天然氣管道輸送的自動化。
2.5加大資金投入，提升自動化系統智慧程度
智慧SCADA系統等較為先進的自動化系統也逐漸運用在中國許多天然管道輸送中，例如陝西北京天然氣管道輸送以及西氣東輸一線、二線管道等。但是在執行過程中，SCADA系統也不可避免會存在各種故障與問題，為了確保SCADA系統的正常執行，需要技術人員進行後期的維護。中國的天然氣管道輸送中的智慧程度在不斷提高，許多天然氣管道輸送中已經實現SCDAD的全面自動化技術。在自動化系統中，工作人員觀察天然氣管道壓縮機以及輸送過程等，可以採取三維彩色圖形顯示器，這種顯示器能夠使得觀察效果更為逼真，且能實現模擬動態圖。現階段，對於SCADA系統的研究方向為無人值班以及一間監控的自動化發展方向。
3結語
綜上所述，天然氣管道輸送的自動化技術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，已經成為全球範圍內共同研究的課題，也是天然氣管道輸送未來的發展方向。
參考文獻
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