《管道保護》編輯部：進(jìn)入21 世紀，以人工智能、大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等為標志的第四次工業(yè)革命孕育興起，開(kāi)啟了智能時(shí)代的序幕。中國管道企業(yè)緊緊抓住這一發(fā)展機遇，積極探索實(shí)踐智能化發(fā)展道路，舉世矚目的中俄東線(xiàn)天然氣管道建設工程創(chuàng )造了寶貴的經(jīng)驗�！按蛟熘悄芄艿�，不能簡(jiǎn)單挑選一些智能化元素應用于管道做表面文章，必須堅持問(wèn)題導向，以生產(chǎn)應用為驅動(dòng)，始終圍繞提升管道建設、調度、運營(yíng)效率和質(zhì)量安全這條主線(xiàn)，開(kāi)展技術(shù)創(chuàng )新與應用�！保ㄍ跽衤暎骸吨卸頄|線(xiàn)天然氣管道智能化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新與思考》）本期我們特別邀請到了國家石油天然氣管網(wǎng)集團原高級技術(shù)專(zhuān)家黃澤俊，請他就推進(jìn)管道智能化建設有關(guān)問(wèn)題談一談自己的思考和建議。

黃澤俊，畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲運專(zhuān)業(yè)，卡爾加里大學(xué)MBA。歷任中石油西北石油管道建設指揮部自動(dòng)化項目部副經(jīng)理、生產(chǎn)部主任、指揮部總工程師，西氣東輸管道公司副總經(jīng)理、總經(jīng)理，北京油氣調控中心主任（兼中油管道公司副總經(jīng)理），國家管網(wǎng)集團原高級技術(shù)專(zhuān)家。主持20 MW級電驅壓縮機組等多項管道關(guān)鍵設備技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現國產(chǎn)化；推進(jìn)全國天然氣管網(wǎng)集中遠控調度管理。獲國家科技進(jìn)步一等獎2項、二等獎1項，省部級獎勵5項，著(zhù)作4部，論文十余篇。

編輯部：黃總您好，國家管網(wǎng)集團是石油天然氣管道運輸的國家隊，承擔著(zhù)保障油氣資源輸送安全、維護國家能源安全和公共安全的重大責任。您長(cháng)期從事管道生產(chǎn)運行與調控工作，請介紹一下天然氣“全國一張網(wǎng)”的建設情況，以及我們?yōu)槭裁匆�大力推進(jìn)管道智能化建設？

黃澤�。�國家管網(wǎng)集團目前運營(yíng)管理近9.2萬(wàn)公里油氣輸送管道，其中近4.9萬(wàn)公里天然氣管道和近1.65萬(wàn)公里原油成品油管道由集團公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)本部（油氣調控中心）負責遠程監控；近2.65萬(wàn)公里原油成品油管道由集團公司所屬企業(yè)的調控分中心負責遠程監控。根據天然氣“全國一張網(wǎng)”互聯(lián)互通十四五建設規劃，預計到2025年，將形成6.9萬(wàn)公里的天然氣大管網(wǎng)。同時(shí)國家管網(wǎng)集團將按照市場(chǎng)化原則，推進(jìn)省級天然氣管網(wǎng)從“物理聯(lián)通”到生產(chǎn)運營(yíng)管理的“互聯(lián)互通”，天然氣“全國一張網(wǎng)”的規模將進(jìn)一步擴大。

智能管道是智慧管網(wǎng)的基礎單元。管道智能化建設將傳感測量、工業(yè)控制、移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、運行仿真等技術(shù)應用于管道工程建設、生產(chǎn)運行、維護維修及管道保護等過(guò)程，形成智能感知、可自適應、高度自動(dòng)化、優(yōu)化平衡的管控一體化系統。中俄東線(xiàn)天然氣管道作為我國首個(gè)“全數字化移交、全智能化運營(yíng)、全生命周期管理”的智能管道樣板工程，引領(lǐng)與帶動(dòng)了管道行業(yè)技術(shù)與管理水平的提升。

智慧管網(wǎng)是在管道智能化建設的基礎上，以數據全面統一、感知交互可視、系統融合互聯(lián)、供應精準匹配、運行智能高效、預測預警可控為特征（目標），將大數據、機器學(xué)習、管網(wǎng)運行仿真與經(jīng)營(yíng)決策支持等技術(shù)融入各業(yè)務(wù)系統，積累管道全生命周期數據資產(chǎn)，加速跨行業(yè)、多領(lǐng)域前沿新技術(shù)深度融合，提供智能分析和決策支持，實(shí)現管網(wǎng)的智能化運營(yíng)管理以及對管網(wǎng)大數據的深度分析與高效應用，為管網(wǎng)全生命周期建設運營(yíng)管理提供科學(xué)的風(fēng)險預控及優(yōu)化決策支持，以確保管網(wǎng)安全、平穩、高效運行。

智慧管網(wǎng)建設主要涵蓋智能建造、智能運行、監控感知、知識體系等方面。在現階段，為了保障管網(wǎng)安全運行、提高運行效益、推動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)營(yíng)管理進(jìn)步，需要大力推進(jìn)管道智能化建設。

編輯部：您認為當前油氣管網(wǎng)面臨的主要安全風(fēng)險是什么？需要采取哪些智能化手段來(lái)消減風(fēng)險，保障管道安全運行？

黃澤�。�目前，油氣管網(wǎng)安全運行仍然面臨一些風(fēng)險和挑戰，如管道施工焊接質(zhì)量缺陷，站場(chǎng)電氣設備及儀表自動(dòng)化系統老化，管道自動(dòng)調節與自動(dòng)保護功能不夠完善，運行自動(dòng)化水平有待進(jìn)一步提高等。通過(guò)推進(jìn)管道智能化建設，對油氣管網(wǎng)中的老舊管道進(jìn)行高質(zhì)量高水平的技術(shù)改造，提高管道本質(zhì)安全水平，是有效控制油氣管網(wǎng)安全風(fēng)險的根本措施。我針對輸油管道做重點(diǎn)介紹。

一是將手動(dòng)截斷閥室改造為遠控截斷閥室，控制管道泄漏事故狀態(tài)下的泄漏量過(guò)大風(fēng)險。

在以往工程建設中，由于管道沿線(xiàn)線(xiàn)路截斷閥室供電條件差（有的地區供電電源距離遠），而配置具有遠程監控功能的RTU費用較高。為了控制成本，部分原油成品油管道的線(xiàn)路截斷閥室設計為手動(dòng)截斷閥室，未按照RTU閥室設計。在管道發(fā)生泄漏事故狀態(tài)下，不能立即從調控分中心遠程關(guān)斷事故點(diǎn)上下游的截斷閥，只能通知輸油站管理人員或閥室看護員（當地巡線(xiàn)工）趕到現場(chǎng)手動(dòng)關(guān)斷。手動(dòng)關(guān)斷與遠程關(guān)斷相比，存在漏油量增大的風(fēng)險。隨著(zhù)太陽(yáng)能供電效率提高和蓄電池系統儲能容量增大，為沒(méi)有外電供應的閥室提供了供電條件，且撬裝（柜裝）RTU設備和供配電設備占地面積也比較��；采用“電液聯(lián)動(dòng)”閥門(mén)執行機構，使遠程快速關(guān)閉線(xiàn)路截斷閥的耗電量也大大降低。這些技術(shù)進(jìn)步，為現有手動(dòng)截斷閥室改造為RTU閥室創(chuàng )造了條件。

二是完善 “水擊超前保護”功能，控制管道超壓運行風(fēng)險。

部分成品油管道SCADA系統中，有的因管道輸送條件發(fā)生了變化，需要對水力系統、水擊保護參數和水擊保護邏輯等重新計算分析；有的水擊超前保護系統未連續運行或運行不正常，需對水擊保護邏輯控制程序重新分析檢查與調試。完成這些工作，可以確保水擊保護功能完善、保護系統靈敏可靠，控制在發(fā)生水擊工況下管道超壓運行風(fēng)險。

三是加快老舊SCADA系統國產(chǎn)化替代改造，控制運行操作安全風(fēng)險。

國家管網(wǎng)集團所屬企業(yè)的部分輸油管道SCADA系統存在以下問(wèn)題。

——有的站控PLC系統運行超過(guò)15年，雖然替換改造過(guò)部分模塊，但硬件整體老化。

——調控分中心SCADA主機系統軟件品牌多樣，投用時(shí)間較長(cháng)，其可靠性、先進(jìn)性需要提高。

——個(gè)別調控分中心的SCADA主機系統與站控PLC系統不能直接傳輸數據，依靠主機與站控機之間數據通信協(xié)議轉換接口裝置進(jìn)行數據交換。這種配置水平相當于1990年投產(chǎn)的東（營(yíng)）—黃（島）輸油管道SCADA系統，僅在數據轉換基礎上做了一些改進(jìn)。

——調控分中心主機系統與站控系統之間的數據更新速度慢、不同步、甚至數據或設備狀態(tài)顯示不一致，執行遠控操作還需到現場(chǎng)監護與確認。

針對上述問(wèn)題，需加快對老舊SCADA系統的國產(chǎn)化改造。用國家管網(wǎng)集團自主研發(fā)的SCADA系統替換引進(jìn)的在役SCADA主機軟件系統和站控PLC軟件系統；用國產(chǎn)PLC替換老舊的在役國外品牌PLC，重新修改完善（編制）站控控制程序，重新完成主機和站控系統對現場(chǎng)設備監控操作的兩級調試等。

四是探索地形起伏較大的輸油管道線(xiàn)路截斷閥自動(dòng)保護關(guān)斷技術(shù)，控制破管泄漏污染環(huán)境的較大風(fēng)險。

輸氣管道RTU閥室在檢測到運行壓力下降速率過(guò)大（或運行壓力過(guò)低）時(shí)，閥室自動(dòng)保護關(guān)斷，以便控制管道發(fā)生事故后的影響時(shí)間和程度。但是，輸油管道截斷閥室目前沒(méi)有采用這一技術(shù)，主要原因是沒(méi)有成熟可用的觸發(fā)RTU閥室自動(dòng)保護關(guān)斷的檢測判斷技術(shù)，相關(guān)工程設計標準中也沒(méi)有這方面的規定和要求。在地形起伏較大的大高差和大落差區域內，一旦管道發(fā)生破管漏油事故，如果調控中心（或調控分中心）調度員沒(méi)能在最短時(shí)間內停運管道和遠程關(guān)斷RTU閥室，漏油總量將會(huì )增大，造成的環(huán)境污染風(fēng)險也更大。近兩年調控中心和西南管道公司一起研究中緬原油管道線(xiàn)路截斷閥室破管泄漏自動(dòng)保護關(guān)斷技術(shù)，即在地形起伏較大的RTU閥室安裝相對精度較高和穩定性較好的外夾式超聲波流量計，閥室RTU將檢測數據和運行壓力等數據傳輸給設在輸油管道首站的“全線(xiàn)水擊保護PLC”，在排除某閥室上游泵站不存在啟泵操作影響的情況下，如果超聲波流量計檢測到的油品流量（流速）突然增大，運行壓力突然下降，則判斷該閥室的下游段發(fā)生了泄漏。水擊保護PLC同時(shí)向該閥室及其下游閥室的RTU發(fā)出關(guān)閥指令，兩個(gè)RTU完成自動(dòng)保護關(guān)閥操作，同時(shí)觸發(fā)水擊保護系統自動(dòng)保護順序操作，停運全線(xiàn)輸油泵，及時(shí)將泄漏量控制在兩個(gè)閥室間距的“可自然泄漏量”內，避免疊加泄漏。當然，這一技術(shù)路線(xiàn)是否可行、可靠，還需要從水力分析、控制邏輯設計、超聲波流量檢測等方面進(jìn)行大量的測試才能確定。

編輯部：聽(tīng)了剛才您的介紹，我們了解到通過(guò)智能化手段，可以有效控制管道失效和減輕失效后果，顯著(zhù)提升管道本質(zhì)安全。請問(wèn)今后在智能管道建設方面還有哪些考慮？這也是許多讀者關(guān)注和希望了解的。

黃澤�。�除了通過(guò)技術(shù)改造推動(dòng)管道智能化建設外，還要通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新持續提升管道運行自主可控能力，提升關(guān)鍵設備儀表、控制系統、通訊系統的國產(chǎn)化、標準化水平。目前階段，通過(guò)“用戶(hù)自動(dòng)分輸技術(shù)” “天然氣管網(wǎng)SCADA系統國產(chǎn)化替代” “SCADA系統軟件PCS V2.0研發(fā)及工業(yè)試驗研究” “與SCADA系統深度融合的高精度液體管道泄漏監測軟件系統研發(fā)與應用” “大型天然氣管網(wǎng)在線(xiàn)仿真系統軟件國產(chǎn)化研發(fā)及應用” “壓氣站‘一鍵啟�！�功能改造全面推廣”等科研項目實(shí)施，借助現代信息技術(shù)，變革傳統的業(yè)務(wù)管理模式，解決業(yè)務(wù)管理效率低、人員需求多等傳統生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)難題，保障國家管網(wǎng)設施安全、高效運營(yíng)。

一是通過(guò)研發(fā)與SCADA系統深度融合的輸油管道高精度檢漏系統，提高防控輸油管道泄漏風(fēng)險的能力和水平。

目前，國內輸油管道基本都配備了泄漏監測系統（檢漏系統），但檢測設備的廠(chǎng)家和品牌多，檢漏誤報率較高，泄漏位置定位不準確，應用效果不理想。主要原因包括：計算模型粗放和理想化，導致沿線(xiàn)壓力分布的計算精度不高；其結果又影響流量平衡（流量平衡分布）計算的精確性；檢漏系統獨立運行，沒(méi)有充分利用SCADA系統實(shí)測數據來(lái)修正校準壓力分布和流量平衡分布計算模型，不能自動(dòng)排除“運行工況突然變化”對檢漏分析判斷的干擾。

為了提高檢漏系統運行的穩定性，降低檢漏誤報率，可以研發(fā)與SCADA系統深度融合的輸油管道高精度檢漏系統，技術(shù)設想是：

——建立多類(lèi)標準化壓力計算單元模型，包括輸油泵站出站到下游第一座RTU閥室之間的計算單元；兩座RTU閥室之間的計算單元；干線(xiàn)分輸點(diǎn)到分輸點(diǎn)下游第一座干線(xiàn)RTU閥室之間的計算單元等；以便按模塊化方式建立全線(xiàn)壓力分布計算模型。

——建立壓力分布和流量平衡自動(dòng)修正校準計算模型。新研發(fā)的檢漏系統可直接從SCADA系統讀取各進(jìn)出站、RTU閥室、減壓站的運行壓力和油溫等參數，與模型計算結果進(jìn)行對比。當計算結果與實(shí)測參數有差異時(shí)，調整計算模型相關(guān)修正系數，直到計算結果與實(shí)測數據趨于高度吻合。

——建立“單元、站間及全線(xiàn)”流量干擾修正動(dòng)態(tài)平衡計算模型，以排除運行干擾因素影響 。在管道輸入和輸出流量不變的情況下，一座或幾座泵站突然啟（停）泵，或執行先啟泵后停泵操作，或變頻調速泵轉速調整等，都會(huì )產(chǎn)生“管道充裝”變化現象，進(jìn)而影響“單元、站間及全線(xiàn)”流量平衡計算精度。將SCADA系統監測到的這些設備運行工況變化，作為啟動(dòng)排除運行干擾因素影響的“流量干擾修正動(dòng)態(tài)平衡計算模型”的條件，計算生成相應的“單元、站間及全線(xiàn)”流量干擾動(dòng)態(tài)分布線(xiàn)。

——基于前述模型計算結果輸出的流量平衡“異常單元內”及“相鄰異常單元之間”的“流量不平衡”提示和不平衡量的大小，判斷分析“異常單元內”是否發(fā)生了泄漏；根據壓力模型計算結果和SCADA系統實(shí)測數據變化，分析判斷“異常單元內”或（及）“相鄰異常單元之間”的壓力分布是否發(fā)生了“突變”（產(chǎn)生了負壓波），分析負壓波的傳遞過(guò)程，計算判斷泄漏點(diǎn)的位置。

二是通過(guò)抓好 “全線(xiàn)一鍵啟�！弊詣�(dòng)化升級改造，推進(jìn)輸油管道智能化建設。

1997年6月投產(chǎn)的庫（爾勒）—鄯（善）大落差輸油管道，實(shí)現了從調控中心“一鍵啟�！比�線(xiàn)和全線(xiàn)自動(dòng)保護停運的高水平自動(dòng)化，其自動(dòng)化功能到目前都發(fā)揮正常，對保障輸油管道的安全運行發(fā)揮了重要作用。調控中心正在和西部管道公司一起實(shí)施西部成品油管道（長(cháng)度2041公里，設置19座輸油場(chǎng)站，32座監控閥室）“全線(xiàn)一鍵啟�！弊詣�(dòng)化升級改造，一旦成功，將優(yōu)化全線(xiàn)設備精準啟停順序和提升啟停輸過(guò)程的平穩性，大幅度降低調度員的操控工作量，將為其他輸油管道的自動(dòng)化升級改造及智能化建設提供參考。

三是擴大“壓氣站一鍵啟�！弊詣�(dòng)化升級改造成果，推進(jìn)天然氣“全國一張網(wǎng)”智能化建設。

2018年，大（連）—沈（陽(yáng)）輸氣管道蓋州壓氣站建成我國首座具有“一鍵啟�！惫δ艿母叨茸詣�(dòng)化壓氣站。隨后，調控中心和有關(guān)管道企業(yè)對中衛、高陵等6座在役壓氣站實(shí)施自動(dòng)化升級改造，實(shí)現了從調控中心遠程“一鍵啟�！眽簹庹镜闹悄芑�控制。目前，調控中心正在組織實(shí)施近20座在役壓氣站“一鍵啟�！弊詣�(dòng)化升級改造。隨著(zhù)實(shí)施范圍擴大，天然氣“全國一張網(wǎng)”智能化建設將取得較大進(jìn)展。

四是通過(guò)綜合應用集中遠控、天然氣管網(wǎng)在線(xiàn)仿真和機器學(xué)習技術(shù)，推進(jìn)天然氣管網(wǎng)智能調控建設。

天然氣管網(wǎng)在線(xiàn)仿真，在指導天然氣管網(wǎng)運行方案編制，管網(wǎng)運行故障或上游氣源變化對生產(chǎn)運行和供氣影響的分析與前景預測，優(yōu)化調整管網(wǎng)壓縮機組運行匹配并實(shí)現節能，以及執行運輸收入計算等方面，都發(fā)揮了很好的作用。調控中心在壓縮機組動(dòng)態(tài)運行效率曲線(xiàn)分析與精準計算系統的基礎上，正在開(kāi)發(fā)基于機器學(xué)習的管網(wǎng)壓縮機組運行優(yōu)化技術(shù)。設想的技術(shù)思路是：將各壓氣站壓縮機組動(dòng)態(tài)運行效率曲線(xiàn)分析計算系統采集和計算的數據集中儲存到幾臺服務(wù)器上，服務(wù)器上的機器學(xué)習系統對某一區域管網(wǎng)內的若干座壓氣站的壓縮機組在過(guò)去一段時(shí)間內的運行參數和機組輸出功率與能耗等進(jìn)行分析計算，得出在當前運行工況下對應的區域管網(wǎng)內機組優(yōu)化運行方案；再將該方案輸出給管網(wǎng)在線(xiàn)仿真系統復核計算。如果復核計算的結果是按照該機組優(yōu)化運行方案，在一定時(shí)段內能夠完成輸氣計劃且區域管網(wǎng)內機組總體能耗小于目前能耗總量，則仿真系統向SCADA系統反饋并提示重新調整該區域管網(wǎng)內機組運行配置方案，由SCADA系統在調度員的確認下完成機組運行配置優(yōu)化調整。通過(guò)這些技術(shù)的綜合應用，提升調控中心對天然氣“全國一張網(wǎng)”的智能調控水平。

編輯部：感謝黃總接受我們的采訪(fǎng)。