智能化燃气场站建设探究

一、研究背景

1.安全意义

2020年9月，我国政府提出将提高自主贡献力量，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这就意味着我国的发展将进入新时代，尤其是能源的发展将进入一个新时期，能源结构逐渐转型，由原来以煤炭石油为主的能源结构转换为清洁环保的水电、核能、天然气等新型能源，推动能源绿色生产和消费。我国的天然气产业通过变革，消费体系基本形成，市场趋向多元，供给能力大幅提高。虽然2020年受到新冠疫情的冲击，天然气市场仍保持增长态势，支撑了我国经济社会持续健康发展，为实现碳中和的目标奠定了基础。

中国天然气分为国内气和国外气，国内气的主产区有新疆、四川、内蒙古、陕西；国外来的气分为管道气和液化天然气。2020年我国天然气供应量3200亿立方米，国内自产量约1800亿立方米，国外进口量约达1400亿立方米。我国天然气的主要消费区分布在东南沿海地区，国家实施的“西气东输”战略，用长输管道输气，而供气场站就是城市燃气企业和用户之间防护门，作为输配系统中的关键点，管道运输必须通过的关卡，具有保障输气安全运行及安全的功能。一方面，天然气具有较空气轻，无色、无味、易燃易爆的特性，如果场站发生泄漏，容易发生爆炸事故；另一方面由于智能化水平低，人员操作失误或设备原因导致泄漏，也会发生爆炸事故。因此，加快推进燃气场站的信息技术的应用，提高燃气场站的智能化水平，关系到民生，是城市燃气企业安全运营的关键。

2.新时代新要求

国家提出了智慧社会、智慧能源、能源领域智慧化发展、推进能源智能化体系建设、推动能源技术同其他领域高新技术紧密结合、提高城市燃气化率等，这对能源行业提出了高要求，大多数城镇燃气场站在信息化方面，存在管网定位不准确、资料不全、不能满足智慧运营需求的数字采集等问题；而在设计和工程方面，同样存在依赖人工，方式传统，管理信息化手段不足等问题。燃气企业在自身安全管理方面，希望实现风险预警和快速的应急响应，因此，迫切需要高效的数据采集方式和管理手段。

5G、大数据和云平台等正在燃气行业大力推广应用，而场站作为连接用户与消费者的“第一道关卡”，实现在可视化状态下进行沟通、讨论、决策，必将提高场站的安全与运行效率。因此，智慧场站的研究对保障场站安全、减少输气差错及安全运行有着重要的意义。

3.可行性

建设智慧燃气，有利于提高城市燃气企业生产运营管理水平，能够有效为政府公共安全、环保达标、市政建设提供强有力的支持，为燃气行业的发展提供方向。新技术的发展提供基础支撑。5G、大数据、云平台及北斗卫星导航系统等技术为智慧燃气建设奠定了基础。

智慧场站建设兼具社会效益和经济效益，基于车、人、场等要素的标准化，借助物联网技术，实现要素的数字化，对全环节要素状态全面感知。并辅以自动化、大数据、运筹算法与人工智能技术等，实现对要素调度的集约化，优化运行效益，提高生产运作效率，保障城市燃气企业的经济效益和社会效益。

二、燃气场站现状

燃气场站因建设位置和目的不同，功能也不同，可分为城市门站、输气站、储配站、调压站、汽车加气站等多种形式。如门站是城市企业燃气输配系统的气源点，也是天然气进入城市燃气管网的配气站，主要功能为接收长输管线运送来的燃气，通过过滤、调压、计量、加臭、分配后，把燃气送入城市管网系统或送入大工业生产用户。

国家提出全面发展智慧能源的战略部署，各大燃气公司开始尝试建设智慧燃气，解决当前城市燃气企业在经营管理中存在的痛点问题。虽然城市燃气公司大力推动智慧燃气方面的建设，但也存在许多问题，如标准多样，智能化进程慢及水平差异大，燃气场站的智能感知设备投入较少，无法衔接用户数据等。北京燃气率先提出“智能燃气网”，通过信息技术与燃气业务相结合，构建智慧燃气框架体系；深圳燃气致力于燃气智能化建设，形成了强有力的信息化系统；中国燃气控股有限公司已成立科技公司推进燃气智能化建设，构建从气源到用户的智能服务体系。

如下表 1中所示，国内城镇燃气企业在智能化建设方面尚处于发展阶段，而国外发达国家已进入成熟阶段，在发展趋势方面国外已进行互联网和燃气深度融合，而国内处于改造阶段，在智能设备方面已体现信息化，国内尚处于起步阶段。

表1 智能燃气建设国内外对比

国家已制定了推进建设智能化场站相关制度，各城市燃气公司也逐步建立科技信息化系统。高效、智慧化的管理手段已成为燃气企业安全稳定供气的必然发展方向，扩大利用先进的科学技术手段、信息化改造燃气设备设施、智能化管理机制已经成为城市燃气输配管理应用的重要发展趋势。

欧洲发达国家形成了智能燃气系统整体框架，管网的智能化水平进入成熟阶段，建立了安全环保、高效智慧的管网系统，重视用户体验，加大科技投入，侧重于智能燃气信息化建设和软件开发等。

三、问题

当前在信息技术和安全环保政策的推动下，燃气场站急需自动化、智能化，特别是在气源调度、应急指挥、综合管理平台及无人值守等方面没体现出智能化，还是以传统的手工操作为主，具体有以下几方面。

1.尚未建立场站智能化的标准体系

各燃气公司相继投入燃气智能化建设，但缺乏标准化指标，特别是燃气场站的标准体系更无参考数据，导致场站智能化水平参差不齐，标准繁杂，平均水平提升慢等问题。

2.现有场站的智能化程度不高

传统场站SCADA系统，主要侧重于静态数据，如站点运行状况的数据，包括压力、温度、流量等，不能形成有效信息进入模型为决策提供服务，大部分工作还需要手工操作。

3.数据不能充分利用、信息不能共享

各燃气公司大都建有SCADA系统、GIS系统、客户服务系统及收费系统等，但各系统由于建设时针对的是具体问题，没有“一张网”或“一个平台”的意识，造成数据无法对接，没有数据的支撑，无法实现智能控制，无法为决策者提供数据支撑。缺少大集团意识，各个燃气公司建设自身的平台，集团缺少整体数据，数据的处理只局限于各成员公司，甚至是部门，不能有效共享，信息闭塞现象严重，虽有大量数据，各系统之间却无法进行融合，容易造成决策失误，导致成本增加，资源浪费。

4.应急处理效率低

一方面，燃气由于其自身的特性及环境的影响，易发生突发事件，现有的应急体系是值班人员逐级上报，流程长、效率低，易错失最佳处理时间；另一方面，需要人工实施监控场站运行情况，发生故障后，现场人员控制手段有限，信息化支撑不足，易造成应急处理效率低。

四、建议

建设智能燃气场站，首先，要调研现有场站，摸清掌握现有场站智能化数据。在现有设施基础上，对现有燃气场站进行技术升级设备、设施改造，整合各类基础及动态数据，梳理规范化的统一流程以及投入各类智能化设备、系统的使用，为实现真正的智慧燃气管网奠定良好基础；其次，要求整个系统性能具有开放性、标准化、可扩展、性价比高，以此确保建成为技术先进、使用可靠、经济合理的智慧场站。

1.构建完善的、标准化的数据采集设备体系，确保实现数字化

形成“一个平台”，让平台管理各类数据采集设备，如在阀式智能调压设备方面，可采用上海飞奥的GV系列、荷兰公司的RZD系列及艾默生公司的ET系列。这些设备如遇到断电时，也会继续工作，按当前工作状态进行。

2.在智能化改造基础上加强数据分析、应用和挖掘

一方面，对调压箱、闸井、阴极桩等重要设备设施进行智能化改造，包括数据仓库、搜索引擎、物联通讯、云计算、监控设备等。深入进行数据分析、挖掘，利用积累的相关数据，挖掘其蕴含的内在逻辑，找出规律，为决策提供支持。另一方面，也需要在核心信息模块，如管网仿真系统，大都采用国外公司的技术，应借助国内信息技术发展契机，开发数据处理软件，形成自主产权。

3.统一平台，实现智能化

实现在一个平台对所有信息进行管理，增加各类运算方法、专家分析模块，对各类数据、生产经验情况，包括设备管理、风险分析、计划调度、生产运行、输配作业、应急管理、仿真计算等，为决策者提供智能优化的工作方案，提高处理突发事件的效率。

4.加强标准化建设

工艺流程标准化。完善功能配置，应用BIM数字模型，环保方面占地少，噪音小等；场站配套设施标准化。场站设备选型标准化，智能化产品能提升燃气系统的调控水平、应急能力、运行的效率以及可靠性，主要包括智能巡检设备、防入侵设施及泄漏检测等；全景监控标准等。