李國海 董秀娟

北京天然氣管道公司

當(dāng)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(diào)控中心的遠(yuǎn)程控制指令運行，有效代替現(xiàn)場操作人員，自動完成預(yù)設(shè)的控制邏輯目標(biāo)，是實現(xiàn)站場無人值守、自動運行、遠(yuǎn)程控制的關(guān)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(biāo)交流活動，與國際專業(yè)評估機構(gòu)進(jìn)行合作，并對Enbridge、Alliance、 TransCanada和Vector等管道不同類型的站場及調(diào)控中心進(jìn)行實地考察，初步得出以下結(jié)論：

（ 1）建設(shè)運行標(biāo)準(zhǔn)一致我國天然氣管道發(fā)展較晚，管道建設(shè)運行所遵循的主要設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)均來源于國外相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，主要依據(jù)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(diào)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(diào)控中心遠(yuǎn)控。管道沿線按區(qū)域設(shè)置有運行維護(hù)機構(gòu)及極少量維護(hù)人員，主要負(fù)責(zé)所轄區(qū)域內(nèi)站場、管線的現(xiàn)場維護(hù)管理。管道維搶修、大型設(shè)備維檢修、專業(yè)化維檢修等主要依托第三方服務(wù)商，甚至管道運行也可委托相關(guān)調(diào)控中心負(fù)責(zé)，通過合同管理保障管道的運營和應(yīng)急處置。

國內(nèi)天然氣管道運行由調(diào)控中心監(jiān)視或控制，站場以有人值守站為主，采用站場遠(yuǎn)程操作、部分自動控制及調(diào)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。管道沿線按省域設(shè)置管理處，負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)管道、站場的現(xiàn)場運行管理，另設(shè)有專門的維搶修隊伍和巡線、看護(hù)人員。站場24 守，負(fù)責(zé)站場生產(chǎn)操作和日常運行管理。站場設(shè)備日常維護(hù)、維修主要依托管理處或維修隊，重大設(shè)備維護(hù)主要依托廠家或第三方服務(wù)商。

國內(nèi)天然氣管道缺乏總體的、目標(biāo)明確的、可操作性強的運行控制原則，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行分散，管道建設(shè)設(shè)計、設(shè)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(yuǎn)程自動控制功能分析

通過SCADA系統(tǒng)可以實現(xiàn)管道運行參數(shù)監(jiān)視、站場運行過程控制、報警響應(yīng)、應(yīng)急安全保護(hù)控制、數(shù)據(jù)處理與存儲、運行工況模擬及預(yù)測、輸差平衡與負(fù)荷預(yù)測等功能。但受社會環(huán)境、經(jīng)濟條件、勞動力成本、技術(shù)進(jìn)步程度的影響，目前SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)控模式有兩種。

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

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

對比分析發(fā)現(xiàn)，基于站場自動邏輯控制的遠(yuǎn)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(chǔ)上，實現(xiàn)調(diào)控中心遠(yuǎn)程宏觀操作控制。通過優(yōu)化SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制功能，可有效提高遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的有效性和可靠性，降低人為原因產(chǎn)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(jìn)而降低管線的運行成本。通過總結(jié)長期以來的經(jīng)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(shù)據(jù)(如表4所示)， 1名經(jīng)過良好培訓(xùn)的操作工，在正常情況下的操作失誤率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于各類設(shè)備、控制系統(tǒng)的失效概率。

受技術(shù)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(xiàn)場較多的表現(xiàn)出不能及時準(zhǔn)確判斷報警和故障、精神怠慢、操作動作不正確、習(xí)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(xùn)、壓力培養(yǎng)及操作替代是現(xiàn)代管道企業(yè)亟需解決的問題。

4 天然氣管道站場建設(shè)運行管理的實踐

通過開展國際交流對標(biāo)活動，促進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)、運行、維護(hù)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(yīng)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(xué)評估促進(jìn)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(jìn)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(hù)、壓縮機組開放維修能源隔離、干線上檢測點開口數(shù)量過多、干線側(cè)接口泄漏、站場高/低壓分界及超壓保護(hù)、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(yuǎn)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(fēng)險和社會風(fēng)險的可接受范圍。利用CFD技術(shù)對已發(fā)生事件后果進(jìn)行符合性模擬分析，驗證QRA分析結(jié)果的可用性。推進(jìn)現(xiàn)場運行管理從依靠人操作到依靠技術(shù)手段控制的理念轉(zhuǎn)變，嚴(yán)格限制在風(fēng)險不可接受區(qū)域內(nèi)的人員活動、減少或取消在風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的長期人員活動。如封閉控制室窗戶、搬遷控制室、取消站內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)識別站場安全功能回路，確定對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)推動了遠(yuǎn)程控制技術(shù)的實現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)社會環(huán)境特點，總結(jié)多年的實踐經(jīng)驗，公司明確提出了站場建設(shè)、運行及控制的目標(biāo)——“有人值守、無人操作、遠(yuǎn)程控制”，以公司技術(shù)手冊對設(shè)計和建設(shè)提出了統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求（見表6）。

結(jié)合遠(yuǎn)程控制需求，分析、優(yōu)化了工藝流程設(shè)計，統(tǒng)一了設(shè)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(yuǎn)程控制要求。同時簡化輔助系統(tǒng)，無人值守站取消站內(nèi)職工宿舍、食堂、燃料氣供應(yīng)、鍋爐房、會議室、分類辦公室等功能,要求站場建設(shè)均應(yīng)實現(xiàn)站場自動邏輯控制和調(diào)控中心遠(yuǎn)程控制，站場保留現(xiàn)場看護(hù)人員，職能由操作運行逐步向運行維護(hù)轉(zhuǎn)變。

（ 3）輔助的配套管理提高了系統(tǒng)維護(hù)的時效性為解決無人值守站遠(yuǎn)控條件下的維護(hù)響應(yīng)問題，建立了公司遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)，利用公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為維護(hù)工程師提供在線遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)工具，用于實時發(fā)布報警短信、在線遠(yuǎn)程瀏覽、控制系統(tǒng)及設(shè)備遠(yuǎn)程診斷，提高了系統(tǒng)維護(hù)的時效性（見圖1）。

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

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)天然氣管道站場從技術(shù)上已具備無人值守的條件。應(yīng)進(jìn)一步建立明確的運行控制目標(biāo)，配套科學(xué)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(shè)和設(shè)備質(zhì)量，強化人員技能培訓(xùn)，克服管理理念、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計水平、社會環(huán)境和現(xiàn)場設(shè)備可靠性等制約因素，充分利用調(diào)控中心遠(yuǎn)控，以推進(jìn)天然氣管道無人值守站的建設(shè)。

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

《管道保護(hù)》2016年第3期（總第28期）