智慧管网建设：在站场智能运行方面的实践 ​

西气东输公司所辖管网具有多气源、多用户、用户需求种类多的特点，供气保障难度高，站场管控压力大。为了降低站场运行风险，提高管网运营效率，西气东输公司基于建设期和运行期数据，利用 SCADA 系统自动控制和巡检系统自动感知的能力，形成集中巡检、集中监视的高效管控模式，实现站场分输远程自动控制，创新性地开展智能巡检、压气站一键启停、流量计智能检定等工作，推动输气管道站场管理智能化转型，使站场运营管控效率显著提升。

1、站场集中巡检与监视管控

为了不断提高劳动效率，西气东输公司在提高设备设施运行可靠性的基础上，创新性地实施集中巡检、集中监视措施。

集中巡检旨在优化巡检质量与巡检次数，其核心在于两个方面：

①联合巡检，即由站场负责人组织在岗人员，按照规定的巡检要求，对所属站场的生产运行、工艺状态、设备设施状况进行全面检查，并开展维护维修工作；

②重点巡检，即由值班人员对重要运行参数、关键输气设备、重点区域按照相关巡检要求进行重点检查，提高巡检质量，强化站场设备设施维护保养，提高设备设施本质安全水平。

集中监视是指采集站场关键工艺设备的报警数据，并上传至上海生产调度中心，以上海生产调度中心为主、站场为辅，对设备设施异常状态进行监视。西气东输公司研发了 10 类集中监视系统，包括火气系统、管道保护系统、安防系统、紧急停站 ESD、工艺系统、计量系统、电气系统、自动化系统、通信系统及阀室报警系统。站场采集各系统报警点数据并上传至上海中心系统，上海生产调度中心收到数据后，按照西北、华东及中南 3 个调度台分区管理，采用每天 24 h 值班模式， 对站场设备设施的异常状态进行远程集中监视、集中管理、快速响应。该措施改变了中国管道行业 40 年来站场每天 24 h 人工值班的传统模式，解放了基层员工， 提高了劳动效率。目前，西气东输公司已有 163 座站场实行集中监视管理模式，节省了站场操作员大量精力，有助于操作员更加高效地投入维护维修、岗位练兵工作中，稳步提升了员工风险辨识、风险管控、应急处置 3 种能力。该措施使站场工作重心由运行监视转变到设备设施维修维护上，使设备设施故障、误操作日均报警率低至 0.01％，关键设备完好率达到 99.79％。

2、分输智能控制

输气站场分输支路一般利用调节阀进行压力/流量控制。但由于各站场建设时期不同，自控要求存在差异，对分输用户的流量控制要求不明确，导致部分输气用户的分输支路未设置流量调节设备或流量调节设备不能满足精确调节的要求。随着天然气分输站场逐年增多、用气规模逐年增大，对天然气分输精度提出了更高要求。为了实现对各管道分输用户日指定操作的严格控制，将天然气智能分输研究提上日程。

通过持续优化，西气东输公司改造了分输站场的SCADA 系统程序，实现了站场用户分输控制由人工主导向智能控制的转变。采用恒压控制法、剩余流量平均法、日不平均系数法及到量关阀 4 种模式，自主完成 413 条分输支路、15 种控制功能的升级改造，不断提升控制模块的自适应性、高匹配性，推动分输全过程无人介入、无人干预，自动执行启/停输、启/停站、计量/ 调压系统故障切换等关键操作，实现分输远程控制、一键启停、故障切换、自动分输，在提高站场运行可靠性、稳定性的同时，大大减少了操作人员的工作量。

3、压气站“一键启停”

一键启停技术是将压气站的分散控制整合为集中控制，将站场启、停操作升级为全自动控制，通过压气站工艺设备及压缩机工艺流程全自动化控制改造、控制系统配置优化、站控与压缩机控制系统深度融合、压缩机辅助系统整合等优化措施，实现以下功能：压气站压缩机组及辅助设备一键启停，工艺流程一键导通，转速、负荷一键设定，运行/停止、冷备/热备机组一键切换以及机组一键并退提示。

为了使压气站复杂工艺的操作简单化，减少人为干预造成的误操作，提高压气站的安全水平，西气东输公司对中卫、高陵 2 座已建压气站进行一键启停功能改造，是中国首次对进口燃驱压缩机组进行试点改造。以高陵压气站为例，通过对压缩机控制系统增加机组热备控制、压力设定值梯度设定、禁止加载控制、维持并网控制、自动并退网控制、站控系统转速控制，实现了压缩机控制系统功能优化。通过站控系统与压缩机控制系统控制器的通讯，将压缩机全部数据上传至站控系统，实现站控系统对压缩机控制系统的全面监视， 主要包括报警监测、数据查看、启停机过程监测等。通过判断各机组输出功率、平均负荷、平均裕度等关键数据，提示运行人员需要增启或减停机组，实现智能增减机组功能试运行。通过部署可视化平台，搭建本地数据库，将压缩机组、生产动态、运维巡检、一键启停等相关数据进行集中展示。

4、流量计智能检定

为了提高天然气流量计检定作业的安全性、质量水平以及检定效率，西气东输公司提出 2 种仿真方法与1种三层结构智能控制器技术，建立了一套智能检定系统。智能控制器作为智能检定系统的核心，打破了传统检定过程工控与数据处理系统之间的通讯障碍，将多系统数据与指令融合互联、实时交互，实现了与检定相关设备的全智能控制。同时，智能控制器作为智能检定系统的决策中心，通过建立检定工艺输入、输出参数的复杂智能控制器模型，运用神经元网络、专家经验等多种方法，可以给出智能精准控制决策。

西气东输公司流量计智能检定控制器由 1 个界面、2 套模型、3 个控制阶段组成。

（1）1 个界面是指系统集成现场流程判断、工况分析、阀门动作及调节方案的计算分析，整个系统仅用一个简单界面作为人机交互接口。该界面主要用于启动控制和紧急制动，其他操作全部由系统自动完成。

（2）2 套模型是指智能检定系统内部包括 2 套模型：一是工艺仿真水力机理模型，主要用于现场工艺系统流动形态的全面预测；另一个则是系统动态控制机理模型，依据工艺流程、流量计口径、目标流量点、进出站压力参数，通过多种智能算法计算调节阀门开度组合方案，与水力机理模型配合开展策略验证。

（3）3 个控制阶段是为实现流量的精确控制，采用4路调节阀的开度组合，完成从 7～15 000 m3/h 流量调节的控制方案。控制方案由 3 个阶段组成：

①准备阶段，主要完成当前流量点所需站场工艺的自动导通；

②初步调节阶段，即从起始状态将系统流量快速调节至被检流量点附近；

③精确调节阶段，根据流量偏差，通过调整 4 路调节阀的最优动作，将实际流量调节至被检流量点5％偏差之内。

目前，该智能检定系统已在南京计量测试中心广州分站成功应用，与人工检定方式相比，智能检定系统节约了大量的劳动力，提高了检定精度。

5、巡检智慧化及票卡电子化

西气东输公司管网已实现智能化巡检及电子化票卡系统的站场全覆盖、作业类型基本全覆盖。日常巡检实现轨迹化、电子化、智能化，智能巡检系统中同时嵌入一票两卡，实现岗位作业标准化、电子化；通过数据分析智能统计，确保日常巡检及时到位，问题隐患精准发现、维护作业精准推送。此外，西气东输公司的智能化巡检及电子化票卡系统引入物联网技术，应用防爆 PAD、人员卡及 WIFI 无线基站，对站场、管道、阀室等高风险作业区域进行许可管理，不仅将纸质的作业票电子化，还将作业全过程管理信息化，从风险评估、作业申请、作业审批、作业实施、作业关闭 5 个环节实现对现场作业的全流程精细化管控。

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编辑：fqj