李國海 董秀娟

北京天然氣管道公司

當前中外管道運營企業(yè)均利用SCADA系統(tǒng)控制管道的運行，如何利用SCADA系統(tǒng)使管道按照調控中心的遠程控制指令運行，有效代替現場操作人員，自動完成預設的控制邏輯目標，是實現站場無人值守、自動運行、遠程控制的關鍵。

1 中外天然氣管道運行管理對比

北京天然氣管道公司通過多年和北美管道運營企業(yè)持續(xù)開展對標交流活動，與國際專業(yè)評估機構進行合作，并對Enbridge、Alliance、 TransCanada和Vector等管道不同類型的站場及調控中心進行實地考察，初步得出以下結論：

（ 1）建設運行標準一致我國天然氣管道發(fā)展較晚，管道建設運行所遵循的主要設計

標準均來源于國外相應標準，主要依據是一致的（見表1）。

（ 2）運行管理模式差異明顯北美天然氣管道站場運行均由調控中心控制，站場以無人值守站為主，采用站場自動控制和調控中心遠控。管道沿線按區(qū)域設置有運行維護機構及極少量維護人員，主要負責所轄區(qū)域內站場、管線的現場維護管理。管道維搶修、大型設備維檢修、專業(yè)化維檢修等主要依托第三方服務商，甚至管道運行也可委托相關調控中心負責，通過合同管理保障管道的運營和應急處置。

國內天然氣管道運行由調控中心監(jiān)視或控制，站場以有人值守站為主，采用站場遠程操作、部分自動控制及調控中心遠程監(jiān)控。管道沿線按省域設置管理處，負責區(qū)域內管道、站場的現場運行管理，另設有專門的維搶修隊伍和巡線、看護人員。站場24 守，負責站場生產操作和日常運行管理。站場設備日常維護、維修主要依托管理處或維修隊，重大設備維護主要依托廠家或第三方服務商。

國內天然氣管道缺乏總體的、目標明確的、可操作性強的運行控制原則，標準執(zhí)行分散，管道建設設計、設備采購與運行管理脫節(jié)，缺乏管道全生命周期運行整體需求及分析。兩者差異對比見表2。

2 天然氣管道遠程自動控制功能分析

通過SCADA系統(tǒng)可以實現管道運行參數監(jiān)視、站場運行過程控制、報警響應、應急安全保護控制、數據處理與存儲、運行工況模擬及預測、輸差平衡與負荷預測等功能。但受社會環(huán)境、經濟條件、勞動力成本、技術進步程度的影響，目前SCADA系統(tǒng)的遠控模式有兩種。

（ 1）基于站場自動邏輯控制的遠程控制模式。中心調度員只對站場宏觀功能進行遠程操作控制，操作強度低，適用于大型管道及管網的遠控運行。

（ 2）基于人工遠程操作控制的遠程控制模式。中心調度員可對站場單體設備進行遠程操作控制，操作強度大，適用于單一小型管道的遠控運行。

對比分析發(fā)現，基于站場自動邏輯控制的遠程控制是建立在站場安全運行的前提下，在站場自動控制的基礎上，實現調控中心遠程宏觀操作控制。通過優(yōu)化SCADA系統(tǒng)遠程自動控制功能，可有效提高遠程監(jiān)控管理的有效性和可靠性，降低人為原因產生的不確定性或不安全因素，提高管道的運行效率和可靠性，進而降低管線的運行成本。通過總結長期以來的經驗，我們得出典型SCADA系統(tǒng)控制功能(見表3)。

3 人員可靠性分析

管道運行管理離不開人的參與，參照美國化工過程安全中心（ CCPS）提供的失效數據(如表4所示)， 1名經過良好培訓的操作工，在正常情況下的操作失誤率遠遠高于各類設備、控制系統(tǒng)的失效概率。

受技術條件限制，早期天然氣管道的運行操作主要基于人工操作。由于人具有較大的可塑性和不確定性，隨著環(huán)境條件的改變、操作難度的增加、心理壓力的變化，現場較多的表現出不能及時準確判斷報警和故障、精神怠慢、操作動作不正確、習慣性思維動作等極易發(fā)生人因失誤的問題，人因事故已成為管道最主要的事故原因之一。因此，加強人的可靠性分析，重視操作人員技能培訓、壓力培養(yǎng)及操作替代是現代管道企業(yè)亟需解決的問題。

4 天然氣管道站場建設運行管理的實踐

通過開展國際交流對標活動，促進了思想的解放和理念的更新。北京天然氣管道公司制定了針對整條管道的、標準化的、可以廣泛接受的《管道運行控制原則》，使公司在管道建設、運行、維護等各階段活動都遵循統(tǒng)一的原則；規(guī)定了所有活動均應本著“以人為本”的原則，按照規(guī)定的順序執(zhí)行“安全、可靠/有效、效率”的要求。

（ 1）專業(yè)的科學評估促進了管理水平的提升通過開展HAZOP分析活動，對發(fā)生的問題進行重點分析解剖。解決并完善了站場放空系統(tǒng)氣體回竄、站場及閥室開放性泄漏檢測及保護、壓縮機組開放維修能源隔離、干線上檢測點開口數量過多、干線側接口泄漏、站場高/低壓分界及超壓保護、管道的持續(xù)供氣保障、壓力監(jiān)控系統(tǒng)多回路壓力/流量平衡控制、閥室儀表沉降、站場遠程控制等多方面問題。

通過開展QRA分析活動，明確了不同類型站場個人風險和社會風險的可接受范圍。利用CFD技術對已發(fā)生事件后果進行符合性模擬分析，驗證QRA分析結果的可用性。推進現場運行管理從依靠人操作到依靠技術手段控制的理念轉變，嚴格限制在風險不可接受區(qū)域內的人員活動、減少或取消在風險區(qū)域內的長期人員活動。如封閉控制室窗戶、搬遷控制室、取消站內人員住宿，直至無人值守。

通過開展SIL評估活動，對照IEC 61508、 IEC61511標準識別站場安全功能回路，確定對應的SIL等級，查找不符合問題。針對系統(tǒng)安全可靠性和可用性的平衡問題，制定出統(tǒng)一的ESD分級控制和緊急控制功能（見表5），并提出了明確的功能安全管理和全生命周期管理的概念和要求。

（ 2）完善的企業(yè)標準推動了遠程控制技術的實現結合國內社會環(huán)境特點，總結多年的實踐經驗，公司明確提出了站場建設、運行及控制的目標——“有人值守、無人操作、遠程控制”，以公司技術手冊對設計和建設提出了統(tǒng)一的、標準的技術要求（見表6）。

結合遠程控制需求，分析、優(yōu)化了工藝流程設計，統(tǒng)一了設備選型、安裝，規(guī)范了自動控制邏輯及功能，使其滿足控制原則規(guī)定的自動控制和遠程控制要求。同時簡化輔助系統(tǒng)，無人值守站取消站內職工宿舍、食堂、燃料氣供應、鍋爐房、會議室、分類辦公室等功能,要求站場建設均應實現站場自動邏輯控制和調控中心遠程控制，站場保留現場看護人員，職能由操作運行逐步向運行維護轉變。

（ 3）輔助的配套管理提高了系統(tǒng)維護的時效性為解決無人值守站遠控條件下的維護響應問題，建立了公司遠程維護系統(tǒng)，利用公司內部網絡為維護工程師提供在線遠程技術服務工具，用于實時發(fā)布報警短信、在線遠程瀏覽、控制系統(tǒng)及設備遠程診斷，提高了系統(tǒng)維護的時效性（見圖1）。

實行報警分級管理，分別對應火災、泄漏、供氣中斷、局部功能喪失、設備故障等5個報警級別，提高報警效率。

5 結束語

目前國內天然氣管道站場從技術上已具備無人值守的條件。應進一步建立明確的運行控制目標，配套科學的評估手段及切實可行的管道全生命周期管理，提高管道建設和設備質量，強化人員技能培訓，克服管理理念、標準化、設計水平、社會環(huán)境和現場設備可靠性等制約因素，充分利用調控中心遠控，以推進天然氣管道無人值守站的建設。

（作者：李國海，北京天然氣管道公司生產運行處副處長，大學本科，高級工程師。）

《管道保護》2016年第3期（總第28期）