自动化技术在天然气长输管道运营管理中的应用研究

前言

天然气作为一种清洁且高效的优质能源，近年来在全球能源结构调整中占据着越来越重要的地位，随着我国天然气消费总量的持续增长和西气东输等重大工程的建成投运，天然气长输管道网络不断扩展，已形成覆盖全国和联通周边的主干输送体系。长距离和高压力的输送特性，对管道的运营管理提出了更高的安全性和效率化要求[1]。传统的天然气管道运营管理主要依靠人工巡检和经验决策，不仅劳动强度大且效率低，而且难以及时应对突发情况和复杂工况，存在一定的安全隐患与管理瓶颈，在此背景下，自动化技术作为现代工业发展的重要成果，逐渐在天然气长输管道领域展现出巨大的应用潜力。本次研究将对自动化技术在天然气长输管道运营管理中的应用进行分析，为提高管道运行的安全性和稳定性奠定基础。

1 国内天然气长输管道自动化技术应用现状（1）自动化技术应用过程中存在的不足

自动化系统集成度不高，难以实现全流程智能化管理，现有 SCADA系统往往功能单一，各系统间数据壁垒明显，导致信息孤岛现象普遍，不同厂家设备的互联互通存在兼容性障碍，制约了管网整体运行效率的提升。系统安全防护机制不完善，随着网络安全威胁日益增加，现有系统防护能力不足，面对网络攻击时存在较大安全隐患，尤其在管道跨越复杂地形区域时，通信中断和数据丢失等问题时有发生，影响系统稳定性与可靠性[2]。技术标准体系不健全，国内天然气管道自动化控制系统缺乏统一的技术规范与评价标准，导致各管道企业技术路线不一，系统维护难度大，升级成本高，这也在一定程度上制约了自动化技术的推广与应用。传感器布置不够合理，关键参数监测点覆盖不足，导致对管道运行状态的实时监控存在盲区，尤其是在特殊地形和极端气候条件下，监测数据的准确性与及时性难以保证。

（2）自动化技术应用的重要性

自动化技术是确保天然气管道安全运行的基石，长输管道通常跨越千里，途经复杂地形和多变环境，面临各种自然灾害和人为风险[3]。自动化监控系统能够实时监测管道压力和流量等关键参数，及时发现隐患，防范泄漏和爆炸等重大事故，保障国家能源安全和人民生命财产安全。自动化技术显著提升了管道运输效率和经济效益，通过精确控制和智能调度，自动化系统可优化天然气输送过程，降低能耗，减少输送损耗，实现管网资源的最大化利用。自动化技术为管道管理模式创新提供了技术支撑，借助SCADA 系统和数字孪生等先进技术，天然气管道实现了从传统人工巡检向智能化和无人化运营的转变，大幅减少了人力需求，提高了管理效率，也为企业数字化转型奠定了基础。自动化技术是适应复杂管网运输的必然选择，随着我国管网规模不断扩大和结构日趋复杂，以及氢能等新型介质的加入，传统管理模式已难以应对，自动化技术能够处理海量数据，实现多工况和多介质的灵活输送，满足日益多元化的能源输送需求。

2 自动化技术在天然气长输管道管理中的应用研究

（1）合理应用 SCADA 系统

SCADA 系统作为天然气长输管道自动化技术的核心组成部分，其合理应用对提升管网运行效率和安全性具有决定性作用。应构建多层次和全覆盖的 SCADA 架构，实现从现场设备和站控层到调度中心的无缝信息流转，现代 SCADA 系统不仅要具备基本的数据采集与监控功能，还应集成先进的数据挖掘和分析能力，通过大数据技术对海量运行参数进行深度分析，从而实现对管道运行状态的精准评估和预测。SCADA 系统设计应充分考虑系统冗余性和灾备能力，对于横跨多省区的长输管道，应采用分布式控制架构，设置多级控制中心，确保在局部通信中断或设备故障情况下系统仍能维持基本运行。

（2）合理应用 PLC 技术

PLC 控制程序的开发应遵循模块化和结构化的编程理念，建立标准化的功能模块库，提高程序的可复用性和可维护性。同时，应充分利用 PLC系统的实时诊断功能，实现对 I/O 信号和执行器的在线监测，确保异常情况能够被及时发现和处理。在通信层面，应采用标准化和开放式的通信协议，实现 PLC 与 SCADA 系统的高效通信。对于分布在偏远地区的站场，可结合 4G/5G 无线通信技术，构建可靠的远程控制网络，减少通信盲区，应建立完善的PLC 系统备份和恢复机制，定期对控制程序和配置进行备份，确保在系统故障时能够快速恢复。

（3）加强对仿真模拟水平的重视

构建高精度的全管道水力学模型，通过计算流体动力学技术，精确模拟不同运行工况下管道内的压力分布和温度场，为优化运行参数提供理论依据。应发展基于数字孪生技术的管道仿真平台，实现管道物理实体与数字模型的实时映射，通过将实际运行数据持续反馈到数字模型，不断校准和优化模型参数，提高仿真精度，数字孪生平台可用于多种场景，大幅提升管道运行的可预见性和可控性。针对管道特殊工况，应开发专项仿真工具，通过对极端工况的模拟，评估系统响应能力，优化应急处置预案。同时，仿真系统可作为操作人员培训的重要工具，通过构建逼真的虚拟操作环境，使操作人员熟悉各类工况处理流程，提高应急响应能力。

（4）优化管道输送干线

应基于大数据分析，深入研究气源供应特性和用户需求模式，科学规划管道输送能力和走向，避免盲目建设导致的资源浪费，在管道设计阶段，应充分考虑未来扩容的可能性，预留足够的接口和空间，确保系统具有良好的可扩展性。针对现有管道，应开展系统性的技术改造，重点解决卡脖子环节，可通过增设压缩机站和安装智能清管器等措施，提升管道输送能力和运行效率。在管道运行控制方面，应采用基于模型预测的先进控制算法，实现管网压力分布的全局优化，最大限度降低能耗和输送成本。在提升管网互联互通水平方面，应加强不同管网间的互联互通，打破区域壁垒形成全国一体化管网。

3 结论

综上所述，天然气长输管道的运营管理正向少人值守和无人值守的方向发展，随着人力资源成本不断上升和专业技术人员短缺问题加剧，依赖人工开展巡检和应急处置的传统管理方式已难以满足发展的需求。自动化技术的引入，能够实现关键工艺流程的自动控制和智能调度，降低人工干预频次，提高作业效率和管理精度，推动运营管理模式现代化。

参考文献

[1]陈力波.自动化技术在天然气长输管道运营管理中的应用研究[J].石化技术,2022,29(10):78-80.

[2]马少锋.研究自动化技术在天然气长输管道运营管理中的运用[J].山东工业技术,2019,(09):88.

[3]苏松,林少杰.自动化技术在天然气长输管道运营管理中的运用[J].化工管理,2019,(08):53-54.