浅谈油气管道运输中的工艺设备与自动化控制

刘振宇

（大庆石化公司，黑龙江 大庆 163711）

油气管道的运输距离较长，运行环境更为恶劣。在油气管道上部需要安装脱水站、油水井、油库工艺设备。因这些设备种类复杂，功能多样，还应当在原有基础上配备自动化控制装置，发现与解决存在于油气管道运输设备中的故障问题，并对此设备进行自动化管控，确保油气运输工作能够始终处于安全高效的开展范围内。

1 油气管道运输特征

随着社会经济发展速度的不断加快，石油及天然气领域迎来了崭新发展机遇，在现有能源总体系中占据的地位进一步强化。石油及天然气能源具备显著的高压、高温特征，在实际运输期间还具备易燃、易爆、有害及有毒等风险因素，对油气管道运输工作提出了更高要求。由于相关工作人员没有严格遵照既定规范开展作业，故障隐患排查任务没有得到充分落实，导致油气管道运输期间的安全风险发生概率进一步提升，严重影响企业及社会综合效益，阻碍了油气行业的发展进程。

因此，为保障油气管道运输工作始终处于安全高效范围内开展，还需要加强运输期间的管控力度，最大限度消除各设备运行过程中的安全隐患，保障各设备平稳运行。油气运输实则就是天然气与石油的运输环节，天然气与石油性质特殊，管道运输较长，现有我国油气运输管道约10万公里，与多个海外国家相连，成为第五大运输形式。相较其他油气运输手段而言，利用管道运输油气的能源消耗量较低，能够适应各类复杂的地形地貌。但由于管道以及其他设备长时间处于恶劣环境下运行，极容易出现腐蚀问题，实际安全隐患较多，需要着重开展关于油气管道运输自动化系统的研发及推广工作，从根本上保障油气管道运输环节的安全性。

2 自动化控制技术在油气管道运输中的应用重要作用

2.1 提升各资源利用率

通过细致分析现阶段油气管道运输行业生产经营建设流程，发现因生产环境环节过于复杂，管道及其他附属设备管理仍需要做好定期巡检工作，对人力资源与物力资源的需求度更高。通过将重点开发自动化控制系统，能够有效控制工作人员强度，辅助工作人员对油气管道运输工艺及设备进行全面监测，及时发现与解决生产现场设备问题，确保生产设施能够始终处于高效安全的运行环境。当前信息技术更加完善，为自动化控制系统的运行提供了更加安全可靠的平台，进一步提升了人力与物力资源成本利用率，使油气管道运输期间的经济效益能够尽早实现最大化目标。

2.2 加快生产效率

通过将自动化控制技术应用在油气管道运输环节，还可以从根本上提高石油运输生产效率，确保设备运行故障问题能够得到及时发现与解决。同时，运用自动化管控技术，还可以将各类设备运行技术参数输送到计算机系统内部，运用自动化管控设备，对石油管道运输全过程进行结果。由于工作人员可以直接利用计算机设备输送指令，节省了较多不必要工作衔接，使石油管道运输工作效率能够得到根本提升。

2.3 增强系统可操作性能

在石油管道运输配合使用先进的自动化控制技术，还能够从根本上提高石油管道运输设备的可操作性能。具体而言，自动化控制技术的逻辑性较强，操作较为便捷。配合使用自动化控制系统中的诊断功能，能够及时发现存在于设备运行期间的异常问题，分析导致设备异常问题出现原因，并及时向运维人员汇报，降低了石油管道运输期间到安全事故发生概率。通过设立生产信息化管理系统，能够将系统获得的数据作为石油管道运输工程重大事项决策制定依据，综合评估生产工程阶段性成本效益，保障生产环节科学高效开展。

3 石油管道运输自动化管控方式

3.1 工艺设备特征分析

通过分析油气运输环节，对工艺设备运行特征进行细致判别，不断优化自动化管控系统功能。具体而言，油气运输管道系统内部包括输油干线、中间分输站、穿越站、油田集输管道。在油气运输管道系统内，各设备均肩负起重要的运行职责，并直接影响油气运输的安全性与可靠性。油气运输管道种类较多，不同管道适用的运行环境及运行要求不同。如油田集输管道主要用于输送石油，属于原油管道类型；长距离输送油气管道主要用于输送天然气，属于成品管道类型。

通常情况下，石油运输管道的运输距离较长、运输量巨大、管径多样且存储时间较长。天然气运输管道则为连续密封系统，要求在天然气运输期间必须始终处于带压状态。天然气运输管道故障发生时能够释放出的能量巨大，并伴有爆炸或明火现象，造成的经济损失巨大，因此，需要着重加强天然气管道安全管控力度。

3.2 油气管道运输事故成因

结合油气管道运输设备的运行特征以及油气管道运输安全事故案例，理清油气管道运输事故成因，并构建事故成因关系链，为后续设计自动化控制系统功能指明方向。导致油气管道运输事故的原因主要为管体缺陷与焊缝缺陷两大方面。其中，管体缺陷可表现为腐蚀缺陷、环境缺陷、制造缺陷以及施工缺陷。由于油气管道设备安装及后期运维过程中没有严格落实相关职责，导致管道结构极易出现腐蚀或开裂情况。焊缝缺陷可表现为气孔、裂缝、错边等情况。因在焊接期间，焊接工艺及焊接参数管控不当，导致油气运输管道运营寿命缩短，后期运维难度进一步增长。

3.3 选择自动化监测硬件

结合油气管道运输工程实施特征与实施过程中的安全管控要求，需要在设计自动化控制系统期间选择适宜的自动化监测硬件设备，并对自动化监测硬件设备进行科学部署。现有自动化监测系统主要包括传感器、微处理器等装置，结合油气管道运输特征，通过各类传感器获取油气管道运输期间的参数数值，为后续自动化控制程序以及控制参数的设定提供重要依据。不同种类传感器间肩负的运行职能不同，运行要求存在较大差异。如温度传感器需要保障其应用期间的适用性及灵活性，压力传感器需要具备温度补偿功能。流量传感器的计算精准度需保持在较高水平，并可实现集中控制目标。视频传感器需要在复杂环境下也能够保持光感细腻，获取更细致的影像资料。借助Tiny OS操作系统将自动化控制系统中的传感器与组件设备连接在一起。自动化控制程序设计初始阶段，还需要加入申请网络数据帧，并依照一定周期利用传感器采集油气运输数据。如果采集数据发生变化，还需将变化后的数据实时发送到射频模块。因传感器数据采集期间会受到环境及温度等因素影响，导致数据出现误差，使后续自动化控制效果与预期目标存在一定差距，因此，还应当选择合理方式对传感器信号进行科学处理。由于油气管道运输期间对数据的实质性要求较为严格，应当合理设计数据采集时间间隔，结合具体运输情况，对传感器的采集参数进行调试。

微处理器在自动化控制系统中是硬件构架的汇聚节点，肩负起数据存储与处理任务。在微处理器初始化时会进入发送模式，并向其他节点发送信号，接收来自不同传感器的数据帧。

在接收数据帧后，还需要对数据进行统一处理，通过串行口将数据发送到管理节点。微处理器需要在油气运输管道自动化控制系统中循环运行，直到数据采集任务终止。为有效控制自动化控制系统建设与运行成本，设计人员还可使用三边测量方式选择适宜的传感器位置，对传感器布置结构进行科学优化及部署。

3.4 油气运输自动化控制实现

通过选择出更合理的自动化监测硬件设备，配合使用PID控制原理设计油气管道运输自动化控制程序，从根本上保障油气管道运输工作的安全性与有序性。PID控制原理主要就是一种线型控制形式，需要由实际输出值与给定差值计算获得，配合使用比例、积分及微分运算计算出最终控制输出量。

在油气石油运输自动化控制程序设计期间，应当首先做好PID参数取值工作，结合油气运输自动化控制目标，对PID参数进行实时调整，最大限度满足油气运输安全管控要求。配合使用实验测试方式，对设计出的自动化控制系统进行闭环模拟运行，获取控制器响应数据，以曲线方式将数据直观展现出来，评估PID控制器性能影响，使PID自动化控制程序中的油气运输管道温度、压力、流量以及管壁应力等参数数值均符合油气运输实际要求。

4 自动化控制技术在油气管道运输工程中的应用

4.1 数据传输与采集

在油气管道运输工程实施过程中，管道运输期间的各项参数数值也可作为管道设备管控重要依据，因此，为从根本上提升油气管道运输监管力度，还是要做好数据采集与传输工作，相较传统油气管道运输工程电缆而言，自动化技术下的光纤信号传输稳定性更为显著，传输效率高，将光纤作为传统传输介质的代替已经成为油气管道运输工程自动化的重要发展趋势。光纤可从根本上提高油气管道运输工程电气自动化设备的智能化水平，使油气管道运输工程生产期间的数据利用率进一步增长。

为保障数据传输效果，加强自动化设备运营水平还需要借助高级智能终端及间隔层开展数据采集工作，着重关注程序接口标准化及软硬件产品中的数据交换，确保油气管道运输工程自动化生产期间的数据传输水平稳定提升。

4.2 在设备状态管控中的应用

通过在油气管道运输工程生产各设备中安装自动化系统，可以对设备运行状态进行全程化管控。如发现设备内存在异常状态，管控系统可以将数据分析结果直接反馈给监控系统中，确保油气管道运输工程生产内部运行正常区域能够与故障设备快速分割，保障油气管道运输工程生产能够始终处于正常高效的运行状态。

具体来说，应用自动化控制技术可加强管道泄漏预防力度，促进油气管道工程运输工作安全开展。研发并应用管道模拟仿真软件、GPS技术、可编程逻辑控制系统，对管道实际运行情况展开全面监测，及时发现存在于管道运行过程中的泄漏风险问题，并由此对油气运输管道展开专项运维，从根本上提升运维质量效率，控制管道运维成本。

4.3 在设备参数调整中的应用

配合使用功能完善的自动化化管控计算机设备，能够对油气管道运输工程生产内部及外部运行数据进行全面收集，以便能够切实反馈出油气管道运输工程生产内部各机组运行状态，对机组内部数据参数进行进一步控制。结合油气管道运输工程生产实际要求，设置自动化设备的开启关闭环节。确保油气管道运输工程生产设施能够依据设计好的技术参数，及时调节频率与电压，从根本上提升实际生产水平。

自动化技术进一步增强了油气管道运输工程电气自动化中的程序化水平，借助自动化化系统，将油气管道运输工程生产流程、实际操作方式及自动化技术等内容输入电气自动化计算机系统内，切实增强系统及设备流程管控水平，使油气管道运输工程设备始终处于长效平稳的运行状态。

5 结语

总而言之，通过将自动化控制技术应用在油气运输管道工程中，能够及时发现存在于油气运输设备期间的各类安全隐患问题，对设备运行参数进行自动化管控，切实保障油气运输设备高质高效运行。为充分发挥出自动化控制技术的应用重要性，还需要结合现有油气运输要求，不断优化自动化控制系统功能，最大限度缩短参数调节时间，为促进我国油气生产行业自动化、现代化发展奠定坚实技术基础。