張鵬

中石油中亞天然氣管道有限公司

隨著中國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，全社會能源消費(fèi)的低碳化趨勢日益明顯，天然氣作為一種清潔能源對改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型具有重要作用。我國相繼建設(shè)了陜京天然氣管道、澀寧蘭天然氣管道、忠武天然氣管道和西氣東輸天然氣管道、中緬天然氣管道、中亞天然氣管道等重點工程，天然氣骨干管網(wǎng)和部分區(qū)域性管網(wǎng)基本形成。借鑒國外天然氣管道在調(diào)控運(yùn)行、維護(hù)、搶修等方面的先進(jìn)管理經(jīng)驗，提高國內(nèi)天然氣管道的技術(shù)和管理水平，對保障國家能源安全至關(guān)重要。

1 我國天然氣管網(wǎng)現(xiàn)狀

以2004年西氣東輸一線和2010年西氣東輸二線投產(chǎn)為標(biāo)志，我國天然氣產(chǎn)業(yè)步入了發(fā)展快車道。截至2015年底，全國天然氣表觀消費(fèi)量達(dá)到1832億方，一次能源消費(fèi)占比超過5.7%，已建成天然氣管道超過9萬公里，占油氣管道總量的63.3%，逐漸形成連貫東西、覆蓋南北、聯(lián)通全國、連接海外的輸氣管網(wǎng)格局，實現(xiàn)了儲氣庫、LNG接收站、主干管道的聯(lián)通。天然氣管網(wǎng)的形成極大的促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

國內(nèi)天然氣管道行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，積累了豐富的工程建設(shè)和運(yùn)行管理經(jīng)驗，但在管理理念、標(biāo)準(zhǔn)體系、設(shè)計深度、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行等方面，同歐美先進(jìn)管道相比還存在一定差距�？刂扑�平、SCADA系統(tǒng)、安全可靠性、設(shè)備選型與維護(hù)、壓縮機(jī)組管理水平還有待進(jìn)一步提升。

1.1 控制水平方面

在 操 作 方 面 ，國外先進(jìn)管道自20世紀(jì)90年年代已逐步實現(xiàn)了站場的無人化和集中調(diào)控。無人站場通過仿真軟件模擬計算結(jié)果，對壓縮機(jī)站場進(jìn)行以出（進(jìn)）站壓力為控制點，以進(jìn)（出）站壓力和出站溫度為保護(hù)點的自動控制。對計量站實行流量控制為主、壓力控制為輔，對線路閥室實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的開關(guān)操作控制。通過全線的自動壓力控制，實現(xiàn)管存控制和能耗優(yōu)化，達(dá)到有效控制管輸成本的目的。相比之下，國內(nèi)還基本停留在調(diào)控中心指揮，站場就地操作為主的狀態(tài)。

在維護(hù)方面，國外先進(jìn)管道普遍采用區(qū)域維護(hù)中心的維護(hù)模式，一個區(qū)域維護(hù)中心配置15～18名維護(hù)人員，負(fù)責(zé)400公里左右的管道和站場運(yùn)行維護(hù)。壓氣站的日常的巡查和維護(hù)工作僅由少量人員執(zhí)行，周末和夜間完全實現(xiàn)無人化。而國內(nèi)的大部分站場不僅安排有調(diào)度人員7×24小時值班，還配備維護(hù)保養(yǎng)人員，同時還有區(qū)域維搶修中心和維搶修隊人員24小時值班待命，人工成本較國外高出很多。

在輔助系統(tǒng)及ESD系統(tǒng)方面，國外站場的輔助系統(tǒng)比較簡單且自動化程度較高。國內(nèi)站場因為要維持人員的長期生活需要，配置齊全，且對于空壓機(jī)、水處理與循環(huán)、消防輔助系統(tǒng)設(shè)計，通常以就地控制為主， SCADA系統(tǒng)僅進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，很多的流程切換和啟停都需要現(xiàn)場操作。其實，上述設(shè)備廠家都自帶PLC控制系統(tǒng)和本地控制面板，要求廠家按照“就地/遠(yuǎn)程”模式設(shè)計進(jìn)行設(shè)備控制邏輯編制，并預(yù)留遠(yuǎn)程控制命令接口即可。對于孤島式供配電系統(tǒng)設(shè)計，負(fù)荷波動的功率需求通常以人為判斷來控制發(fā)電機(jī)組啟停數(shù)量，在一定程度降低了站場自動化控制水平。通過對供配電系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化，增加發(fā)電機(jī)組預(yù)判斷功能邏輯，可實現(xiàn)孤島式電站根據(jù)負(fù)荷波動自動合理地調(diào)整發(fā)電機(jī)組運(yùn)行。此外，國內(nèi)管段部分站場的ESD系統(tǒng)控制邏輯分級劃分沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各管道ESD保護(hù)邏輯設(shè)計因設(shè)計理念不同、具體設(shè)計人員對概念理解程度不同，在同一條管道不同時期投產(chǎn)站場安全儀表設(shè)置、 ESD保護(hù)邏輯設(shè)計上也存在很多差異。如出口壓力過高是應(yīng)該緊急停車還是機(jī)組進(jìn)入怠速狀態(tài)，出口溫度超高是否應(yīng)觸發(fā)ESD保護(hù)，以及ESD系統(tǒng)分級及其各級別觸發(fā)條件，都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

以上問題的存在，導(dǎo)致我國管道整體的安全、可靠性較國外管道存在很大的差距，更由于高昂的人力成本，在百公里人員數(shù)量、人力成本支出等效率指標(biāo)上的差距更大。雖然我國管道自動化系統(tǒng)硬件與國外管道水平相近，自動化系統(tǒng)的施工技術(shù)水平也能夠滿足要求，但在設(shè)計理念、設(shè)計水平、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)理解和貫徹深度、設(shè)計評估方法、系統(tǒng)的優(yōu)化和整合、建設(shè)過程的組織和管理等方面還存在較大差距。例如：國外Enbridge管道在其《操作指導(dǎo)原則》等文件中明確指出，站場按照無人站設(shè)計，調(diào)控中心通過SCADA系統(tǒng)對站場進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 Q/SY202-2007《天然氣管道運(yùn)行于控制原則》，基本架構(gòu)參考了Enbirdege公司《操作指導(dǎo)原則》。我國近期建設(shè)的管道，遵循“有人值守，無人操作，遠(yuǎn)程控制”的原則，但對于遠(yuǎn)程控制理念的理解存在爭議，目前多數(shù)站場控制水平普遍處于遠(yuǎn)程單體控制的階段，機(jī)組啟停和站啟動關(guān)閉、流程切換等常用流程操作，還依賴站場人員就地操作或調(diào)度中心人員遠(yuǎn)程單體控制。而實現(xiàn)了無人站的管道調(diào)控中心，上述操作通常通過連鎖邏輯自動完成或調(diào)度人員以“一鍵式”命令自動執(zhí)行。參數(shù)調(diào)整和日常切換的自動化不僅提高了管道運(yùn)行效率，而且安全穩(wěn)定性較人工操作優(yōu)勢更為明顯。

1.2 SCADA系統(tǒng)方面

SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)主要有IEC、 IEEE和API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 IEC60870-5系列標(biāo)準(zhǔn)在上世紀(jì)90年代頒布，主要規(guī)定了RTU與智能儀表通信的一系列規(guī)約。 IEC60870-5系列標(biāo)準(zhǔn)主要用來規(guī)范SCADA系統(tǒng)控制中心的通信。 2005年IEC通過了61850系列標(biāo)準(zhǔn)，這一系列規(guī)約主要用來規(guī)范電力系統(tǒng)的自動化設(shè)計，是當(dāng)今最完善的自動化遠(yuǎn)控通信規(guī)約，但在長輸管道領(lǐng)域該規(guī)約的推廣執(zhí)行程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。隨著安全儀表理念推廣，安全儀表系統(tǒng)已成為SCADA系統(tǒng)不可或缺的部分，因此IEC-61508,61511標(biāo)準(zhǔn)已得到應(yīng)用并轉(zhuǎn)化為GB20438，GB21109。 IEEE在2008年更新發(fā)布了C37.1-2007標(biāo)準(zhǔn)《 SCADA系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)設(shè)計》，該標(biāo)準(zhǔn)也是基于電力系統(tǒng)，但對于指導(dǎo)設(shè)計管道SCADA系統(tǒng)也具有重要意義。 API代表國內(nèi)石油行業(yè)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，其涉及SCADA系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)共有4個，即API1164-2009《管道SCADA系統(tǒng)安全》、APIRP1113-2007《管道監(jiān)控中心設(shè)計與開發(fā)》、APIRP1165-2007《管道SCADA系統(tǒng)界面顯示推薦做法》和APIRP1130《液體管道計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)》。此外， ANSI Z53.1同實體危害標(biāo)志的安全顏色代碼（由 NEMA Z535.1 轉(zhuǎn)化）和ISA5.5-過程顯示的圖示符號的標(biāo)準(zhǔn)，也是SCADA系統(tǒng)HMI開發(fā)的重要標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)與SCADA系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，主要是SY/T6069、 SY/T0090、 SH/T3018、 SH/T3521、 SY/T4025等自動化儀表設(shè)計施工相關(guān)規(guī)范。但是對于SCADA系統(tǒng)HMI布局、報警功能劃分、數(shù)據(jù)完備性要求、 SCADA系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、與管道同步投產(chǎn)要求、管道干線截斷閥門功能設(shè)置等方面的標(biāo)準(zhǔn)，還是以各公司內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)體系為主，與國外先進(jìn)管道公司SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)相比還相對薄弱，全面性欠缺。

1.3 安全可靠性方面

1.3.1 管道投產(chǎn)內(nèi)檢測問題

在管道投產(chǎn)內(nèi)檢測方面，中外標(biāo)準(zhǔn)存在較大的差異性。我國《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》（ GB32167-2015）規(guī)定，新建管道在投用后3年完成完整性評價，《石油天然氣管道安全規(guī)程》（ SY 6186-2007）規(guī)定新建管道應(yīng)在投產(chǎn)后3年內(nèi)進(jìn)行首次檢測，以后根據(jù)檢驗報告和管道安全運(yùn)行狀況確定檢驗周期。美國《 2002年管道安全改進(jìn)法》（ H.R.3609）要求所有管道都必須每7年檢測一次。哈薩克斯坦對于運(yùn)行期的管道內(nèi)檢測沒有明確規(guī)定，但規(guī)定輸氣管道投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行內(nèi)檢測，并將內(nèi)檢測結(jié)果作為管道工程驗收依據(jù)。中亞管道哈國段在執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)時發(fā)現(xiàn)，雖然投產(chǎn)前開展內(nèi)檢測工作存在一些困難和風(fēng)險，如輸氣壓力、雜質(zhì)等，但通過檢測不僅可以判斷管道的施工質(zhì)量，而且能夠全面發(fā)現(xiàn)管道的缺陷，也便于在施工末期就能夠較快解決。因此，建議國內(nèi)天然氣管道參考哈國的標(biāo)準(zhǔn)，采用投產(chǎn)初期、驗收前的管道內(nèi)檢測標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 投產(chǎn)期間管道含水及雜質(zhì)問題

國內(nèi)天然氣管道投產(chǎn)初期曾多次發(fā)生嚴(yán)重的天然氣水合物造成管道“冰堵”，給管道尤其是冬季運(yùn)行生產(chǎn)帶來了極大困擾。根據(jù)ASME31.8 《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》中第841.42條和《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》 GB 50251--2003中第10.3.1 條對輸氣管道干燥的要求，歐美國家和我國都在執(zhí)行，且取得了良好效果�！豆�業(yè)金屬管道施工及驗收規(guī)范》（ GB 2050235-1997）、《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》（ GB50369-2006）對干燥劑干燥（甲醇、乙二醇、三甘醇），流動氣體干燥（干燥空氣法、氮?dú)夥ǎ�，真空干燥法都有詳�?xì)描述和要求，對于干燥后的檢驗，也有詳細(xì)規(guī)定。究其原因，是由于投產(chǎn)安排原因或者施工監(jiān)理不到位，使得施工工程中對于標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不嚴(yán)，管道往往沒有干燥或者干燥不徹底就投產(chǎn)，給后續(xù)的運(yùn)行帶來了較大影響。

1.3.3 設(shè)計能力偏差問題

國內(nèi)天然氣管道由于設(shè)計參數(shù)（初勘資料）取值等問題，造成管道及設(shè)備的實際能力與設(shè)計能力存在偏差，大部分情況下會對影響管道與設(shè)備的能力造成負(fù)面影響。

設(shè)計階段溫度取值偏低問題引起部分壓氣站夏季出站溫度較高，導(dǎo)致原設(shè)計空冷器能力不足，無法滿足設(shè)計出站溫度的要求，進(jìn)而引起下一個壓氣站進(jìn)站溫度過高的惡性連鎖反映。高溫問題造成輸氣效率低下、機(jī)組需求功增加，甚至產(chǎn)生壓縮機(jī)組進(jìn)入T3、 T48、 T455等控制模式而無法提速的運(yùn)行瓶頸。

壓氣站進(jìn)站壓力設(shè)計值偏高問題，造成在實際運(yùn)行時，由于氣源供氣壓力等問題無法達(dá)到該設(shè)計值，從而導(dǎo)致出站壓力無法達(dá)到設(shè)計值，造成下一站進(jìn)站壓力亦偏低，產(chǎn)生壓縮功增大，出站溫度升高等問題。在中外天然氣管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，均有關(guān)于設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)選擇及相關(guān)水力計算的要求，但由于標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，設(shè)計單位在天然氣管道系統(tǒng)的設(shè)計中，出現(xiàn)采用錯誤或不恰當(dāng)?shù)幕�礎(chǔ)數(shù)據(jù)而導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果出現(xiàn)偏差。

1.3.4 旁通管線設(shè)計問題

國內(nèi)天然氣管道跨接線及干線階段閥室設(shè)置的旁通管線及旁通閥門存在尺寸偏小問題。如某管道干線DN800跨接線主閥旁通采用DN50閥門，開啟后兩端壓力并無明顯變化，無法起到在線平壓的作用。 DN1000干線截斷閥室和DN1219進(jìn)出站管線的旁通設(shè)置為DN300，可在90%管道負(fù)荷下發(fā)現(xiàn)，全開所有旁通閥后，經(jīng)過長時間的平壓，閥室上下游仍存在0.5～0.8MPa的壓差，此時未達(dá)到干線閥低壓差的開啟條件。究其原因，主要由于旁通閥組中的節(jié)流截止放空閥通徑不足，致使DN300的旁通管線只能起到DN200的效果�！遁敋夤艿拦こ淘O(shè)計規(guī)范》（ GB50251-2015）并無旁通閥的設(shè)計要求，故該問題的發(fā)生屬于標(biāo)準(zhǔn)缺失造成。應(yīng)完善此標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于旁通閥的內(nèi)容，并在管道設(shè)計時，進(jìn)行此類事件的模擬仿真，觀察并驗證設(shè)計的合理性。

1.4 設(shè)備選型與維護(hù)方面

1.4.1 設(shè)備多樣性問題

國內(nèi)天然氣管道安裝的設(shè)備種類多、廠家多、數(shù)量大，由于在設(shè)計采購期間的選型標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致現(xiàn)場使用的同類設(shè)備有多個廠家供貨，同類設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及相關(guān)技術(shù)要求存在一定差異，同一廠家設(shè)備不同批次產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不一致。設(shè)備選型的多樣性和設(shè)備設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致設(shè)備管理、備件采購、售后服務(wù)、外委服務(wù)難度加大，大批量儲備備件造成庫存資金偏高，周轉(zhuǎn)率降低，周轉(zhuǎn)周期變長，直接增加了設(shè)備管理的成本。目前天然氣與管道分公司對于站場工藝系統(tǒng)設(shè)計和各類設(shè)備采購的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已制定規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)文件（ CDP），主要項目在建設(shè)期的設(shè)備采購中均使用這套文件。但是CDP文件規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)均為指導(dǎo)性和原則性要求，執(zhí)行起來存在一定的差異性，現(xiàn)行的企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不能完全指導(dǎo)設(shè)備選型，無法全面提出管道設(shè)備選型的具體需求。

1.4.2 設(shè)備選型問題

國內(nèi)空壓機(jī)選型問題，在夏季溫度過高的現(xiàn)場若采用含油機(jī)，則其冷卻器的換熱效率降低，造成壓縮空氣中油含量超高，會導(dǎo)致大量油滴在各類正壓通風(fēng)控制柜內(nèi)、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)儀表氣管路內(nèi)凝結(jié)�？刂乒駜�(nèi)的油霧對各類控制模塊、電子元件壽命及安全產(chǎn)生很大影響。而且含油機(jī)與無油機(jī)相較，雖然采購成本較低，是無油機(jī)成本的一半（以阿特拉斯為例，含有機(jī)32萬，無油機(jī)60萬），但后期維護(hù)工作量較大，維護(hù)費(fèi)用成本遠(yuǎn)高于無油機(jī)（含油機(jī)20000h內(nèi)保養(yǎng)大修費(fèi)用合計15萬，無油機(jī)全生命周期免維護(hù)，只需視情況更換油濾、汽濾，20000h內(nèi)維護(hù)費(fèi)用不到3萬），根據(jù)《 ISO 8573-1ed 2010壓縮空氣》對壓縮空氣等級的評定，含油機(jī)的壓縮空氣含油量能達(dá)到0.01㎎/m3，為Class1級,能實現(xiàn)技術(shù)性無油，但仍會對電子元件產(chǎn)生嚴(yán)重影響，且在《 HG/T20510-2000儀表供氣設(shè)計規(guī)定》 2.0.4規(guī)定：在儀表氣源裝置設(shè)計中，宜選用無油潤滑式空壓機(jī)，但這只是推薦條款，不是強(qiáng)制推行。因此，盡管標(biāo)準(zhǔn)對于壓縮空氣有明確的要求，但在執(zhí)行中因為標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，未能考慮含油機(jī)的不可靠性，導(dǎo)致在天然氣管道設(shè)計期間大量采用含油機(jī)而造成實際的問題。針對壓氣站所用壓縮空氣對無油及空氣質(zhì)量的更高要求，應(yīng)該建立壓氣站空壓機(jī)選型標(biāo)準(zhǔn)，明確采用無油機(jī)，壓縮空氣的品質(zhì)要達(dá)到Class0級。

國內(nèi)管道部分站場發(fā)電機(jī)功率選型過大，需要開啟假負(fù)載方可運(yùn)行，致使假負(fù)載成為壓氣站的“標(biāo)配”。針對壓縮機(jī)選型問題，我國部分站場的壓縮機(jī)因為選型過大或過小，導(dǎo)致在非設(shè)計輸量臺階下壓縮機(jī)效率偏低。這兩種情況無疑造成了管道自耗的增加，其原因均為設(shè)備選型不合理導(dǎo)致的運(yùn)行效率低下。本文認(rèn)為，設(shè)計初期需確認(rèn)站場的用電負(fù)荷，并合理選擇發(fā)電機(jī)功率。在無法確定用電負(fù)荷和管道輸氣臺階時，可配置大小壓縮機(jī)組和大小發(fā)電機(jī)組以解決此問題。若合理配置大小機(jī)組，不僅能使正常生產(chǎn)變得更加穩(wěn)定、高效，還能節(jié)約設(shè)備采購費(fèi)用。但是《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（ GB50251-2015）中并未明確，且在實際設(shè)計過程中出現(xiàn)的用電負(fù)荷評估不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，又可理解為對標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位。應(yīng)進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，并進(jìn)行設(shè)計回訪，確認(rèn)典型管道和壓氣站的用電負(fù)荷和數(shù)量臺階。

1.4.3 設(shè)備維護(hù)問題

國內(nèi)天然氣管道尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對關(guān)鍵設(shè)備提出預(yù)防性維修的要求，致使大量的維修都發(fā)生在設(shè)備故障狀態(tài)下，導(dǎo)致設(shè)備可靠性較低、維護(hù)成本偏高。如壓縮機(jī)的干氣密封預(yù)防性維護(hù)問題，根據(jù)美國API614-2008《專用潤滑、軸密封和控制油系統(tǒng)規(guī)定》，動設(shè)備（包含軸流式）機(jī)械密封連續(xù)工作滿足5年后應(yīng)進(jìn)行維修；我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB11289-2012 規(guī)定，干氣密封使用2年后應(yīng)進(jìn)行維修。根據(jù)干氣密封廠家BURGEMAN技術(shù)手冊要求，運(yùn)行5年后需要對主要密封部件進(jìn)行維修。國內(nèi)管道管理由于標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，大部分都是采用事后更換，未對干氣密封采用預(yù)防性維護(hù)而造成系統(tǒng)損壞。干氣密封整體購買價格是維修價格的10倍，若其損壞不僅會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，同時也降低了機(jī)組的可靠性與可用率穩(wěn)定性。目前西氣東輸、中亞管道等公司已經(jīng)推行在機(jī)組中修時對干氣密封進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。

1.5 壓縮機(jī)組方面

1.5.1 壓縮機(jī)組測試不規(guī)范問題

國內(nèi)天然氣管道在機(jī)組投產(chǎn)前測試階段，存在測試項目不全、測試內(nèi)容和測試順序不規(guī)范等情況，導(dǎo)致壓縮機(jī)性能曲線未標(biāo)定，出廠性能曲線與實際偏差較大，甚至部分壓縮機(jī)組不具備負(fù)荷分配功能。產(chǎn)生上述問題的原因有兩點，其一是標(biāo)準(zhǔn)全面性的問題，國際主流壓縮機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)API617、API616、 API614、 API670只是規(guī)定了機(jī)組出廠時應(yīng)進(jìn)行的測試規(guī)范，并沒有規(guī)定機(jī)組在現(xiàn)場安裝后應(yīng)進(jìn)行的投產(chǎn)測試�，F(xiàn)場機(jī)組投產(chǎn)測試大多根據(jù)廠家內(nèi)部資料進(jìn)行，業(yè)主方對其約束力有限。 2015年8月，管道建設(shè)項目經(jīng)理部聯(lián)合工程建設(shè)公司、西氣東輸、西部管道以及北京管道公司發(fā)布了《天然氣管道壓縮機(jī)組技術(shù)規(guī)范》（ Q/SY 1774.1-2015），對壓縮機(jī)組現(xiàn)場安裝、單體調(diào)試完成后應(yīng)進(jìn)行的測試進(jìn)行規(guī)范，這其中包含機(jī)組24小時機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)測試、實際喘振線測試、機(jī)組近似性能測試、 72小時負(fù)荷測試、機(jī)組切換和負(fù)荷分配測試的要求。其中機(jī)組72小時測試應(yīng)進(jìn)行性能測試與壓力控制測試。其二是標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不嚴(yán)格，根據(jù)API RP11PGT成套式燃汽渦輪機(jī)要求，生產(chǎn)商提供的相關(guān)技術(shù)資料的準(zhǔn)確性應(yīng)至少滿足機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行5年的需求。但實際生產(chǎn)運(yùn)行中，壓縮機(jī)組出廠性能曲線與實際偏差較大，對模擬仿真精度及優(yōu)化運(yùn)行效果造成較大影響。為解決上述問題，企業(yè)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際需求，不斷完善內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的管理，在相關(guān)合同和承包商管理規(guī)定中明確標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行要求及相應(yīng)懲罰措施并有效監(jiān)督執(zhí)行。

1.5.2 壓縮機(jī)組數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳問題

天然氣管道壓縮機(jī)組具有分布廣泛、數(shù)量眾多的特點，機(jī)組運(yùn)行維護(hù)采用人工現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，費(fèi)時費(fèi)力，成本高。事后故障排查滯后，給用戶帶來不便和經(jīng)濟(jì)損失。 2015年北京管道、西氣東輸、西部管道、西南管道公司等將近百余臺壓縮機(jī)組通過中石油光通信網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至位于河北廊坊的中國石油壓縮機(jī)組維檢修中心統(tǒng)一監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了壓縮機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷。中亞天然氣管道公司也通過與GE公司CSA合同的方式，搭建了RM&D監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了壓縮機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷。目前國內(nèi)大多數(shù)管道公司的機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷均是通過后期改造實現(xiàn)的，不利于公司信息化的統(tǒng)一規(guī)劃，也造成了資金浪費(fèi)。世界先進(jìn)水平管道的機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控大多是同站場機(jī)組投產(chǎn)同步進(jìn)行的。根據(jù)ISO 3977-3 2008燃?xì)廨啓C(jī)采購設(shè)計要求6.14中的規(guī)定，成套商應(yīng)按照業(yè)主要求，提供利用遠(yuǎn)程通信的支持服務(wù)，以利用專家診斷知識，幫助識別燃機(jī)以及控制系統(tǒng)故障。目前我國大部分管道，由于前期運(yùn)行理念不足及對標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，未購買廠家的遠(yuǎn)程支持服務(wù)，廠家技術(shù)支持采取長服、開口合同等形式獲得，導(dǎo)致現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)形成孤島，未實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和診斷，造成了資源浪費(fèi)。

2 我國天然氣管道與世界先進(jìn)水平的差距分析

針對以上差距和問題，本文著重從“理念差距”和“標(biāo)準(zhǔn)差距”兩方面進(jìn)行具體分析：

2.1 理念差距

世界先進(jìn)水平管道的核心理念是“安全、可靠/有效、效率”。“安全”是指必須遵循人員保護(hù)、環(huán)境保護(hù)、資產(chǎn)保護(hù)的順序；“可靠/有效”是指通過對系統(tǒng)和工藝的改進(jìn)，提高管道系統(tǒng)正常運(yùn)行時間，提高系統(tǒng)有效性和可靠性；“效率”是指在設(shè)計、運(yùn)行維護(hù)過程中應(yīng)注重提高管道運(yùn)行效率。國內(nèi)管道在自動化系統(tǒng)硬件方面與國外管道水平相近，但在控制水平上僅處于遠(yuǎn)程單體設(shè)備操作階段，無法通過連鎖邏輯實現(xiàn)無人操作，這表明管道管理理念仍處于以人為主、自控為輔的階段，對自控水平缺乏信心進(jìn)而更加傾向于人為操作，無疑增大了人員安全的風(fēng)險，也大大降低了設(shè)備設(shè)施的安全可靠性及運(yùn)行效率，增加了運(yùn)行成本。國內(nèi)采用的部分壓縮機(jī)機(jī)組不具備單獨(dú)的燃料氣和工藝氣計量，無法精確地監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行效率及能耗，這也體現(xiàn)了“效率”理念的差距。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)差距

和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)相比較，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在“先進(jìn)性、全面性、系統(tǒng)性、實用性”方面也存在一定差距，標(biāo)準(zhǔn)缺失、內(nèi)容不完善、操作性差等問題較為突出。

在標(biāo)準(zhǔn)體系制定方面，行政規(guī)章和文件干預(yù)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行和落實，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)缺乏實用性、權(quán)威性和穩(wěn)定性；采用國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的比例偏低，參與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的力度不夠。而歐美國家油氣管道標(biāo)準(zhǔn)體系屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)體系，包括國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從各行業(yè)、專業(yè)學(xué)會中選擇較成熟的、對全國具有普遍重要意義的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)審核后上升為國家標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的“全面性”和“系統(tǒng)性”。在美國推行民間標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先的政策，由標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會組織、政府部門、生產(chǎn)者、用戶、消費(fèi)者和學(xué)者參與協(xié)商，共同制定標(biāo)準(zhǔn)，因此制定出的標(biāo)準(zhǔn)具有較高的“先進(jìn)性”和“實用性”。建立了現(xiàn)代化的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)體系，利用高新技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)使標(biāo)準(zhǔn)信息能夠及時、準(zhǔn)確、有效地傳播給用戶，標(biāo)準(zhǔn)出版、發(fā)行培訓(xùn)、咨詢、服務(wù)一體化，實行全方位、系統(tǒng)化的服務(wù)。

在標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行方面，國內(nèi)普遍存在“重經(jīng)驗、輕標(biāo)準(zhǔn)”，未能嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。比如壓縮機(jī)組投產(chǎn)前測試階段存在的測試內(nèi)容及順序不全、不規(guī)范，壓縮機(jī)輔助設(shè)施維修、檢定不及時等問題，都暴露了對待標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的粗放和隨意。歐美國家油氣管道行業(yè)有完善的執(zhí)法體系，對項目標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行有嚴(yán)格的監(jiān)控程序，同時員工有較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行意識。

3 我國天然氣管道未來發(fā)展方向

通過以上分析，未來國內(nèi)天然氣管道應(yīng)努力提高“操作、維護(hù)、搶修、信息化”四個方面的現(xiàn)代化水平。

3.1 提高自動化操作水平

3.1.1 操作方面

（ 1）實現(xiàn)由調(diào)控中心統(tǒng)一對站場進(jìn)行操作。將站場作為統(tǒng)一的單元，由調(diào)控中心遠(yuǎn)程設(shè)定在具體控制模式下（進(jìn)站壓力、出站壓力、流量）的控制值，壓氣站內(nèi)部系統(tǒng)在設(shè)備可靠的前提下通過連鎖邏輯實現(xiàn)自動切換。

（ 2）各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)實現(xiàn)有機(jī)整合。以規(guī)范的模式在SCADA系統(tǒng)HMI界面中體現(xiàn)，全面有效地展示現(xiàn)場各系統(tǒng)運(yùn)行情況，為調(diào)控中心人員對現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況及操作提供支持。

（ 3）實現(xiàn)SCADA、 PIS、 EAM系統(tǒng)有機(jī)融合。調(diào)控中心人員對現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有效掌控，設(shè)備維修及維護(hù)工作單自動流轉(zhuǎn)。

（ 4）實現(xiàn)壓氣站及管道運(yùn)行的可視化、數(shù)字化，通過開發(fā)智能化的運(yùn)行分析模塊將管道運(yùn)行狀態(tài)以量化的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)于調(diào)控中心，并輔以智能報警功能，便于調(diào)度人員及時有效地掌握管道運(yùn)行狀態(tài)，提高遠(yuǎn)程控制的可靠性。

3.1.2 優(yōu)化運(yùn)行方面

（ 1）運(yùn)用在線模擬仿真系統(tǒng)對全線水力系統(tǒng)進(jìn)行時時測算，通過與SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)通，保證模擬仿真數(shù)據(jù)時時更新，并以安全、優(yōu)化控制指標(biāo)為邊界條件開發(fā)在線仿真系統(tǒng)智能預(yù)測計算模塊，實現(xiàn)對未來管道運(yùn)行工況變化的瞬態(tài)預(yù)測及最優(yōu)調(diào)整方案的智能計算，保證調(diào)控中心控制參數(shù)（進(jìn)站壓力、出站壓力、流量）實時優(yōu)化，能耗指標(biāo)時時受控。

（ 2）在壓力控制模式下全線機(jī)組負(fù)荷自動調(diào)整，進(jìn)而實現(xiàn)最優(yōu)管存量和最優(yōu)管存位置的控制，在管道運(yùn)行穩(wěn)定高效的同時，避免全線水力系統(tǒng)在頻繁瞬態(tài)變化的情況下對管段及設(shè)備產(chǎn)生金屬疲勞。

3.2 科學(xué)高效的管理模式

國內(nèi)對于工藝設(shè)備的維護(hù)管理還局限于傳統(tǒng)的定期維保模式，定期潤滑、定期更換、定期報廢和定期恢復(fù)的維保策略，付出了較大的成本代價，但設(shè)備的可靠性并未顯著提升�；�于風(fēng)險管理理念對設(shè)備分類管理成為發(fā)展趨勢，國內(nèi)針對站場設(shè)施的風(fēng)險評價技術(shù)與國外相比起步較晚，且評價技術(shù)和理論主要以借鑒國外同行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為主。研究主要集中在以可靠性為中心的維修（ RCM）和基于風(fēng)險的檢驗（ RBI）方向，目前尚未形成統(tǒng)一的站場完整性管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。接軌世界先進(jìn)水平管道公司，要由粗放型管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，將先進(jìn)的管理理念與管理技術(shù)融入設(shè)備信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)以流程單元及設(shè)備可維修維護(hù)部件為對象的精細(xì)化管理，積累大量真實有效的可靠性數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工藝設(shè)備維護(hù)維修決策的科學(xué)化、合理化。將傳統(tǒng)的被動檢修轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動的預(yù)防性維修，確保在設(shè)備的最大生命周期內(nèi)，以最小成本保持最優(yōu)生產(chǎn)能力。

管道管理采用管道完整性管理模式，以量化風(fēng)險評價為基礎(chǔ)，提升管道本質(zhì)安全管理，實現(xiàn)管道安全風(fēng)險與運(yùn)營效益的平衡。通過管道實時監(jiān)測和材料應(yīng)力檢測，實現(xiàn)缺陷管理向管道應(yīng)力管理轉(zhuǎn)變，通過ICT技術(shù)和管道大數(shù)據(jù)集成，實時收集管道各個狀態(tài)數(shù)據(jù)并實時給出管道風(fēng)險數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時管道完整性管理。

3.3 快速有效的應(yīng)急搶修模式

隨 著 輸 油 氣 管 道 逐 步 向 大 口 徑 、 高 鋼級和高壓力方向發(fā)展，在管道綜合應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)用方面，應(yīng)通過利用4G、 3D、 ICT、SCADA、 GIS、模擬仿真技術(shù)，集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、應(yīng)急資源、 GIS信息和管道完整性，建立管道綜合應(yīng)急指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)快速的應(yīng)急指揮和運(yùn)行調(diào)整。在綜合應(yīng)急能力方面，管道搶修將逐步向企業(yè)間聯(lián)合、政企聯(lián)合的管道應(yīng)急方式轉(zhuǎn)變，協(xié)調(diào)各方資源，迅速調(diào)度人員、設(shè)備、物資進(jìn)行搶修支援，提高管道搶修能力。在搶修技術(shù)方面，智能自行清管器技術(shù)和管道內(nèi)部通訊定位技術(shù)，大口徑管道內(nèi)部不停輸智能封堵技術(shù)將取代開孔封堵技術(shù)，高強(qiáng)度復(fù)合材料是實現(xiàn)管道快速搶修的必然選擇。

3.4 傳統(tǒng)管理向信息化管理轉(zhuǎn)變

目前管道建設(shè)普遍實現(xiàn)了SCADA系統(tǒng)、工業(yè)電視等系統(tǒng)的有效應(yīng)用，實現(xiàn)了管道生產(chǎn)管理自動化檢測、處理與控制�！� ICT”（信息與通信技術(shù)）的最大優(yōu)勢在于對數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、共享和管理的能力。今后要進(jìn)一步加強(qiáng)管道與ICT技術(shù)的結(jié)合，充分利用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成技術(shù)，將SCADA平臺、通信網(wǎng)管、安防系統(tǒng)、管道完整性、管道地理信息與應(yīng)急指揮等多業(yè)務(wù)進(jìn)行融合，形成體系、網(wǎng)絡(luò)、平臺、數(shù)據(jù)、指揮、標(biāo)準(zhǔn)“六統(tǒng)一”的智慧管道平臺，為實現(xiàn)管道風(fēng)險識別與判斷、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)、管道優(yōu)化運(yùn)行等核心目標(biāo)提供強(qiáng)大的信息化支持。

（作者：張鵬，中石油中亞天然氣管道有限公司副總工程師，博士，高級工程師）

《管道保護(hù)》2016年第3期（總第28期）