陆上油气管道运输工艺流程控制技术研究

一、引言

陆上油气管道运输凭借成本低、损耗小、连续性强等优势，成为我国油气资源跨区域调配的主要方式，在“西气东输”“川气东送”等国家能源战略工程中发挥着不可替代的作用。随着油气需求的持续增长，管道网络日趋复杂，管径扩大、输送距离延长、介质成分多样化等特点，对工艺流程控制技术提出了更高要求。传统的人工调控与单一参数监测模式，已难以应对复杂工况下的安全保障与效率优化需求。近年来，自动化、信息化、智能化技术的融合应用，为管道工艺流程控制提供了新的解决方案。研究陆上油气管道运输工艺流程控制技术，对于保障能源运输安全、降低运营成本、推动能源行业高质量发展具有重要的现实意义。

二、陆上油气管道运输工艺流程及控制技术现状

2.1 核心工艺流程概述

陆上油气管道运输的核心流程包括首站加压、中间站调控、末端分输及全流程监测四个环节。首站通过输油泵或压缩机将油气增压，使其满足长距离输送压力要求；中间站根据管道压力损耗情况进行加压或减压调节，维持介质稳定流动；末端分输站将油气按需求分配至用户或存储设施；全流程则通过传感器与控制系统实时监控压力、温度、流量等参数，确保工艺稳定。以天然气管道为例，需重点控制压缩机组的运行频率、阀门开度等参数，避免出现超压、水合物堵塞等风险。

2.2 现有控制技术的应用与局限

当前，自动化控制技术已在管道运输中广泛应用，如分布式控制系统（DCS）实现了对泵、压缩机、阀门等设备的集中监控，SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，数据采集与监视控制系统）可远程采集并调节关键参数，某跨省输气管道通过 SCADA 系统将调控响应时间缩短至 5秒以内。但技术应用仍存在局限：一是压力与流量控制精度不足，当外界温度变化或用户需求波动时，易出现压力波动超过 ±5% 的情况，影响管道寿命；二是泄漏检测技术滞后，传统基于流量差的方法存在 2-3 小时的报警延迟，且误报率高达 15% ；三是能耗优化不足，泵机与压缩机的运行参数多基于经验设定，未实现动态节能调控，某原油管道的能耗数据显示，其运行效率较理论最优值低 8%-12% 。

三、陆上油气管道工艺流程控制关键技术

3.1 自适应压力-流量协同控制技术

针对工况波动导致的参数不稳定问题，自适应控制技术通过建立数学模型实现动态调节。该技术基于管道沿线的压力、流量、温度实时数据，利用 PID（比例-积分-微分）算法的改进模型（如模糊 PID），自动调整泵机转速或阀门开度。例如，在原油管道输送中，当末端流量突然增加时，系统可在 10 秒内响应并提高中间站输油泵功率，将压力波动控制在 ±2% 以内。某油田外输管道应用该技术后，运行稳定性提升 40% ，设备故障率下降 25% 。

3.2 分布式光纤泄漏监测技术

为解决泄漏检测滞后问题，分布式光纤传感技术通过沿管道铺设的光纤，实现对介质流动状态的连续监测。当管道发生泄漏时，泄漏点的压力突变会引起光纤应变或温度变化，系统通过光信号分析可定位泄漏点，精度达 ±5 米，响应时间缩短至 30 秒以内。与传统方法相比，该技术不受电磁干扰影响，适用于复杂地形（如山区、沼泽），某天然气管道应用后，泄漏检测准确率提升至 92% ，误报率降至 3% 以下。

3.3 智能调度优化技术

基于大数据与人工智能的调度系统，可实现全流程参数的全局优化。系统通过分析历史运行数据、气象条件、用户需求等因素，构建能耗预测模型，动态调整机组运行参数。例如，在冬季用气高峰时段，系统可提前24 小时预测压力需求，优化压缩机组的启停组合，使单位输气量能耗降低

5‰ 。某跨国输油管道引入智能调度系统后，年运营成本减少 1200 万元，输送效率提升 10% 。

3.4 安全联锁与应急控制技术

针对超压、爆管等突发风险，安全联锁系统通过预设逻辑实现自动应急响应。当监测到压力超过安全阈值时，系统可在 1 秒内触发紧急切断阀，并联动减压装置降低管道压力；同时，通过工业互联网将预警信息推送至运维人员，启动抢修流程。某成品油管道的安全联锁系统在一次误操作导致超压时，成功在 3 秒内切断气源，避免了管道破裂事故。

四、陆上油气管道工艺流程控制技术的优化策略

4.1 推动多技术融合，构建智能管控平台

整合自动化控制、物联网、数字孪生等技术，搭建全流程智能管控平台。通过数字孪生技术构建管道虚拟模型，实时映射物理管道的运行状态，模拟不同工况下的参数变化，为调控决策提供仿真支持。例如，某省天然气管道网络的数字孪生平台可模拟寒潮天气对压力的影响，提前优化压缩机组运行方案，使极端条件下的供气稳定性提升 30% 。同时，将 SCADA系统与 AI 算法融合，实现参数预测性调控，变“被动响应”为“主动预防”。

4.2 强化安全预警体系，提升风险防控能力

建立“监测-分析-预警-处置”闭环体系。在管道关键节点增设多参数传感器（如压力、振动、气体浓度传感器），实现对微小泄漏、第三方破坏的早期识别；利用机器学习算法分析历史故障数据，识别故障前兆特征，如通过泵机振动频率的微小变化预测轴承磨损，提前安排维护。某管道公司通过该体系，将故障预警准确率提升至 85% ，非计划停机时间缩短 60% 。

4.3 聚焦节能降耗，优化运行参数配置

基于全生命周期能耗分析，优化工艺流程参数。在设计阶段，通过水力计算软件确定经济流速，避免“大马拉小车”现象；在运行阶段，利用变频技术调节泵机与压缩机的输出功率，使设备始终处于高效运行区间。例如，将输油泵的工频运行改为变频调速后，部分工况下的能耗可降低 15%-20% 。同时，回收管道沿途的压力能与热能，如在减压阀处安装能量回收装置，将压力差转化为电能，实现能源梯级利用。

4.4 完善标准体系，加强技术创新与人才培养

制定智能化控制技术的行业标准，规范传感器选型、数据传输协议、系统接口等技术要求，确保不同厂商的设备与系统兼容。加大对核心技术的研发投入，突破高精度泄漏检测、长距离无线传输等技术瓶颈；建立“产学研用”合作机制，培养既懂管道工艺又掌握智能控制技术的复合型人才，为技术应用提供支撑。

五、结语

陆上油气管道运输工艺流程控制技术正朝着智能化、精准化、安全化方向发展，自动化控制、智能监测、优化调度等技术的应用，显著提升了管道运输的效率与安全性。未来，随着新能源与传统油气融合发展，管道运输将面临介质多元化、网络互联化等新挑战，需进一步推动技术创新与融合，构建更具韧性的智能管控体系。通过持续优化控制策略，强化安全保障能力，实现节能降耗目标，陆上油气管道将更好地满足国家能源安全与绿色发展需求，为能源行业的高质量发展提供坚实支撑。

参考文献

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