天然气管网计划调度管理的研究

南通大众燃气有限公司 冯海鹏

天然气管网计划调度管理的研究

南通大众燃气有限公司 冯海鹏

从现代企业管理角度，对调度管理的作用与地位进行了论述，通过对城市天然气管网的生产特点的分析，重点阐述了生产调度系统如何科学合理的做好统一计划、指挥、全面协调，系统的控制管网资源，保证天然气管道安全平稳经济运行。

管网调度 申报与结算 scada系统 数据整合 保障能力 安全平稳

1 管网及设施

随着南通市进入天然气时代，天然气管网的正常运行成为燃气企业经营的工作重点。南通大众燃气有限公司的经营范围已经覆盖整个南通市中心城区，包括崇川区、港闸区和开发区，目前管道燃气供应已全部置换为天然气，2012年南通市中心城区天然气供应量达到8 000万m3。

南通市区天然气气源主要是“西气东输”的天然气，补充气源为设置在通盛南路南段的LNG站。本市的天然气管网由高压(运行压力0.4~4 MPa)、中压A(运行压力250 kPa)、中压B(运行压力35 kPa）和低压(运行压力2.5 kPa)组成。

至2013年11月，公司已建高压管线44.7 km，在建高压管线4.8 km；已建分输站4座(刘桥门站、南通北高中压调压站、先锋高中压调压站和开发区高中压调压站)，在建分输站1座(南通科技园高中压调压站)；已建阀室5座(刘桥截断阀室、南通北分输阀室、南通东截断阀室、先锋分输阀室和小海截断阀室)。

中压A管网覆盖了港闸区、崇川区新城区和开发区等区域，中压B管网则由中压A管网通过工农南路中中站、青年东路中中站和静海大桥中中站(在建)向老城区供气。公司拥有中压管网427.56 km，低压管网1 120.74 km，各类调压站300座。

LNG供气站位于通盛大道南段，是管输天然气的补充气源。站区出口管与中压A管道相连。现该站有150 m3LNG立式储罐6只，折算标况天然气量45万m3。空温式LNG气化器(2 000 m3/h，3.5 MPa) 4台，2开2备。按照设计能力站区最大供气能力为4 000 m3/h，日最大供气量8万m3(按每天20 h正常供气)。储罐周转时间为5 d。

2 天然气的申报与结算

为了理顺天然气计划、结算和调度等工作流程，加强计划管理，保障客户用气安全，按照上游中石油天然气有限公司对天然气计划管理的总体要求，结合本公司天然气使用结构需求关系，必须做好天然气的计划申报和结算等方面工作。

2.1 天然气申报

2.1.1 日指定

按照中石油与我公司供用气协议规定，从试运转日的前1天起，在供用气协议期满或终止之前的每1日，我公司应在每日的上午10∶00前向中石油发出通知(日通知)。日通知载明我公司为下一日所指定的天然气用量，日指定由计划调度管理员直接申报。

若日指定气量有增减变化，通过向卖方交付书面通知(变更通知)，买方应在其打算提取变更通知中所载明的天然气气量之日开始之前至少16 h将变更通知发给卖方。我公司一般是当日16∶00之前发出变更申请。

2.1.2 周计划

按照中石油与我公司供用气协议规定，在每周一(每1交付年度内每1星期开始前第7日)或之前，我公司应本着诚信原则向中石油提供对下星期的每1日可能需要的天然气用量的尽量准确的预测，周计划由生产技术部主任审定。

2.1.3 月度计划

按照中石油与我公司供用气协议规定，在每月15日(每1交付年度内每1个月开始前第15日)或之前，我公司应本着诚信原则向中石油提供其对下1月每1日可能需要的天然气气量的尽量准确的预测，月计划由生产技术部主任审定。

2.1.4 季度计划

按照中石油与我公司供用气协议规定，在每年3、6、9、12月的2日(每1交付年度内每1季度首日前的第30日)或之前，我公司应向中石油提供对下1季度的每个月可能需要的天然气气量以及该季度后的3个季度中每个季度可能需要的天然气气量的尽量准确的预测，季度计划由经营副总审定。

2.1.5 年度计划及区间计划

按照中石油与我公司供用气协议规定，在每年9月15日(每个交付年度开始前的第90日)或之前，我公司应本着诚信原则向中石油提供对下1年度的每个月中可能需要的天然气气量以及该交付年度后的2个交付年度中每个季度可能需要的天然气气量的尽量准确的预测。

按指定程序报上游天然气供应商——中国石油天然气有限公司，具体时间见表1。

表1 天然气用气计划申报时间

上述指定和预测均需登录中石油相应网站进行填报。

此外，中石油在每年冬季都要求下游用户提供今冬明春的月用气需求及高峰日低峰日的用量预测，年度及区间计划须由总经理审定。

2.2 天然气结算

2.2.1 预付款支付

天然气买卖按周结算，实行“先款后气”结算制度。

买方应向销售方(输气方)支付的预付款计算：某1周的预付款金额＝适用于该周的平均日合同量×适用于该周的天然气出厂价(管输费)×适用于该周的交付容量系数×7天。

目前公司是一并支付预付款126万元(交付容量系数1)，11月份至下年1月份交付容量系数是1.1，预付款应该是139万元，这是按年合同量5 000万m3的计算，年合同量不同，预付款金额也不一样。我们按合同执行，不多付也不少付，适时调整预付款金额，合理平衡资金占用。

2.2.2 结算单和付款

天然气销售公司每周一将1份销售结算单网络发送给公司，每周一的18∶00之前，登录中石油网站下载周销售结算单，应付金额数据进行核对后按公司正常付款程序进行付款申请，要求付款申请人要认真仔细核对金额包括预付款金额，掌握交付容量月份系数(2~3月系数1.0，4~6月系数0.9，7~10月系数1.1，11~1月系数1.1)。正式发票一般3个工作日内以特快专递方式寄送给我公司。

2.2.3 与区域供气的结算和付款

目前公司区域供气有开发区和通州华润二家，开发区是每月20日开票，通州华润1个月2次(月中、月底)。具体操作程序根据合同执行。结算单生成后2个工作日内开具增值税发票并采用直接交付或快递的方式寄给买方。如买方对卖方开具的票据任何款项存有异议，应在支付款项的同时书面通知卖方，说明买方异议的性质和有争议的款项，但在提出异议过程中不得停止付款结算。对部门来说要认真核对天然气结算用量，保证仪表计量数据准确，结算金额准确，实行阶段付款的要严格执行，对超合同计划使用天然气数量按双方确认的供气合同所列执行价格结算，爱岗敬业，不让公司利益受损，买方要按时付款，不得拖延。

3 大客户的管理及计划申报

对日用气量超过10 000 m3的大客户，必须履行天然气用气申报工作，以使公司向中石油的申报量符合实际。具体要求如下：

(1)每日17∶00时前，客户需将后天(隔一日)的用气量以电话或电子邮件的方式通报给南通大众燃气有限公司调度中心。生产技术部将根据数据汇总情况于次日10∶00前登录中石油网站填报日指定气量。

(2)每周日或以前，客户需将再下1周(隔1周)星期一至星期日的用气计划以电子邮件的方式传送到南通大众燃气有限公司调度中心。生产技术部按上述数据推算星期预测数据，报分管高管核准后，每周一或之前填报下周预测表。

(3)每月12日或之前，客户需将下月用气计划以电子邮件的方式传送到南通大众燃气有限公司调度中心。生产技术部按上述数据与现有的居民客户数、非居民户数推算下1月的每日气量，报分管高管核准后于每月15日前填报月预测表。

(4)每年2、5、8、11月的25日或之前，客户需提供第二、三、四季和下1年第一季度每月用气计划。生产技术部按上述数据推算下1季度的每月气量，报分管高管核准后于每年3、6、9、12月的1日前填报季度预测表。

(5)每年9月5日或之前，客户需提供预测下1年度的每月用气量。生产技术部按上述数据推算下1年度每月用气量，报分管高管核准后于每年9月15日前填报年度预测表。

4 天然气量的统计分类和数据汇总

根据通众燃气【2011】41号文要求，我公司对天然气客户的统计分类做了如下规定：

(1)居民户：是指使用天然气作为日常生活燃料的居民客户。

(2)非居民户：包括生产客户、公共服务客户、其它客户3类。其中公共服务客户包括经营客户和非经营客户。

此外，当公司经营中出现燃气汽车客户和区域供气客户时，则相应增加类别。

燃气市场的需求分析也以上述分类进行统计汇总。

4.1 居民用户预测

按月不平均系数折算的居民用户每月系数和每月月均用量见表2。

表2 居民用户每月系数和月均用量

上述数据根据以往空混气和人工气的历史数据和今年1~10月份天然气的实际用量，以后要根据天然气市场发展情况逐年调整。

2012年9月居民用户(实际抄收)217 274户，此后的居民用户发展按月均1 500户，全年18 000户计算。与每月户均用气量类似，用户数也将随实际的发展情况随时调整。

4.2 公共服务客户

南通市城区的商业用户包括宾馆、医院、学校、幼儿园、职工食堂等大中型用户及小型用户。

根据2012年实际抄收数据，本市公服商业(含经营户、非经营户、锅炉)的用气量约为民用气量的40%。随着天然气市场化的不断推进，这一比例将继续增加。根据本市公建户市场发展和省燃气协会对全省城市燃气用量的估计，2013、2014、2015年公福商业用气量对民用气量的占比约为50%、60%、70%。

4.3 生产客户和区域供气

目前南通市工业用户(含区域供气)23家，主城区8家(含通州华润)，开发区15家(含海门城建)。从监控运行情况来看，工业用户的用气量受天气影响的程度较小，而与国家的经济形势和企业本身的生产任务相关联。

相对居民户和公共服务用户，生产客户和区域供气的量较为固定，计划调度必须密切关注市场部门新发展投运的此类客户，注意收集其用气的变化情况。就大客户而言(大客户是指日均天然气用量10 000 m3以上或年用气量300万m3及以上的工业、公建户），其用气时间、用量和预测量首先按公司市场部门或运行部门提供的数据，正常用气后需要求大客户按要求和时间节点申报其日、周、月、季度和年的用气计划。

4.4 车用燃气

目前南通市中心城区已有液化石油气(LPG)汽车约500辆，天然气(CNG、LNG)汽车约400辆。考虑燃气能源机动车辆能在应用上得到大力扶持，至规划期末南通市中心城区30%的公交车辆改为使用液化天然气(LNG)，50%的出租车和10 000辆社会车辆改用压缩天然气(CNG)。

目前本公司在南通市的第一座加气母站于2014年正式试投运。加气站流量为3 500 m3/h，天然气加气母站设计规模为5万m3/d。

4.5 数据汇总

可按以下数据测算汇总公司年度的天然气用气需求。

每月用气量数据包括：民用户用气量、锅炉加公建户用气量、市区工业用气总量、区域供气(通州区域、开发区区域)用气总量、不可预见(含CNG)用气量。

每月对抄收总量和供气量的总量统计后便可算出每月的供销差率。这样1年的天然气用量预算便可很方便的制作表单予以统计预算。

5 计划调度的职责和管理

高压管线作为天然气储存的主要设施，其安全有效的运行至关重要。根据《城镇燃气设计规范》，城镇燃气高压A的压力范围为2.5~4 MPa，高压B的压力范围为1.6~2.5 MPa，次高压A压力范围为0.8~1.6 MPa，次高压B压力范围为0.4~0.8 MPa。

本公司的高压管线运行压力范围兼顾了高压和次高压，出于管道安全和流量计工作要求考虑，目前规定的高压管道压力上限为3.8 MPa，压力下限为0.6 MPa。

在现有的供气规模下，中石油刘桥分输站对本公司高压管线采用的是间歇式供气方式，即在压力许可的条件下，一次性输出中石油审批通过的当日气量，通常供气的瞬时流量保持在60 000 m3/h左右。截至11月，高压管线建至开发区高中站，此时高压管容量约为9 000 m3。随着高压管道继续建设，预计全线建成后，高压管容量应在10 000 m3左右。

如上文所说的压力要求和接气方式，气源计划调度需要根据每日高压管道的压力变化情况，通过计算管道储存量和预计的每日供气量来确定向中石油的计划申报量，以确保高压管线既能具有充足的储备能力，又能适应高压管道安全运行的需要。

天然气日常计划调度管理应做好如下工作：

(1)每日上午8∶00由生产技术部调度人员在计量间对各流量计的天然气累计用量数据由南通北中控制室通过SCADA系统数据服务器传输过来，当班调度人员进行台帐记录，该台帐是进行天然气结算的依据。

(2)结合高压管网压力、天气、温度、节假日和各大用户生产用气情况，对当日及近期的外供气量做出一个合理准确的测算，此作为向中石油申报天然气计划的依据。生产技术部结合各大用户生产用气规律和发展情况(一般居民用气比较均衡)，合理安排各时间段用气计划，保证管网压力正常运行。

(3)每小时记录收集一次各岗位及管网中的重要参数数据，并对数据做出合理分析，若有异常及时汇报部门领导。

(4)当中石油供气量不能满足实际需要时，由生产技术部进行合理调度，调度员应根据中石油批准量、预测当日实际需求量、高压管道压力及管容情况推算出需补充的LNG气量，再根据LNG气化站的生产能力指令LNG站操作人员按要求和规程完成气化任务。

(5)对因气源紧张我方须采用气化的LNG进行临时补充供应时，区域供气单位应承担合理的成本费用，生产技术部做好阶段数据记录，以便与对方结算天然气费用。如果当天用气量达到指定量，调度员及时跟对方联系，经过公司领导协调仍无法满足用气计划时，由管道分公司根据公司指令关阀停气，停气前应口头同用气方沟通，让对方做好应急准备。

6 SCADA系统和原有调度系统的功能及数据整合

随着天然气高、中、低压管线的建成和延伸，管网的安全运行显得尤为重要，燃气数据采集与监控系统是解决燃气输配安全与高效的必要手段。该系统主要是通过对天然气高、中、低压管网压力及重点客户流量数据实时采集、上传通讯、分析比较，从而判断管网运行有无异常，同时根据重点客户流量上传数据分析客户用气情况，统筹上报天然气计划，下达送气调度指令，合理调度输配供气。这就要求系统在实时采集、数据准确、通信畅通、运行稳定、安全可靠等方面具有很高的要求，针对这一要求，我们将天然气SCADA系统和调度老“三遥”进行了整合，组拼成天然气高、中、低压管网压力及重点客户流量监测系统，其组成结构、功能特点及有关系统整合、访问管理模式等情况作如下介绍。

6.1 新老系统整合及访问管理模式

(1)新、老系统整合：我公司天然气高压SCADA系统现已建成，为便于管理及公司输配信息资源的整体性，应将原调度室老系统中南京莫凡公司和成都千嘉公司两家采集设备采集的中、低管网压力和重点客户流量数据打包整合到天然气高压SCADA系统平台上。通过对两家公司的终端设备RTU进行对接分析，利用上海航天能源股份有限公司的技术力量分别对两家公司的通讯协议进行破解、软件修改，将原调度室老系统一共有40个站点数据全部接入南通北天然气高压SCADA系统中，调度员在公司调度室通过局域网浏览防问南通北天然气高压SCADA系统软件，即可掌握和了解天然气高、中压管网运行情况，合理调度各工业、区域重点客户的供气，确保市民生活用气需求。

(2)访问管理模式：经与电信有关技术人员协商调研，将公司原有MPLS网络重新规划，SCADA系统网络与原有网络组成统一虚拟MPLS网络，将调度室现有中、低管网压力及公建用户大流量计监测参数全部接入南通北天然气高压SCADA系统平台，调度员及高管等管理人员可通过虚拟局域网浏览器直接访问南通北天然气高压SCADA系统。

6.2 系统的结构组成系统

系统主要由监控中心、网络通讯及现场检测仪表、传感器、变送器等部分组成，逻辑上将系统划分为监控中心层、网络通讯层、现场监测层。

(1)监控中心层：主要有主态软件、数据库、通讯服务器、数据服务器等硬、软件组成，其通过广域网与现场监测站点建立通信，获得燃气管网运行的实时数据，实现整个管网系统的遥测、遥信、遥控功能，并对采集数据进行分析和处理，建立报表系统，为天然气输配调度管理提供基础数据。

(2)网络通讯层：系统的网络通讯包括局域网通信和广域网通信两部分，监控中心通过交换机局域网通信实现网络连接，现场监测站点与监控中心的通讯是以无线GPRS方式，实现远程数据的传递和交换，通讯协议为MODBUS.

(3)现场监测层：由RTU/PLC、智能仪表、传感器、变关器等组成。独立完成各现场监测点的数据采集和闭环控制功能。

6.3 系统管理软件的功能

(1)对天然气高、中、低压管线管网和各站点压力及各公建客户流量计进行数据采集和处理运算。

(2)分别按3个界面显示我市3个区的中压管网图，并在各图上显示各监测点的标识和动态的数据。

(3)实时动态数据的采集、归档、管理以及趋势图、查询功能，并以列表方式按流量和压力分别显示各监测点的实时动态数据。

(4)历史数据的采集、归档、管理以及趋势图、查询功能。

(5)能自动导出生成流量监测点每日汇总管理报表和打印功能，以便进行统计分析每日天然气用量，准确及时上报天然气计划，合理科学调度。

(6)用不同颜色分别提醒显示高位、低位压力报警等功能。

6.4 系统具有的保护功能

(1)接地保护：控制中心室内电气接地、自控、通信的保护接地及工作接地、防雷防静电接地等共用同一联合接地装置，其连接电阻不大于1 Ω，接地电阻≤4 Ω。

(2)防雷和浪涌保护：系统有完善的防雷抗浪涌的保护措施，对与电信公网的连接处进行保护。对于电源接口要求抗浪涌的主要技术指标为：抗浪涌能力≥80 kA(8/20 μs)，工作电压下的最大泄漏电流＜0.3 mA，负载电流10 A；通信接口抗浪涌设备的主要技术指标为：抗浪涌能力≥10 kA(8/20 μs)，工作电压下的最大泄漏电流＜10 μA。

(3)防爆要求：系统电器设备在有人值守的场站必须安装在非防爆区域内。在无人值守的场站、阀室、监测点的防爆等级为ExdIICT4，要求防护等级为IP65。

(4)通讯协议：站控系统、RTU系统与控制中心的通信协议为MODBUS或DNP3.0，控制中心与站控系统之间的通讯方式应该能通过以下两种方式进行：控制中心的SCADA系统直接与站控PLC与RTU通过上述协议进行通讯；各个站控系统之间应能够直接通讯。SCADA系统的数据扫描周期应小于5 s。

7 天然气管网压力及重点客户流量监测

管网各个节点压力的变化能够直接反应管网运行是否安全。天然气的许多泄漏事故，尤其是程度较大的泄漏往往能从几个节点的压力和压差变化体现出来。而管网末端的压力则更加反应出管网供气的安全性和可靠性。

流量数据的实时监控可随时了解流量计的运行情况，如客户是否用气、流量的大小、流量计是否异常、用气是否正常等，这些信息均可以从系统软件数据库中分析获得。另外，还可对流量计的读数进行抄读并随时保存记录，以防流量计意外损坏丢失数据引起计量纠纷。大工业等用气客户的用气情况则更为重要，必须随时监测，特别到了冬季高峰用气紧张时可以随时调度补充气源以便保证居民生活的需要。

7.1 天然气管网压力监测点

对天然气高压管网按设计要求进行实施，如门站、高—中调压站(4个)、阀室(7个)等站点进、出口天然气压力均实施实时了监测；中压管网只在3个中—中调压站进行了设置，对其进、出口压力(中压A、中压B)实施监测，分别是青年东路中—中压调压站、工农南路中—中压调压站、静海大桥中—中压调压站(待建)；而低压管网则主要综合考虑调压站所处的地理位置、人口或实际用气户数、管网走向、口径、距离等因素，进行合理设置，便于调度管理并能监测到用气高峰时段低压管网的压力参数。

目前压力监测点：

高压(含高中压站)监测点有：刘桥门站、南通北高中压调压站、先锋高中压调压站、竹行高中压调压站、苏通科技园区高中压调压站(在建)，共5个点。

中压A(含中中压站)监测点有：青年东路中—中压调压站、工农南路中—中压调压站、静海大桥中—中压调压站、滨河东城、陈桥佳苑、中集公司、小海派出所(在建)、马可讯、星盛花园、添逸公司、山水间、LNG站共12个点。

中压B(含中低压站)监测点有：中远船厂、郭里园、节制闸、百花苑、富贵北园等目前共有5个点。

7.2 重点客户流量监测点

经公司设计室、生产技术部等部门的共同研究商讨，本着既要控制投资又要强化重点客户流量计监测管理，拿出科学、合理、可行的方案，并经公司高管审批通过执行，并规定凡工业、锅炉、热水炉等长时间连续运行用气客户单台设备最大流量≥100 m3/h时实施数据远程监测；公建、餐饮等非长时间运行客户单台设备最大流量≥200 m3/h时实施数据远程监测；凡安装的管理表均需实施数据远程监测；涡轮流量计、超声波流量计均实施数据远程监测。凡符合条件实施流量数据远程监测的必需与主体燃气工程做到“三同时”即同时设计、同时施工、同时验收，费用全部列入燃气工程建设项目。

重点客户流量监测点(23个)见表3。

表3 重点客户流量监测点

8 调度工作的控制管理

调度工作必须针对天然气企业生产经营特征，对生产运行过程实施控制，进行日常生产管理，以确保各项生产目标和任务的完成。

(1)全面调度控制。针对不同时期、不同季节变化对生产活动的影响所作出的调度重点工作内容的策略性转变。根据各季节的特点，油田气源供气情况，充分利用管道资源，编制生产运行方案，科学调度、合理安排，克服各种不利因素带来的影响，确保下游用户正常用气，安全、平稳地度过各季，维护社会的稳定局面。

(2)安全生产运行控制。调度作为企业生产活动的直接管理者，必须有很强的安全意识，在了解生产状况、下达调度指令、处理问题、协调任务时，都要把安全放在首位，在保证安全的前提下，开展生产过程的各项活动。积极处理各种事故隐患，稳定生产，控制不安全因素的发展和影响，使企业的生产活动始终处于安全的状态中，保证生产计划的完成。

(3)事故状态控制管理。管道事故状态或管道运行受到事故威胁时，及时采取应急措施，根据完善的事故应急预案，作好事故抢险前后的工艺处理，牵头组织对突发事故的抢险工作，控制灾害蔓延及事态扩大，将危害损失降至最低。

9 结语

对于城市天然气管网，在现有资源条件下，合理的利用调度手段，最大限度地挖掘自身潜力提升管道的保障能力，使整个输配气管网上的压力保持最佳的分布和平稳运行，从而为用户提供高质量的供气服务，减少输配气过程中的损失，最大限度延长管道的使用寿命，提高企业的运营效益，是天然气企业的主要任务。

Research on Dispatching Management of Natural Gas Network Planning

Nantong Dazhong Gas Co., Ltd. Feng Haipeng

From the modern enterprise management point of view, the role and status of dispatching management are discussed in this paper. Through the analysis of production characteristics of city gas pipe network, it highlights the methods of dispatching the natural gas to ensure the safety of stable economic operation of natural gas network.

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