原油長(zhǎng)輸管道運(yùn)行的自動(dòng)化控制

王瑞紅 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院

原油長(zhǎng)輸管道運(yùn)行的自動(dòng)化控制

王瑞紅 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院

原油長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的連續(xù)的工作系統(tǒng)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式依靠相關(guān)工作人員根據(jù)設(shè)備原始參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試，確定最終的運(yùn)行參數(shù)和流程?；陂L(zhǎng)輸管道運(yùn)行目前出現(xiàn)的生產(chǎn)和管理問題，建立了以SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)控制）系統(tǒng)為核心，由信號(hào)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)分析處理三部分組成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。采用自動(dòng)化控制技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制生產(chǎn)作業(yè)，而且使所有可監(jiān)控項(xiàng)目長(zhǎng)期地保持最佳運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，減少了人工勞動(dòng)和人為操作的失誤，降低了事故風(fēng)險(xiǎn)。

原油長(zhǎng)輸管道；信號(hào)采集；信號(hào)傳輸；自動(dòng)控制

1 管道運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 管道發(fā)展歷程

19世紀(jì)60年代，美國在賓夕法尼亞州建成了全世界第一條輸油管道，成為了世界商用長(zhǎng)輸管道工業(yè)的開端。歷經(jīng)150多年的發(fā)展，全世界管道鋪設(shè)總計(jì)已達(dá)230萬公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界鐵路現(xiàn)有里程，承載著世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)油流等流體的運(yùn)輸，在世界經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。目前，在歐美發(fā)達(dá)國家，管道網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)十分成熟，基本實(shí)現(xiàn)了所有原油運(yùn)輸?shù)墓艿阑?；但在亞非等地區(qū)，原油運(yùn)輸工業(yè)發(fā)展還不完善，管道建設(shè)任重道遠(yuǎn)。

我國使用管道運(yùn)輸?shù)臍v史也比較早，可以將我國的長(zhǎng)輸管道建設(shè)簡(jiǎn)明地劃分為早期階段、中期階段、后期大發(fā)展階段。

（1）早期階段。早期階段指從世界首條輸油管道建成到20世紀(jì)70年代我國管道建設(shè)的啟蒙階段。70年代之前，我國工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)落后，相關(guān)技術(shù)都處于起步階段，我國只有三條長(zhǎng)輸管道，而長(zhǎng)輸管道總里程也僅有600km。這三條管道中最長(zhǎng)的是1958年建設(shè)施工的克拉瑪依到獨(dú)山子的300km輸油管道，管徑只有159mm。進(jìn)入60年代，又相繼建設(shè)了勝利油田東營至辛店的東辛線和大港油田大港至周李莊的大周線。

（2）中期階段。中期階段是指20世紀(jì)70年代到80年代中期，這一時(shí)期是我國管道建設(shè)的基礎(chǔ)階段。兩條以大慶油田為起點(diǎn)的輸油管道工程的上馬標(biāo)志著我國管道建設(shè)進(jìn)入了中期階段。這兩條線路分別是大慶—大連及大慶—秦皇島的輸油管道。這兩條輸油管線是我國當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的原油長(zhǎng)輸管道，在中國管道史上具有十分重要的地位。隨后，在大慶—秦皇島一線的基礎(chǔ)上，又建設(shè)施工了秦皇島—北京輸油線路，全長(zhǎng)350km，輸油管道直徑529mm，年輸能力750萬噸。這條線路的建設(shè)把大慶的原油成功運(yùn)送到了北京；與此同時(shí)，1974年我國的原油長(zhǎng)輸管道邁出了國門，從中國起至朝鮮止，鋪設(shè)了原油成品油同溝雙線管道，長(zhǎng)度均為30km，原油管道直徑377mm，成品油管道直徑219mm。隨著國內(nèi)各大油田陸續(xù)投入開發(fā)，我國的管道建設(shè)從東北蔓延到全國。在十年的時(shí)間內(nèi)，相繼建成了多條管道線路，如圖1所示。在中期階段華東、華北、華中以及西北地區(qū)也相繼鋪設(shè)了基本的管道干線，全國原油管道運(yùn)輸雛形基本形成。

圖1 中期階段原油長(zhǎng)輸管道建設(shè)情況

（3）后期大發(fā)展階段。主要是指從20世紀(jì)80年代中期至今的整個(gè)發(fā)展階段。在中期階段管道干線雛形的基礎(chǔ)上，后期階段全國又建成了東黃復(fù)線、花格線、阿賽線等一大批具有高科技含量的原油長(zhǎng)輸管道。后期大發(fā)展階段管道的建設(shè)極大地豐富了全國原油長(zhǎng)輸管網(wǎng)，使我國的石油運(yùn)輸穩(wěn)步走向管道化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化。

1.2 管道運(yùn)行中的問題

原油長(zhǎng)輸管道經(jīng)歷了上百年的發(fā)展，技術(shù)趨向成熟，網(wǎng)絡(luò)逐漸完善，為國民生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。但是管道本身技術(shù)復(fù)雜，管網(wǎng)所經(jīng)區(qū)域自然人文環(huán)境不一，因此，長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中依舊存在著各種各樣的問題，尤其是對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)引進(jìn)與加強(qiáng)的要求甚為迫切。原油長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中的突出問題見表1。

表1 原油長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中存在的問題

2 自動(dòng)化控制

原油長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、連續(xù)的工作系統(tǒng)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式依靠相關(guān)工作人員根據(jù)設(shè)備原始參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試，確定最終的運(yùn)行參數(shù)和流程。基于長(zhǎng)輸管道運(yùn)行目前出現(xiàn)的生產(chǎn)和管理問題，建立了以SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)控制）系統(tǒng)為核心，由信號(hào)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)分析處理三部分組成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)[1]。

2.1 信號(hào)采集

信號(hào)采集系統(tǒng)通過在場(chǎng)站、管線等位置安裝傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，全天候監(jiān)控計(jì)量設(shè)備、中轉(zhuǎn)聯(lián)合集輸管網(wǎng)等，并及時(shí)對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、編輯、上載數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有綜合分析實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)、及時(shí)調(diào)控、危險(xiǎn)行為報(bào)警等諸多功能。信號(hào)采集設(shè)備主要包括壓力溫度變送器、電磁流量計(jì)、熱電阻、熱電偶、危險(xiǎn)氣體警報(bào)器等，這些高性能的變送器及傳感器，經(jīng)過改裝可很好地適應(yīng)管道所經(jīng)區(qū)域的自然及生產(chǎn)環(huán)境，為長(zhǎng)輸管道運(yùn)行提供安全可靠的保障。

2.2 信號(hào)傳輸

信號(hào)傳輸系統(tǒng)根據(jù)長(zhǎng)輸管道運(yùn)行實(shí)際情況以及自動(dòng)化控制的需求，采用有線、無線傳輸方式相結(jié)合的方法：對(duì)于網(wǎng)絡(luò)線路鋪設(shè)較完善的區(qū)域，采用傳統(tǒng)的有線傳輸模式，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整的傳輸；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)線路鋪設(shè)欠完備、分散存在的場(chǎng)站等設(shè)備，采用無線傳輸模式，以實(shí)現(xiàn)最大范圍的數(shù)據(jù)收集。

2.3 信號(hào)分析處理

信號(hào)分析系統(tǒng)是自動(dòng)化控制的核心。在長(zhǎng)輸管道實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的審核、處理、上載等工作，這些數(shù)據(jù)主要包括場(chǎng)站和管線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及每項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)制度參數(shù)等。數(shù)據(jù)處理的精確性直接關(guān)系到后續(xù)綜合分析的可靠性。在完成數(shù)據(jù)上載之后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)并發(fā)出指令進(jìn)行調(diào)整，使長(zhǎng)輸管道長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定和最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。另外，各個(gè)管道運(yùn)行管理部門還可根據(jù)自己的需要，對(duì)中樞計(jì)算機(jī)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，生成生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表，輔助管理者掌握即時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行信息，方便對(duì)長(zhǎng)輸管道各個(gè)部門做出最優(yōu)決策[2]。

原油長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展迅速。從東部的大慶油田、勝利油田到中西部的新疆油田、長(zhǎng)慶油田等，對(duì)其輸油管網(wǎng)的自動(dòng)化建設(shè)，短短幾年時(shí)間，原油長(zhǎng)輸管道的自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)遍布全國。采用自動(dòng)化控制技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制生產(chǎn)作業(yè)，而且使所有可監(jiān)控項(xiàng)目長(zhǎng)期地保持最佳運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，減少了人工勞動(dòng)和人為操作的失誤，降低了事故風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

原油長(zhǎng)輸管道運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的工作，該系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行是石油工業(yè)能夠科學(xué)、快速、高效發(fā)展的基本保障，因此，原油長(zhǎng)輸管道運(yùn)行的自動(dòng)化控制研究工作具有重要意義。自動(dòng)化控制技術(shù)不僅解決了長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中長(zhǎng)期存在的問題，而且解放了生產(chǎn)力，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)精度，減少了因人工操作失誤引起的誤差，提高了管道運(yùn)行效率，可保障原油長(zhǎng)輸管道安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]蒲前梅，王志華．原油長(zhǎng)輸管道安全防護(hù)技術(shù)淺析[J]．油氣田地面工程，2009，28（11）：63-64．

[2]張青勇，畢建偉，康超，等．長(zhǎng)輸天然氣管道安全運(yùn)行管理淺析[J]．油氣田地面工程，2010，29（10）：77-78．

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.005