燃气智能化与燃气SCADA系统在燃气安全管理中的应用

2020-01-13杜雪峰中国石油管道局工程有限公司管道投产运行分公司河北廊坊065000

化工管理 2020年9期

杜雪峰（中国石油管道局工程有限公司管道投产运行分公司，河北廊坊 065000）

1 智慧燃气在煤改气条件下的重要性以及必要性

随着城市化、工业化推进，我国煤炭消耗量巨大，使得大气污染问题日趋严峻。尤其是到了冬季，雾霾频袭，供暖期的煤炭燃烧以及散煤排污更是让天气状况雪上加霜。

2013年“大气十条”明确提出，“优化天然气使用方式，新增天然气应优先保障居民生活或用于替代燃煤”。2017年，环保部(现为生态环境部)联合京津冀豫鲁晋六地政府发文，将“2+26”城市列为北方地区冬季清洁取暖规划首批实施范围。受此影响，一场为了打赢蓝天保卫战的“煤改气”运动开始大范围进行推动。

2017 年煤改气的大范围推进造成了很多地方出现严重的气荒现象，而且随着城市燃气管线里程急剧增加。对于燃气的调控以及安全也随之越来越受到重视，如何统筹管理管网的运行状态以确保燃气安全到户，确保燃气合理调配成为燃气管理的主战场。

基于以上原因，利用现在成熟的物联网技术、大数据云计算技术、人工智能技术打造的智慧化燃气管理系统便成为燃气管理者对于燃气管网管理的核心。本文重点以SCADA系统为切入点探讨自动控制技术对于城市燃气管道安全以及效益方面的改进措施及具体建议。

2 城市燃气智能化特点以及城市燃气管理任务

2.1城市燃气自动化的特点

城市燃气管网分为三个压力等级，即高压、中压和低压。高压燃气用于长输不能直接入户使用，必须降低成低压才能给用户使用使用。而这种从高压降到低压的过程不能依靠自主降压来完成，需要通过一套完整的装置来实现，这种装置就称为燃气调压站或称为燃气减压站。而调压站的核心设备是调压器。燃气调压站根据其位置和压力等级，又分为城市门站、分输站、高压调压站、中压调压站、中低压调压站等。因此，不同于长输管网站场以过滤、分输、计量、调压为主要目的，城燃场站以调节压力为核心。因此对于压力的监控确保城市燃气安全的重中之重。

城市燃气智能化建设以企业现有的自动化、信息化平台为基础，对其进行扩容和改造，搭建智慧化安全管理平台，实现管网全方位远程数据监控、安全报警预警、安全应急指挥调度、安全业务管理、办公管理等内容。从而完成对于管网的智慧化管理以及运维。

2.2城市燃气的安全管理任务

城市燃气的重点是安全供气。实现安全供气，一部分是保障燃气管线重要设备及设施的安全，另一部分是保障燃气管网的运行安全。对于管网设备及设施的管理，常用的是设备管理系统以及地理信息系统。保障燃气管网中燃气的运行安全，目前最常用的方法是通过燃气管网的SCADA（监控和数据采集）系统来对管线进行管理。压力是城市燃气SCADA 系统监控的首要内容。同时由于城市燃气的下游就是燃气使用方，所以，计量流量也是城市燃气SCADA 系统监控的重要内容。因为调压站是燃气管网运行的核心，其运行状态即代表着燃气管网运行状态，因此，目前的燃气管网SCADA系统基本上是针对燃气调压站的监控来运行。除了压力、流量，燃气调压站的安全运行状态也是燃气SCADA监控的内容，运行状态参数包括气体温度、调压器的阀位、紧急切断阀状态、泄漏报警的状态、过滤器差压的状态等。

2.3 城市燃气智能化的特点及发展方向

燃气调压站智能化应用主要体现在远程监控、动态管理和安全高效三个方面。目前对于调压站自动化技术的主要的典型应用场景是：燃气调压站数据采集与报警、燃气调压站出口压力远程自动调节、燃气调压站流量远程自动调节和限制。

然而由于城市燃气沿线布设调压撬设备，对于调压箱中调压撬的压力检测也是城市燃气监控的重要方面。另一方面，井道密闭空间内，可燃气体浓度也是监控的一个重要参数。

要实现城市燃气智能化安全化应用还必须具备必要的应用条件，包括智能化应用远程监控平台、智能化应用通讯网络、智能化应用现场调节控制系统。

3燃气智能化在城市燃气SCADA系统的实现条件以及应用

3.1城市燃气智能化在SCADA系统中的实现条件

由于城市燃气压力低于长输管线且城市燃气的重要职能是调节压力，所以对于压力的监控范围主要集中在次高压，中压和低压上，相对于长输管线，压力变送器的量程区间范围更广。且部分调压撬由于控制简单且地理位置分散，所以布设远程控制系统成本较高，一般选择通过DTU实现远程传输压力数据。通过远程传递数据，既降低了巡检的次数，也可以实时获得数据参数，形成历史曲线，在用户用气时压力会下降，可以根据历史曲线图来观察判断用户用气特征以及管线安全状态，同时该项数据也是信息化与智能化数据材料的重要组成部分。

对于远程抄表更多的应用了4G、NB、lora等无线传输技术，在低功耗的同时达到了对于每个用户数据的及时统计上传，抄表数据除了用于和下游用户的结算外，应用数据分析技术以及人工智能技术，可以归纳用户的用气习惯，进而形成用气模型，对于用气量进行预测。同时，该数据还可以用于发现流量计的“死表”问题，因为下游用户的流量计多为涡轮流量计，涡轮流量计对于气体流量的敏感度小于超声流量计，由于其低廉的价格受到下游用户的青睐，但是也造成了上游和下游的输差，通过对压力、温度、流量进行智能分析，可以发现“死表”问题，对于经常出现“死表”现象的流量计可以及时更换，减少输气损失。

在管理上设定不同的管理职能，数据除了通过调控中心上位机软件实现显示以外，也可以在智能终端进行显示与报警。例如，将一些地点参数让某些权限的巡线员通过app访问，可以随时查看到该数据，这样，不仅降低了中心调度的工作量，同时也可以更及时的发现处理问题。对于更高权限的管理员，可以通过移动端app 查看整条管线的运行情况，方便管理与调度安排。同时，对于报警，系统可以通过发送短信以及微信的形式发送到具有该权限的管理员手机上。让管理员能第一时间了解到报警情况。

同时，随着物联网设备的增多以及智能终端的接入，让网络安全变得更加重要，现在常规的办法是通过增加工控防火墙等防护设备进行网络安全管理，国外已经有工程师通过区块链技术来对物联网进行加密管理，在可以预见的未来，区块链技术将更多的应用到物联网中。但是在国内，物联网加区块链技术仅是刚刚兴起，更不必说在场景下的应用。相信未来，随着科技的发展将有更多确保网络安全的方式会被应用到生产实际当中。

3.2 城市燃气智能化的应用实例

智能化在scada 系统中的应用主要表现为两个方面，一个方面是对于重要设备的控制上，另一个方面是对于数据的处理上。

首先，对于对重要设备的控制方面，传统调压撬的是通过PID实现压力以及流量调节的。PID算法通过预设比例参数、积分参数、微分参数来满足一定工况下的定量调节，优点是计算既简单，调节有效，缺点是：在管网工况和被控流量变化的情况下，需要用户调整控制参数。而智能调压撬可以通过不同工况下对调节参数的学习分析，及对所有工况进行分区分类，通过学习获得不同区间的最优参数，当调压撬位于某个区间时，动态改变调节参数，找到最佳参数，达到适应性强以及调节速度快且稳定的目的。

另一方面就是对于数据处理分析上，例如常规报警值为经验值或设计提供的上下限值，通过对于SCADA系统中的数据历史进行分析比对可以获得更加精确的报警值以及数据走势，对于异常状态可以提前预警。提高整个管网的运行安全性。对于整个管线所有数据而言，智能化可以实现数据的空间范围内的横向对比以及时间范围内的纵向分析，形成以时间和地理信息为基础的数据模型。并作为重要的信息参数保存以及展示。

管道SCADA系统智能化主要集中在算法优化、数据挖掘以及智能终端的应用三个反面。通过算法优化达到管道安全管理、高效管理的目的。通过数据挖掘，可以更好的利用已有数据来分析管网及设备状态。通过智能终端的接入，可以更加方便及快捷的查看重要数据，并且也是实现无人值守站的重要条件。