中国长输管道压缩机组智能控制技术达到世界领先水平

文/蒋万全 邓婷

在科技强国的战略指引下,我国天然气工业再次迎来历史性重大突破。

6月26日,国家管网集团北京管道公司发布消息:陕京四线托克托压气站“一键启站,智能运行”项目投运满半年来,各项运行参数和远程智能控制技术得到全面验证,极大促进并提升了长输管道科技创新、产业控制和安全支撑作用。这标志着中国大功率压缩机组智能控制技术已全面突破国外技术封锁,实现从追赶到领跑的跨越,达到世界领先水平,为中国天然气民族工业提高核心竞争力、增强核心功能再添新篇章。

大功率压缩机组作为天然气工业领域“皇冠上的明珠”,因其技术门槛高、制造难度大,长期以来,国外产品在我国天然气管输行业中占据主导地位。而大功率压缩机组智能控制技术作为机组“大脑”,更是我国长期受制于人的关键技术。然而,面对这一挑战,中国管道人没有退缩,而是选择迎难而上,积极寻求突破。

时间追溯到2012年,在西气东输二线这一世界上最为浩大的管道工程建设中,中国大功率压缩机组实现国产化,国产压缩机开始在我国天然气管输行业中崭露头角。得益于北京管道公司在推进民族工业建设发展中的责任和担当,国产大功率电驱压缩机组在2016年陕京四线建设中首次得到全面工业化应用。此后,在国家管网集团科技数字化战略引领下,北京管道公司承担起“国产压缩机组智能控制提升研究”这一关键核心技术攻关,开启智能控制技术的研发之路。

北京管道公司经过前期的充分酝酿与科学论证,于2021年12月7日在内蒙古分公司托克托作业区组建了以副主任王志勇牵头的研究团队,与沈鼓集团、大连理工大学等多家企业及高校专家学者,共同开展智能控制提升项目攻关。团队锚定最高目标,誓要实现“一键启站,智能运行”功能,提升站场智能化控制水平,降低运行风险,减少运行成本。

面对这一世界尖端核心技术,团队展现出了“敢为人先、一往无前”的精神。他们突破国外技术壁垒,另辟蹊径,创造性开创另一条技术路线,从根本上改变压缩机控制方式。为此,他们在150多个关键节点上实施了自动化控制流程改造,对国产压缩机组沈鼓集团开发的控制程序代码进行了超过90%的重构……

经过两年多艰苦努力,项目团队对托克托作业区24套设备、2620个探测器、20个控制系统进行了系统性梳理与优化。在原有设备基础上,增加了传感设备和控制器,调整了控制逻辑,并实施了分层控制策略。在压缩机机组并网建模过程中,王志勇团队创新性提出使用单机压力控制器、汇入/汇出压力控制器等六大控制器联动的自动加载并网方法,使得在相同工况下,托克托压缩机机组并网耗时由国际上先进设备的225分钟缩短至20分钟——达到仅为国际先进机组并网耗时8%的惊人速度……

如今,即便在500多公里外的调度人员也能在现场无人值守条件下,通过输入简单参数,实现对各作业区“一键启站,智能运行”的指令操作。同时,智能控制系统能够自动识别并快速处置各种异常情况,做出最优最快的正确选择。

工程师付远鹏自豪地说:“得益于这套先进的智能控制系统,我们仿佛拥有了一位有几十年丰富工作经验、‘24小时×365天’全年无休的工程师。它能在第一时间捕捉到所有异常情况,使我们从过去的监屏值守变为待机值班,不仅最大限度地减少了误操作风险,确保了安全生产,还减少了操作人员,极大提升了劳动生产率!”

2023年12月21日,国产压缩机组智能控制提升项目成功通过验收。第三方的科技鉴定结论是:此项目达到“整体国内领先,部分国际先进”水平。

对此,中国石油学会石油科学普及教育委员会副主任李伟林作了进一步阐明。他说:“该项目在压缩机自动并机、利用神经网络算法、对出厂性能曲线进行修正、压缩机性能参数预测、转速和功率控制等方面达到了国际领先水平。”

作为压缩机组生产制造厂家代表,沈鼓集团副总裁、首席技术官张勇坦言:“该项目在对压缩机和辅助设备自动控制技术深度优化基础上,首次将AI技术应用到压缩机控制中,使压缩机组控制更精准、更高效,运行更安全、更可靠,为未来深入开发智能化压缩机组起到了重要推动作用。”

这些评价不仅是对项目成果的肯定,更是对中国在大功率压缩机组智能控制技术领域取得巨大进步的一致认可。大连理工大学能源与动力学院院长杨明军教授表示,人工智能是目前科技发展的高峰,它不仅仅是ChatGPT Sora人工智能向传统产业赋能,也是国内大学目前专注在做的事情,把“论文”写在祖国大地上更是作为科技工作者的荣耀。该项目是一个典型的“人工智能+”——领先他人的工作。

从中我们不难发现,中国油气长输管道大功率压缩机组智能控制技术的突破不仅提升了我国天然气工业的核心竞争力,也为我国天然气管网的智能化发展奠定了坚实基础。未来,随着技术的不断进步和应用的深入推广,相信中国天然气工业将在国际舞台上发挥更加重要的作用。

另据内蒙古输油气分公司党委书记程飞介绍,目前,“一键启站,智能运行”功能让分公司各压气站场智能化运行水平明显提升,国产压缩机组并网时间由过去的40分钟或更长降至20分钟,由原来的启机需3∽4人操作或4∽5人值班减少到目前的1人操作或值班,而跨越1083公里的陕京四线,作为“全国一张网”和首都“城市供气生命线”的重要组成部分,每天有超过2770万立方米天然气从托克托作业区增压后输送至京津冀及内蒙古地区,造福着沿线的国计民生。

延伸阅读

“一键启站”:调控中心通过上位机下发操作命令,实现天然气站场一键启动、关闭等功能。

“一键启站,智能运行”:北京管道托克托压气站“一键启站,智能运行”在一键启站基础上,利用神经网络算法将2万多条现场数据进行修正学习,形成智能决策。过程控制系统接收国家管网集团调控中心预设压力信号,信号经过程控制系统传递给智能工控机,工控机利用神经网络模型智能分析机组性能参数,5分钟内给定在安全区域内最优机组运行建议,将运行建议反馈机组系统,系统利用站回流阀开度匹配机组裕度的压缩机组自动加载并网模型的高效并机功能,最终达到压气站“一键启站,智能运行”目标。