SCADA系统在石油天然气长输管道中的应用

关键词：长输油气

我国油气自然资源的分布主要在东北、华北、和西北地区, 近些年来也从中亚、东南亚等地区大量进口天然气, 气源地与国内集中使用地区有较大的地理距离, 这就需要建设长输管道进行油气的远距离输送。以西气东输工程为例, 西气东输横跨区域地理复杂、气候环境多变、地理位置跨度大、加压站分散严重, 运输设备的控制仪器规格不统一, 很难实现长输管道系统的运作数据采集和监视控制信息数据的自动化, 使相关部门不能及时获得天然气实时传输情况的调度信息, 无法精确掌握长输管道系统的统筹协调。随着信息化的发展, SCADA系统广泛应用于油气长输管道的数据采集和监视控制, 使油气长输管道实现调度自动化和生产控制数字化, 并且利用通讯、网络等快速传输信息, 使管理者实时掌握长输管道系统的监控, 能够保证油气输送的安全、高效、节能。

一、SCADA系统概述

1. SCADA系统概念

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 系统即数据采集与监视控制系统, 是以计算机、自动化信息采集等配套设备为硬件基础、控制系统为软件基础的DCS电力自动化生产调度信息监视系统, 包括远程终端单元 (RTU) 、数据处理中心和网络传输系统, 能够对大型运输系统和生产设备实现设备参数、数据采集、信号预警等功能, 广泛应用于各种工业生产领域。

2. SCADA系统特点

SCADA系统应用范围广泛, 能够对数千公里的油气长输管道进行信息采集, 并且对每个油气泵站站点的数据采集量较小, 能够满足一般的实用效率。系统的终端单元 (RTU) 运行灵活、价格低廉, 能够适用于极端天气和恶劣的地理条件, 比如高海拔地区的低温、缺氧, 西部地区的较大昼夜温差等。SCADA的传输系统利用闭路线、电话线、光缆或无线网络作为信息传输媒介, 传输速度快, 具有较高的实时性。此外, SCADA还能实现自动化运行, 实现野外无人看护运转等。

3. SCADA系统功能

SCADA系统功能包括: (1) 完善各站库的监控系统; (2) 数据上传调度中心; (3) 实现系统可扩展性功能; (4) 报警功能; (5) 报警功能; (6) 报表功能; (7) 远程系统维护功能; (8) Web发布功能等。SCADA通过OPTO自控系统能够实现长输管道的油气泵站、电动阀的远程控制和本地操作, 通过系统预设程序建立数据交互系统, 建立水击保护、可燃气体报警、GPS定位泄漏等系统保护程序。预设软件程序通过对油气长输管道工作数据的分析, 为操作人员提供管道运转数据。系统通过对设定范围内数据的实施扫描, 及时发现管道运作的故障或火情警报, 扫描数据一旦超过预设警戒线, 系统就会发出尖锐的声光报警, 警示油气站管理人员进行硬件维护或采取相对应措施。系统通过VBA技术实现数据的汇总和报表, 决策者通过数据的日报表或周报表可以制定相应的调度方案, 实现系统的远程维护控制。管理人员还可以利用个人权限登录SCADA系统的网络平台, 掌握和管理一线生产情况的直观数据。

二、SCADA系统在石油天然气长输管道中的应用

1. 应用条件

油气长输管道主要负责石油和天然气的传输, 易燃易爆的高压高速传输危险性较高, 这就需要有安全保障的预警机制进行全天候监视控制。管道所运输的石油和天然气一般都是成品, 在运输过程中不会发生化学反应, 不需要再进行二次加工, 因而运输物品的单一性和性质稳定性有利于采用SCADA系统。长输管道铺设距离较大, 往往横跨多个省市和多种地质地形, 穿越大面积的偏远山区和西部无人区, 并且油气传输工作是连续不断的, 偏远山区人烟稀少, 可服务于管道监控的基础设施薄弱, 这就客观上增加了长输管道数据监控和远程操作采用SCADA系统的必要性。

2. 应用特点

SCADA系统结构是一个通过远程通讯形成的广域网, 由数据处理中心和若干站点控制系统组成。在硬件上的操作终端包括PLC数据通讯终端、操作员站和打印机等。SCADA系统对操作员有操作权限, 不同级别和身份的操作员通过权限能够获得不同级别的操作, 操作员登录SCADA系统进行在线管理和数据处理, 系统同时也记录了操作行为。SCADA系统不同的控制站点能够实施不同的控制功能。操作人员可以通过人机界面切换系统的不同控制界面, 但操作权限由个人登录帐号而定。

3. SCADA系统在油气长输管道中的应用

我国传统的油气长输管道监控管理操作通过长途电话人工要数据进行运行数据统计分析, 并调整运行参数和工艺流程, 然后通过电话遥控站点操作员进行远程操作管理。这种落后的人工监控和数据传输模式工作效率地下, 需要大量的人力物力, 并且反馈效果差, 数据监控具有周期性而不适用长输管道的连续性。计算机一体化的SCADA系统能够实现长输管道的全线全天候自动化数据监控操作, 方便操作员的远程遥控, 强大的数据采集和计算能力、较快的网络传输能力和丰富的应用软件大大提高了对油气运输中的参数的连续监测和状态监控效率, 确保整个系统广域网的平稳安全运行。

结语

近期我国和俄罗斯签订了长达30年供气协议, 在未来数年内将开工建设多条国内、国际油气管线, 随着油气需求量越来越大、管道技术的发展, 油气长输管线距离将会更长、口径更大、穿越地质环境更加恶劣, 这就需要不断创新SCADA系统, 不断提高系统数据采集能力和分析计算能力, 加强系统的预警功能开发, 确保数千公里管线的平稳、安全、高效运转, 推动我国油气长输管线技术达到世界先进水平。

摘要：我国是能源消耗大国, 油气资源的分布主要集中于东北、华北和西部地区, 而油气的使用集中于沿海和东部地区, 随着西气东输长输管道的建设, 石油天然气长输管道的自动监控和信息化生产管理调度显得尤为重要。SCADA系统能够适应长输管道距离长、途经地区地形复杂等条件, 实现油气资源输送设备的数据采集和监视控制。本文概述了SCADA系统的定义、特点和功能, 重点阐述了SCADA系统在石油天然气长输管道中的应用。

关键词：SCADA,长输管道,监视控制