李國海 董秀娟

北京天然氣管道公司

當前中外管道運營(yíng)企業(yè)均利用SCADA系統控制管道的運行，如何利用SCADA系統使管道按照調控中心的遠程控制指令運行，有效代替現場(chǎng)操作人員，自動(dòng)完成預設的控制邏輯目標，是實(shí)現站場(chǎng)無(wú)人值守、自動(dòng)運行、遠程控制的關(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(guò)多年和北美管道運營(yíng)企業(yè)持續開(kāi)展對標交流活動(dòng)，與國際專(zhuān)業(yè)評估機構進(jìn)行合作，并對Enbridge、Alliance、 TransCanada和Vector等管道不同類(lèi)型的站場(chǎng)及調控中心進(jìn)行實(shí)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(lái)源于國外相應標準，主要依據是一致的（見(jiàn)表1）。

（ 2）運行管理模式差異明顯北美天然氣管道站場(chǎng)運行均由調控中心控制，站場(chǎng)以無(wú)人值守站為主，采用站場(chǎng)自動(dòng)控制和調控中心遠控。管道沿線(xiàn)按區域設置有運行維護機構及極少量維護人員，主要負責所轄區域內站場(chǎng)、管線(xiàn)的現場(chǎng)維護管理。管道維搶修、大型設備維檢修、專(zhuān)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)調控中心負責，通過(guò)合同管理保障管道的運營(yíng)和應急處置。

國內天然氣管道運行由調控中心監視或控制，站場(chǎng)以有人值守站為主，采用站場(chǎng)遠程操作、部分自動(dòng)控制及調控中心遠程監控。管道沿線(xiàn)按省域設置管理處，負責區域內管道、站場(chǎng)的現場(chǎng)運行管理，另設有專(zhuān)門(mén)的維搶修隊伍和巡線(xiàn)、看護人員。站場(chǎng)24 守，負責站場(chǎng)生產(chǎn)操作和日常運行管理。站場(chǎng)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(chǎng)家或第三方服務(wù)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，標準執行分散，管道建設設計、設備采購與運行管理脫節，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(jiàn)表2。

2 天然氣管道遠程自動(dòng)控制功能分析

通過(guò)SCADA系統可以實(shí)現管道運行參數監視、站場(chǎng)運行過(guò)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(huì )環(huán)境、經(jīng)濟條件、勞動(dòng)力成本、技術(shù)進(jìn)步程度的影響，目前SCADA系統的遠控模式有兩種。

（ 1）基于站場(chǎng)自動(dòng)邏輯控制的遠程控制模式。中心調度員只對站場(chǎng)宏觀(guān)功能進(jìn)行遠程操作控制，操作強度低，適用于大型管道及管網(wǎng)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(chǎng)單體設備進(jìn)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(chǎng)自動(dòng)邏輯控制的遠程控制是建立在站場(chǎng)安全運行的前提下，在站場(chǎng)自動(dòng)控制的基礎上，實(shí)現調控中心遠程宏觀(guān)操作控制。通過(guò)優(yōu)化SCADA系統遠程自動(dòng)控制功能，可有效提高遠程監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(xiàn)的運行成本。通過(guò)總結長(cháng)期以來(lái)的經(jīng)驗，我們得出典型SCADA系統控制功能(見(jiàn)表3)。

3 人員可靠性分析

管道運行管理離不開(kāi)人的參與，參照美國化工過(guò)程安全中心（ CCPS）提供的失效數據(如表4所示)， 1名經(jīng)過(guò)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(lèi)設備、控制系統的失效概率。

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(zhù)環(huán)境條件的改變、操作難度的增加、心理壓力的變化，現場(chǎng)較多的表現出不能及時(shí)準確判斷報警和故障、精神怠慢、操作動(dòng)作不正確、習慣性思維動(dòng)作等極易發(fā)生人因失誤的問(wèn)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、壓力培養及操作替代是現代管道企業(yè)亟需解決的問(wèn)題。

4 天然氣管道站場(chǎng)建設運行管理的實(shí)踐

通過(guò)開(kāi)展國際交流對標活動(dòng)，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(dòng)都遵循統一的原則；規定了所有活動(dòng)均應本著(zhù)“以人為本”的原則，按照規定的順序執行“安全、可靠/有效、效率”的要求。

（ 1）專(zhuān)業(yè)的科學(xué)評估促進(jìn)了管理水平的提升通過(guò)開(kāi)展HAZOP分析活動(dòng)，對發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析解剖。解決并完善了站場(chǎng)放空系統氣體回竄、站場(chǎng)及閥室開(kāi)放性泄漏檢測及保護、壓縮機組開(kāi)放維修能源隔離、干線(xiàn)上檢測點(diǎn)開(kāi)口數量過(guò)多、干線(xiàn)側接口泄漏、站場(chǎng)高/低壓分界及超壓保護、管道的持續供氣保障、壓力監控系統多回路壓力/流量平衡控制、閥室儀表沉降、站場(chǎng)遠程控制等多方面問(wèn)題。

通過(guò)開(kāi)展QRA分析活動(dòng)，明確了不同類(lèi)型站場(chǎng)個(gè)人風(fēng)險和社會(huì )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分析結果的可用性。推進(jìn)現場(chǎng)運行管理從依靠人操作到依靠技術(shù)手段控制的理念轉變，嚴格限制在風(fēng)險不可接受區域內的人員活動(dòng)、減少或取消在風(fēng)險區域內的長(cháng)期人員活動(dòng)。如封閉控制室窗戶(hù)、搬遷控制室、取消站內人員住宿，直至無(wú)人值守。

通過(guò)開(kāi)展SIL評估活動(dòng)，對照IEC 61508、 IEC61511標準識別站場(chǎng)安全功能回路，確定對應的SIL等級，查找不符合問(wèn)題。針對系統安全可靠性和可用性的平衡問(wèn)題，制定出統一的ESD分級控制和緊急控制功能（見(jiàn)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(dòng)了遠程控制技術(shù)的實(shí)現結合國內社會(huì )環(huán)境特點(diǎn)，總結多年的實(shí)踐經(jīng)驗，公司明確提出了站場(chǎng)建設、運行及控制的目標——“有人值守、無(wú)人操作、遠程控制”，以公司技術(shù)手冊對設計和建設提出了統一的、標準的技術(shù)要求（見(jiàn)表6）。

結合遠程控制需求，分析、優(yōu)化了工藝流程設計，統一了設備選型、安裝，規范了自動(dòng)控制邏輯及功能，使其滿(mǎn)足控制原則規定的自動(dòng)控制和遠程控制要求。同時(shí)簡(jiǎn)化輔助系統，無(wú)人值守站取消站內職工宿舍、食堂、燃料氣供應、鍋爐房、會(huì )議室、分類(lèi)辦公室等功能,要求站場(chǎng)建設均應實(shí)現站場(chǎng)自動(dòng)邏輯控制和調控中心遠程控制，站場(chǎng)保留現場(chǎng)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維護的時(shí)效性為解決無(wú)人值守站遠控條件下的維護響應問(wèn)題，建立了公司遠程維護系統，利用公司內部網(wǎng)絡(luò )為維護工程師提供在線(xiàn)遠程技術(shù)服務(wù)工具，用于實(shí)時(shí)發(fā)布報警短信、在線(xiàn)遠程瀏覽、控制系統及設備遠程診斷，提高了系統維護的時(shí)效性（見(jiàn)圖1）。

實(shí)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(gè)報警級別，提高報警效率。

5 結束語(yǔ)

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

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

《管道保護》2016年第3期（總第28期）